一种UO2芯块在烧结炉内横置烧结的方法与流程

本发明属核电站用核燃料元件制造领域，具体涉及一种UO2芯块在烧结炉内横置烧结的方法。

背景技术：
UO2燃料芯块是通过粉末冶金制造工艺生产，UO2粉末经过压机压成生坯块后再经烧结、磨削生产成成品芯块。UO2芯块烧结是芯块制造的关键工序之一，烧结过程对产品的最终性能起决定性的作用，烧结操作由生坯块装料舟、入炉、通入流动气体、升温、保温、冷却和出炉等步骤组成。目前车间生产线芯块烧结均采用堆垛竖置有舟框烧结工艺，它的工艺过程是UO2粉末经旋转压机压制成型后，芯块生坯呈直立状态由压机拨料轮连续推出，操作人员通过人工将芯块生坯竖直码装在钼制隔板上，待隔板上放置足够行数的芯块生坯后，再分层堆垛搁入假舟中，假舟搬运至烧结岗位后烧结人员逐层将假舟内堆垛生坯的钼隔板勾出放入烧结炉烧结舟，最后进炉烧结。采用堆垛竖置有舟框烧结工艺的不足之处在于装、卸物料及烧结块取样不太方便；人工操作转运工序较多,易造成芯块生坯缺角、掉渣等表面缺陷；工人劳动强度大、生产效率低下；开放式操作不符合国家愈发严格的环保要求；芯块堆垛每层需要放置钼隔板，增加了钼材消耗，加大了推舟阻力；烧结舟内芯块的堆垛数量有限，使烧结炉的产能偏低。因此，从提高自动化水平、减轻劳动强度、提高生产经济效益、利于辐射保护等多个方面考虑，需要研究改进现有烧结工艺。

技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种横置烧结的生产工艺，以解决现有堆垛竖置有舟框烧结工艺的不足。为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是一种UO2芯块在烧结炉内横置烧结的方法，包括以下步骤：(1)确定钼舟及V形板钼舟的长度L为260mm，宽度W为134mm；在钼舟的下部放置一块钼V型板，V型板与钼舟紧密贴合，其厚度为2mm；沿钼舟宽度方向在V型板的中间位置设置9条V形槽，每一条V型槽的间距为14mm，V形槽的夹角为90°，相邻的V形槽之间采用R＝1mm的圆弧过渡结构；(2)确定芯块生坯的参数采用的芯块是圆柱体结构，其密度为5.90～6.10g/cm3，高度为15.00～16.50mm，直径为10.00mm，压制完成后完成芯块从竖直状态到横置状态的转换；(3)确定横置烧结装舟工艺芯块采用单行的方式装入钼舟，在钼舟内最底层逐行放置芯块在钼制波纹板V型槽内，最底层装9行芯块，然后上一层装10行芯块，后续各层交替9行、10行装舟；每行芯块数量固定；在钼制波纹板V型槽内放置芯块时，芯块从被释放到坠落到V型槽的距离为4mm；(4)确定横置烧结工艺横置烧结采用连续推舟式烧结炉，在烧结温度为1750℃的条件下停留410分钟的生产工艺。进一步的，如上所述的一种UO2芯块在烧结炉内横置烧结的方法，V型板的材料为钼镧合金，最高工作温度为1800℃。进一步的，如上所述的一种UO2芯块在烧结炉内横置烧结的方法，每行芯块为15块；钼舟内装芯块的层数为11～13。本发明技术方案的有益效果在于：在生坯密度(5.90-6.10)g/cm3、装舟层数为11、12、13层的条件下，芯块舟内芯块密度均能满足技术条件要求且在控制目标ρ平均±0.5％T.D范围内，层内和层间密度分布均匀，各项理化性能均满足技术条件要求，优于竖置烧结产品数据；生产应用显示芯块成品率优于竖置烧结芯块的成品率，芯块横置烧结工艺完全能够满足生产要求。采用横置烧结工艺可以将烧结舟内的芯块装载量提高30％，大幅提高烧结炉产能，减低单位产量的能耗，有利于节能减排；同时减少钼材损耗，减低污染废物，降低生产成本。芯块横置烧结生产工艺过程稳定、受控，产品各项理化性能优良，成品率高，满足技术条件及用户要求。附图说明图1为UO2芯块外形图；图2为UO2芯块的横置状态；图3为钼制V型波纹板图；图4为装料示意图1；图5为装料示意图2；图6为装料示意图3。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进详细说明。一种UO2芯块在烧结炉内横置烧结的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)确定钼舟及V形板采用横置烧结仍然采用原有推舟炉的钼舟，钼舟的长度为260mm，宽度为134mm；为满足横置烧结芯块放置的要求在钼舟的下部放置一块钼V型板，如图3所示，在钼舟的下部放置一块钼V型板，V型板与钼舟紧密贴合，其厚度为2mm；在本实施例中，V型板的材料为钼镧合金，最高工作温度为1800℃。沿钼舟宽度方向在V型板的中间位置设置9条V形槽，每一条V型槽的间距为14mm，V形槽的夹角为90°，相邻的V形槽之间采用R＝1mm的圆弧过渡结构，这样在生坯块完成芯块在舟内的堆垛后生坯块之间可以在舟内可以形成良好的烧结气氛，有利于达到芯块所需要的烧结密度以及舟内密度的均匀性要求。烧结舟内除底层波纹板外不再使用钼隔板，比堆垛竖置烧结减轻了烧结炉主推阻力，降低了钼材消耗。(2)确定芯块生坯的参数如图1所示，采用的芯块是圆柱体结构，采用横置烧结的芯块在芯块生坯成型时采用较高的生坯密度(5.90-6.10)g/cm3可以使芯块生坯具有较好的强度，可以避免在芯块竖直倒下为横置状态，以及输送、放入钼舟的过程中的损伤。因此，选取其密度为5.90～6.10g/cm3，高度为15.00～16.50mm，直径为10.00mm，压制完成后完成芯块从竖直状态到横置状态的转换，如图2所示；(3)确定横置烧结装舟工艺如图4～6所示，芯块采用单行的方式装入钼舟，在钼舟内最底层逐行放置芯块在钼制波纹板V型槽内，最底层装9行芯块，然后上一层装10行芯块，后续各层交替9行、10行装舟；每行芯块为15块；钼舟内装芯块的层数为11～13。在钼制波纹板V型槽内放置芯块时，芯块从被释放到坠落到V型槽的距离为4mm；(4)确定横置烧结工艺横置烧结采用连续推舟式烧结炉，在烧结温度为1750℃的条件下停留410分钟的生产工艺。