燃料元件石墨基体材料粒度级配与松装密度的工艺的研究.pdfVIP

2003年全国粉体设备一技术一产品信息交流会 燃料元件石墨基体材料粒度级配和 松装密度的工艺研究 陈贤树1盖国胜1邹彦文2贺俊2 1清华大学材料系粉体研究室北京100084 2．．清华大学核能技术研究院北京100084 铺蔓；通过选择适当的制各工艺，得到不同粒度分布的石墨基体材料；采用不同的级配配比， 得到满足要求的松装密度，为保证燃料元件的性能提供技术保障。 关t询：燃料元件石墨基嗨章}1粉磙分铱粒度分布松装密度 随着世界经济的高速发展，人类对能源的需求增长迅猛，目前我国的能源主要以煤 为主，这必将带来巨量的温室气体和严重的环境污染，而大规模发展核能是缓解我国能 源短缺、减少环境污染的必要途径。高温气冷堆(HTGR)是目前世界上正在发展的一 种先进反应堆，它不仅提供高温核能，而且提高了将核能用于发电供热的效率，是一 种安全、经济、高效和多用途的堆型。 高温气冷堆是一种采用石墨包覆燃料颗粒为燃料、氦气为冷却剂、石墨为慢化剂 的核动力装置。作为燃料元件的结构材料的石墨基体，其作用是赋予燃料元件以一定 的形状、尺寸和传热环境，以满足堆芯热学和力学的要求；同时，它又是慢化剂，需 要满足堆芯的物理要求；此外，石墨基体还可以起到滞留一部分放射性裂变产物的作 用‘”。所以，燃料元件对石墨基体材料及其制备工艺有着非常严格的要求。 石墨分为天然石墨和人造石墨两种。 天然石墨：天然石墨是一种非金属矿物。按其结晶的形状分两种：形状呈颗粒状 的叫致密土状石墨；形状呈鱼鳞片的叫鳞片状石墨，我国的石墨资源以鳞片状石墨矿 为主[”。 陈贤树等：燃料元件石墨基体材料粒度级配和松装密度的工艺研究 157 人造石墨：人造石墨是以无烟煤、焦碳、沥青等原料，经过煅烧、粉碎、筛分、 成型、石墨化等工艺过程而制成的产品。 燃料元件石墨基体材料骨料是由一定比例的天然石墨和人造石墨构成。影响燃料 元件性能的石墨基体材料的主要因素有： (1)粒度级配：包括粒度分布和颗粒形状，希望能成型时得到～定的密度，这 样制成的燃料元件的各种性能比较好。 (2)松装密度：由于压制粉料的模具大小一定，为了保证燃料元件有一定的密 度和尺寸，所以粉料的松装密度必须满足一定的要求。 为了达到燃料元件的性能，保证石墨基体材料具有一定的粒度级配和松装密度是关 键，因此必须选定合适的石墨基体材料及制备工艺。 1．实验原料 1．1原料名称 天然石墨：采用山东北墅+150目天然核纯天然石墨 人造石墨：采用上海人造石墨。 1．2原料的粒度分布 表1 石墨原料的粒度分布 158 2003年全国粉体设备一技术一产品信息交流会 2．制备工艺的选择 石墨基体材料的制备工艺采用气流粉碎+多级串联分级相结合。具体的工艺流 程如图所示： 石墨基体材料的制备工艺 作为纯度要求很高的石墨材料，气流粉碎应该是首选设备，通过调节原料的进 料速度、粉碎工作压力和粉碎室的高度可以得到不同粒度分布的石墨颗粒【3J。但是， 真正需要达到一定松装密度的石墨基体，则要求有不同粒度分布范围的颗粒相混合 而成。要得到这些不同的粒度分布的颗粒，只将颗粒粉碎是达不到要求的，需要通 过气流分级来控制。本系统的分级部分采用了三台FD．25分级机串联，通过控制分 级机转子转速和系统风量，可一次性得到四种粒度分布范围的颗粒。通过选择不同 粒径范围的颗粒以及这些颗粒的不同配比来实现需要达到的石墨基体的松装密度。 3．实验结果 3．1实验设备 3000N 粒度测定采用SFY．D筛分粒度仪和HITACHISEM扫描电镜 松装密度的测定采用粉体颗粒通过漏斗自由落体进入测试桶，本试验中测试桶 的体积为24．53em3。 陈贤树等：燃料元件