📄Работа №210193

Тема: Усовершенствование технологии спекания топливных таблеток, полученных «сухим способом»

📝
Тип работы Дипломные работы, ВКР
📚
Предмет материаловедение
📄
Объем: 56 листов
📅
Год: 2021
👁️
Просмотров: 14
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
ℹ️ Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.

📋 Содержание

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 9
1.1 Актуальность проблемы 9
1.2 Цель работы 12
1.3 Решение поставленной цели 12
2. МАТЕРИАЛ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ 13
2.1 Влияние свойств исходного порошка диоксида урана на качество
топливных таблеток 16
2.2 Химические показатели 17
2.2.1 Содержание урана 17
2.3 Кислородный коэффициент 17
2.4 Физико-химические свойства порошка диоксида урана керамического
типа 19
2.4.1 Удельная поверхность порошка UO2 19
2.4.2 Морфологические особенности микроструктуры порошка UO2 20
2.4.3 Дифференциальный термический и гравиметрический анализ порошка
UO2 21
2.4.4 Технологические свойства порошка диоксида урана 21
2.5 Технология производства топливных таблеток с добавлением жидкой
связки при приготовлении пресспопрошка («мокрая» технология) 22
2.5.1 Приготовление пресспорошка 22
2.5.2 Смешивание с пластификатором 23
2.5.3 Уплотнение смеси 23
2.5.4 Дробление и рассев 24
2.5.5 Сушка и грануляция 24
2.5.6 Прессование таблеток 25
2.5.7 Сушка и спекание таблеток 26
2.5.8 Шлифование таблеток 27
2.6 ТЕХНОЛОГИЯ ТОПЛИВНЫХ ТАБЛЕТОК БЕЗ ДОБАВЛЕНИЯ
ЖИДКОЙ СВЯЗКИ ПРИ ПРИГОТОВЛЕНИИ ПРЕССПОРОШКА
(«СУХАЯ» ТЕХНОЛОГИЯ) 27
2.6.1 Приготовление пресспорошка 27
2.6.2 Прессование таблеток по «сухой» технологии 28
2.6.3 Сушка и спекание таблеток 28
2.6.4 Прочность таблеток
2.6.5 Оборудование для исследования 30
3. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ РАЗДЕЛ 31
3.1 Тесты на спекаемость 31
3.2 Виды брака спеченных таблеток 31
3.3 Пути решения проблемы образовании трещин при спекании и
увеличении производительности путем увеличения скорости нагрева 32
3.4 Пути решения проблемы скалывания таблеток в процессе изготовления 41
3.5 Паллета 43
3.6 Анализ различных конструкций паллет 43
3.7 Жесткая паллета с углом при вершине 90° 45
3.8 «Мягкая» паллета с углом при вершине 120° 46
3.9 Квадратная паллета 47
3.10 Стержневая паллета 48
3.11 Выбор паллеты и технологическая схема транспортировки таблеток с
применением паллет 48
3.12 Подпружиненная площадка для тары 51
3.13 Усовершенствованная межоперационная тара 52
3.14 Устранение наклонных лотков 52
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 53
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 55

📖 Введение

Темпы развития современного общества в значительной степени определяются уровнем его энерговооруженности. Проблемы
электроэнергетики в России в настоящее время заключаются в следующем:
- рост потребления электроэнергии, составляющий 1,5 — 3 % в год;
- инвестиционный кризис в Европейской части России 30 — 35 % отслуживших срок мощностей ТЭС, продление срока службы энергоблоков АЭС, заморозку строительства новых энергоблоков АЭС;
- кризис эффективности использования топливных ресурсов, заключающийся в перерасходе газа на действующих ТЭС по сравнению с современными установками (от 15 до 40 %), недоиспользование мощностей на АЭС (до 15 %);
- структурный кризис, состоящий в том, что доля газа в топливном балансе ТЭС в Европейской части составляет 86 % (90 млрд. м3/год), в то же время происходит сокращение поставок газа в электроэнергетику 15 млрд. м3/год.
Эти проблемы в значительной степени могут быть разрешены за счет развития атомной энергетики. В таблице 1 представлена доля выработки электроэнергии атомными электростанциями в различных регионах [24].
Следует отметить, что исчерпывание запасов полезных ископаемых ведет к удорожанию себестоимости электроэнергии, в связи с чем рациональное использование природных ресурсов органического топлива (в первую очередь нефти и газа) диктуется все возрастающей ролью его как сырья для химической промышленности, позволяющего получать вещества в огромном диапазоне — от пластмасс и композиционных материалов до жиров и белков.
Регион Доля выработки электроэнергии АЭС, %
Россия 14
Европейская часть России, 22
в том числе
Центр 28
Северо-Запад 41
Поволжье 23
Западная Европа 43
Франция 76
США 19

Таким образом, все большее внимание уделяется атомной энергетике как альтернативе остальным источникам энергии в связи с тем, что она имеет ряд преимуществ:
1. конкурентоспособность по сравнению с ТЭС в Европейской части России;
2. запас топливообеспечения (отсутствие складов и необходимости постоянного снабжения топливом), низкая топливная составляющая;
3. согласованные площадки для размещения АЭС;
4. экология (выполнение Киотского Протокола);
5. высвобождение транспорта;
6. замещение не возобновляемых ресурсов на возобновляемые
Альтернативные источники энергии (солнечная, геотермальная) по мнению специалистов даже в первой половине XXI века смогут внести не более 20 % в общий энергобаланс, а промышленное освоение управляемого термоядерного синтеза возможно, видимо, только во второй половине XXI века. Становится очевидным, что широкое применение ядерной энергии —
неизбежный и единственный технически и экономически целесообразный путь энергообеспечения в настоящее время.
Ядерная энергетика, развитие которой началось с пуска в Советском Союзе в 1954 году Первой атомной электростанции, уже стала самостоятельной развитой отраслью и важным звеном в общей системе энергетического производства. В мире уже 20 — 25 % от всей
электроэнергии производится на АЭС [3]. Следует подчеркнуть, что принципиальные возможности использования ядерной энергии не исчерпываются производством электроэнергии. Планируется использовать ее также в качестве источника тепловой энергии в коммунальном хозяйстве, промышленности, сельскохозяйственном производстве, для решения транспортных проблем. Наряду с оптимальным решением топливноэнергетической проблемы ядерная энергетика по сравнению с традиционной теплоэнергетикой более приемлема и с точки зрения охраны окружающей среды. Вместе с тем использование ядерной энергетики порождает ряд специфических проблем и вызывает определенную общественную оппозицию, прежде всего из-за опасности радиоактивного загрязнения среды обитания и распространения ядерного оружия. Эксплуатация предприятий атомной промышленности сопровождается образованием радиоактивных отходов, представляющих серьезную опасность всему живому на земле, и, вследствие этого, вызывает необходимость их надежного хранения и изоляции. Данная проблема является общей для всех стран мира и должна решаться с особой ответственностью. Реализация ядерно-энергетических программ требует пропорционального сбалансированного развития всех, отраслей атомной промышленности — от добычи и переработки уранового сырья до обработки и удаления радиоактивных отходов.
В настоящее время наиболее значимые проблемы, стоящие перед отраслью по производству ядерного топлива для водо-водяных реакторов (ВВЭР), обусловлены 50-100%-ным превышением предложения над спросом,то есть значительным избытком производственных мощностей в условиях, когда для ядерной энергетики большинства стран мира, за исключением Азиатско- Тихоокеанского региона (Японии, Республики Кореи и Китая), в среднесрочной перспективе наиболее вероятным является отсутствие роста или спад. Исходя из этого производители топлива вынуждены предпринимать определенные шаги по повышению эффективности производства. В настоящее время в мире на производстве ядерного топлива для промышленных и опытных реакторов специализируется более 30 фирм. Наиболее прочные позиции на рынке сбыта с точки зрения конкурентоспособности занимают крупные фирмы и объединения, располагающие большими материальными ресурсами, квалифицированными техническими кадрами и опытом производства, что позволяет им обеспечивать высокое качество продукции.
В сложившихся условиях возникла объективная необходимость в создании консолидированных корпоративных структур в сфере ядерного бизнеса - как в ядерной энергетике, так и в промышленности ядерного топливного цикла (ЯТЦ). В 1999-2000 гг. было создано несколько объединений: фирма «British Nuclear Fuels Ltd» (BNFL), Великобритания, приобрела ядерный бизнес фирм «Westinghouse», США, и ABB, Швеция- Швейцария; фирмы «Framatome», Франция, и «Siemens», Германия, образовали компанию «Framatome Advanced Nuclear Power» («Framatome ANP»), а фирмы «General Electric», США, «Hitachi» и «Toshiba», Япония, —
компанию «Global Nuclear Fuel» [4]. Таким образом современные предприятия,производящие ядерное топливо, представляют собой промышленные комплексы, технологический цикл которых включает все операции, начиная с получения порошка диоксида урана и кончая изготовлением тепловыделяющих сборок.
Успешно конкурирует с западными фирмами на мировом рынке ядерного топлива российская компания ОАО «Машиностроительный завод» (ОАО «МСЗ»), поставляя свою продукцию во многие страны мира: на Украину, в Армению, Литву, Чехию, Словакию, Венгрию, Болгарию, Финляндию, Г ерманию и Швейцарию.
Разработка и постоянное совершенствование системы контроля качества полуфабрикатов и продукции является международно признанным направлением для решения проблем повышения эффективности производства, постоянной его оптимизации и улучшения качества продукции. Развитие ядерной энергетики обуславливает жесточайшую борьбу за увеличение экономической эффективности производства топливных таблеток и ужесточение требований к конечной продукции (твэлов и сборок) с целью увеличения их конкурентоспособности и времени работы в реакторах АЭС. Следовательно, возрастают требования и к топливным таблеткам по их геометрическим параметрам (ужесточению допусков на них), химическому составу, качеству поверхности, микроструктуре и др. Усложнение и удорожание технологических процессов изготовления таблеток, вызванное повышением требований к свойствам таблеток и их стабилизация, разработка методов статистического управления технологическими процессами, а также высокая себестоимость исходных материалов актуализируют работу по оптимизации соответствующих.......

Возникли сложности?

Нужна качественная помощь преподавателя?

👨‍🎓 Помощь в написании

✅ Заключение

1. Показано различие процесса спекания топливных таблеток, произведенных по «сухой» и «мокрой» технологиям изготовления пресспорошка (гранулята). Установлено, что начало спекания топливных таблеток, изготовленных по «сухой» технологии характери зуется температурным интервалом 1000-1100 °С, а для таблеток, изготовленных по «мокрой» технологии, начало спекания характеризуется температурой 900 °С.
2. Проведен комплексный анализ, включающий дилатометрические исследования и термогравиметрический анализ таблеток, произведенных по «мокрой» и «сухой» технологиям, и установлено, что при «мокрой» технологии в интервале 150-400 °С происходит потеря массы образца порядка 1 % от общей массы таблетки. В интервале температур 900-1000 °С убыль массы связана с началом восстановления диоксида урана до стехиометрического значения. При «сухой» технологии основная потеря массы порядка 1,2% происходит в интервале температур 200-450°С.
3. При использовании установки DIL 402, 5Т4-409 CD произведена лабораторная оптимизация температурных режимов спекания с позиции уменьшения общего времени спекания.
Показано, что увеличение температур первых зон на 100-200 °С и, как следствие, установление необходимых скоростей нагрева 5-6 °С/мин между зонами позволит сократить цикл балки при спекании топливных таблеток, изготовленных по «сухой» технологии от 12 до 8мин.
4. Проведен анализ существующих и возможных способов введения в порошок диоксида урана легирующих микродобавок для увеличения размера зерна таблеток. Показана пред почтительность с точки зрения практической реализации способов, базирующихся на введении их на стадии
приготовления пресспорошков, которые основаны на совместном одновременном введении легирующих микродобавок с добавками связующих и смазывающих веществ.
5. Внедрение нового способа легирования позволит унифицировать технологию легирования топливных таблеток при различных требованиях к микроструктуре. Опробование данного способа также позволило сократить на 10-15% общее время спекания.
- Проведено экспериментальное опробование производственных режимов спекания путем расчета скоростей нагрева между зонами в проходных печах. Сравнительный анализ характеристик топливных таблеток показал удовлетворительную сходимость результатов, полученных в лабораторных и производственных условиях.
- Даны рекомендации по изменению температурных режимов спекания в производственных условиях. Увеличение температуры с 1-ой по 5-ую зону производственной печи на 100 °С и установление оптимальных скоростей нагрева 5-6 °С/мин позволило увеличить производительность печей на 30 - 40%.
- Получена зависимость среднего размера зерна топливных таблеток от скорости нагрева
6. Проведен анализ причин образования сколов на таблетках и способов их устранения. Наиболее перспективно для снижения количества сколов использование паллет, на которых располагают таблетки в процессе изготовления. Рассмотрены возможные варианты паллет и выбрана оптимальная геометрия паллеты, намечена работа по внедрению паллет в производство. Предложено использовать жаростойкие паллеты. В настоящее время проводятся проектно-конструкторские работы по использованию жаростойких паллет в производстве таблеток.

Нужна своя уникальная работа?
Срочная разработка под ваши требования
Рассчитать стоимость
ИЛИ

📕 Список литературы

1. Баранов В.Г., Иванов А.В., Кузьмин Р.С., Петров И.В., Тенишев А.В., Тимошин И.С., Хлунов А.В. Особенности процесса спекания таблетированного оксидного ядерного топлива. -Атомная энергия, 2011, т. 110, вып.З , с. 146-149.
2. Баранов В.Г., Хлунов А.В., Курина И.С., Иванов А.В., Тенишев А.В., Тихомиров Г.В., Тимошин И.С. Комбинированная таблетка ядерного топлива. Патент RU 2427 936 С1 МПК G21C 3100, опубл. 27.08.2011. Бюл. №24.
3. Баранов В.Г., Хлунов А.В., Курина И.С., Иванов А.В., Тенишев А.В., Тихомиров Г.В., Тимошин И.С. Способ изготовления керамических топливных таблеток для тепловыде ляющих элементов ядерного реактора. Патент RU 2421 834 С1 МПК G21C 3102, опубл. 20.06.2011. Бюл. №17.
4. Баранов В.Г., Хлунов А.В., Курина И.С., Иванов А.В., Петров И.В., Тенишев А.В., Тимошин И.С. Способ изготовления таблеток ядерного оксидного топлива. Заявка № 2010129381 от 16.07.2010. Положительное решение о выдаче патента от 23.03.2011 г.
5. Баранов В.Г., Девятко Ю.Н., Тенишев А.В., Тимошин И.С., Хлунов А.В., Хомяков О.В. Теоретический анализ процесса спекания таблеток оксидного ядерного топлива. - Ядерная физика и инжиниринг, 2010, Т-1, вып. 5, с.398-407.23
6. Баранов В.Г., Иванов А.В., Тенишев А.В., Тимошин И.С., Хлунов А.В. Дилатометрические исследования процесса спекания оксидного ядерного топлива. Труды научной сессии
НИЯУ МИФИ-2010. Том 2:, с. 142-145.
7. Баранов В.Г., Иванов А.В., Кузьмин Р.С., Петров И.В., Тенишев А.В., Тимошин И.С., Хлунов А.В. Закономерности процесса спекания таблетированного оксидного ядерного топлива. Труды XIX Международной конференции по физике радиационных явлений и радиационному материаловедению (Алушта, 06-12.09.2010 г.), с. 277-278.
8. Баранов В.Г., Иванов А.В., Петров И.В., Тенишев А.В., Тимошин И.С., Хлунов А.В. Определение основных параметров процесса спекания топливных таблеток, произведенных по различным технологиям. Труды научно-технической конференции ОАО «ТВЭЛ» «Ядерное топливо нового поколения для АЭС. Результаты разработки, опыт эксплуатации и направ ления развития» (НТК-2010), с 68.
9. Баранов В.Г., Завалишин Е.Н., Иванов А.В., Пегров И.В., Тенишев А.В., Тимошин И.С., Хлунов А.В. Оптимизация технологических режимов спекания топливных таблеток, изготовленных по «сухой» технологии. Международный молодежный научный форум «Ядерное будущее», Москва 2011 г., с 21-22.
10. Баранов В.Г., Иванов А.В., Тенишев А.В., Тимошин И.С., Хлунов А.В. Исследование процесса спекания таблетированного оксидного ядерного топлива Молодежная научно-техническая конференция «Эксперимент-2010», ОКБМ, г. Нижний Новгород, с. 35.
11. Баранов В.Г., Кузьмин Р.С., Тарасов Б.А., Тенишев А.В., Тимошин И.С., Хлунов А.В. Изменение состава газовой среды при спекании диоксида урана Труды научной сессии НИЯУ МИФИ-2011, с. 43.
12. Гаврилина Т.Н., Завалишин Е.Н., Иванов А.В., Тимошин И.С. Определение активности исходного порошка диоксида урана. Труды научной сессии МИФИ-2009Г.. с. 34.
13. Баранов В.Г., Иванов А.В., Кузьмин Р.С., Петров И.В., Тенишев А.В., Тимошин И.С., Хлунов А.В. Некоторые параметры процесса спеканиятаблеток уран-гадолиниевого оксид ного топлива. - Атомная энергия, 2011 (в печати)
14. Баранов В.Г., Кузьмин Р.С., Тенишев А.В., Тарасов Б.А., Тимошин И.С., Хлунов А.В. Изменение состава газовой среды при спекании диоксида урана. - Ядерная физика и инжиниринг, 2011 (в печати)
15. Обогащение урана / Е. Беккер, Ф. Босхотен, Б. Бриголи, Р. Дженсен, Д. Массиньон, Н. Натрат, К. Робинсон, С. Виллани. М. : Энергоатомиздат, 1983. 320 с.
..26

🖼 Скриншоты

🛒 Оформить заказ

Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.

©2026 Cервис помощи студентам в выполнении работ