提高UO2芯塊生產(chǎn)的成品率

1、提高UO2芯塊生產(chǎn)的成品率燃料組件是反應(yīng)堆的核心部件，其在堆內(nèi)運(yùn)行條件十分苛刻。UO2芯塊是燃料組件的核心部件， UO2芯塊的質(zhì)量好壞對(duì)反 應(yīng)堆安全穩(wěn)定運(yùn)行， 核電廠的安全性和經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要 1 。 UO2 芯塊的成品率高低， 不僅影響金屬鈾的直收率， 還影響產(chǎn)品芯塊 的質(zhì)量。近年來(lái)隨著公司產(chǎn)能的增加和 200 噸干法爐的投入使用， 芯 塊制備的成品率小于 85%（干法粉末制備芯塊），芯塊制備中金 屬鈾的直收率一直維持在 92%左右，總體水平偏低，較低的成品 率和直收率導(dǎo)致廢物料庫(kù)存增加。1 現(xiàn)狀調(diào)查1.1 制備芯塊產(chǎn)生的廢品增容量統(tǒng)計(jì)我們對(duì)近幾年制備UO2芯塊產(chǎn)生的廢品平均噸增容量進(jìn)行 了統(tǒng)

2、計(jì)，見(jiàn)圖 2。從圖 2 中可以看出， 2013 年產(chǎn)生的廢物料量最多，且 2011-2013 年的廢品增加量明顯高于 2009-2010 年度。 2009-2010 年芯塊廢品平均增容量為 18kgU/噸，2011-2013年芯塊廢品平均 增容量50kgU/噸。芯塊生產(chǎn)中廢物料的容量增加表明近幾年芯 塊的制造水平有所下降。經(jīng)分析認(rèn)為在干法粉末產(chǎn)量不斷增加的情況下， 粉末冶金車 間對(duì)干法粉末（特別是 200 噸干法爐生產(chǎn)的粉末）適應(yīng)性不好， 造成芯塊的成品率下降。 因此導(dǎo)致芯塊生產(chǎn)成品率和金屬直收率 不高的關(guān)鍵就是干法粉末制備芯塊的成品率偏低。1.2 分析廢品組成，找出問(wèn)題結(jié)癥 我們統(tǒng)計(jì)了近三年

3、芯塊生產(chǎn)的成品率和金屬直收率， 統(tǒng)計(jì)情 況見(jiàn)表 1。從表 1中可以看出，近兩年隨公司 200 噸干法爐的投入使用， 干法粉末制備芯塊的產(chǎn)量迅速提高， 而濕法粉末制備的芯塊產(chǎn)量 則逐步減少。 濕法粉末制備的芯塊成品率明顯高于干法粉末制備 芯塊的成品率。為查找 2013 年干法粉末制備芯塊成品率下降的 主要原因，分析了 2013 年產(chǎn)量最大的 2.4%富集度生產(chǎn)， 2.4%富 集度芯塊生產(chǎn)粉末來(lái)源多樣，既有 200 噸干法爐生產(chǎn)粉末的產(chǎn) 品，也有 100 噸干法爐生產(chǎn)粉末的產(chǎn)品， 還有濕法線生產(chǎn)的粉末 產(chǎn)品。表 2 為各類型粉末生產(chǎn)芯塊的產(chǎn)量及成品率情況。2 原因分析針對(duì)芯塊掉塊缺陷、 掉蓋缺陷以

4、及磨削渣過(guò)多的原因進(jìn)行討 論分析，整理出關(guān)聯(lián)圖 2。3 要因確認(rèn)我們對(duì)原因分析中的 7 條末端因素進(jìn)行了要因確認(rèn)。3.1 粉末成型性能差 對(duì)影響生坯成型的干法及濕法粉末性能進(jìn)行了比較， 結(jié)論：非要因3.2 生坯塊強(qiáng)度低在芯塊生產(chǎn)中對(duì)干法粉末制備UO2芯塊和濕法粉末制備 UO2芯塊的生坯塊強(qiáng)度進(jìn)行了試驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)表明濕法粉末制備的生坯塊 的強(qiáng)度是干法粉末制備生坯塊強(qiáng)度的6 倍。結(jié)論：要因3.3 壓機(jī)出料軌道磨損 芯塊成型壓機(jī)的導(dǎo)軌定位孔是條形孔，當(dāng)導(dǎo)軌產(chǎn)生磨損后， 出料槽的尺寸會(huì)偏大，導(dǎo)致生坯塊在出料時(shí)相互的擠壓力增加， 從而使生坯塊表面產(chǎn)生破損。 但操作人員一般會(huì)定期對(duì)出料槽的 寬帶進(jìn)行檢查，

5、一旦發(fā)現(xiàn)出料槽尺寸偏大會(huì)通過(guò)調(diào)整定位孔進(jìn)行 調(diào)整。結(jié)論：非要因3.4 芯塊尺寸偏小通過(guò)對(duì)芯塊的磨削尺寸進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)， 在實(shí)際生產(chǎn)中無(wú)論是 濕法粉末還是干法粉末制備的芯塊， 在磨削過(guò)程中， 磨削直徑均 控制在中值附近，芯塊尺寸波動(dòng)不大。結(jié)論：非要因3.5 生坯陰模尺寸偏大干法及濕法粉末制備芯塊的磨削余量， 采用相同尺寸的陰模 內(nèi)孔尺寸， 在相同的生坯密度條件下， 干法粉末制備的芯塊比濕 法粉末制備的芯塊燒結(jié)后尺寸偏大，直接降低了芯塊的成品率。結(jié)論：要因3.6 生坯陰模磨損嚴(yán)重芯塊模具設(shè)計(jì)中需要確定是陰模脫模錐度。 適宜的脫模錐度 可使生坯塊從模具中排出時(shí)保持均勻的應(yīng)力釋放， 防止因彈性后 效不均

6、勻產(chǎn)生掉蓋等缺陷。 在脫模錐度確定后， 我們對(duì)模具的內(nèi) 孔徑進(jìn)行了檢查，通過(guò)對(duì)陰模內(nèi) 12 個(gè)不同測(cè)量點(diǎn)檢查發(fā)現(xiàn)，生 坯陰模實(shí)測(cè)值為（10.09810.115 ） mm滿足陰模尺寸10.10 0.05mm 的要求。結(jié)論：非要因3.7 成型壓機(jī)保壓力設(shè)置不足 成型壓機(jī)為保證生坯塊在脫模的過(guò)程中脫模穩(wěn)定，受力均 勻，在生坯塊的脫模階段都使用脫模保壓力來(lái)控制。 目前車間的 主要壓機(jī)是比利時(shí)提供的 R53系列壓機(jī)，保壓的方式有彈簧保壓 和氣缸保壓兩種。我們分別對(duì)兩種保壓方式進(jìn)行了調(diào)查。彈簧保壓 彈簧保壓的原理是在夾持沖頭的上下夾具內(nèi)放置一定數(shù)量 的蝶形彈簧片，在芯塊生坯成型的時(shí)候彈簧受壓產(chǎn)生彈簧保壓

7、力，當(dāng)生坯塊在出模過(guò)程中彈簧力作用在生坯塊的上下端面， 并 逐步釋放， 從而使生坯塊的上下端面脫模過(guò)程應(yīng)力受控， 確保生 坯塊完整。由于掉蓋主要出現(xiàn)在芯塊的上端， 因此重點(diǎn)對(duì)上夾具的彈簧 力進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)該組彈簧是由 76 片組成，安裝方式是單片 面對(duì)面安裝， 安裝的方式和數(shù)量都是完全滿足設(shè)備操作手冊(cè)的要 求，該蝶形彈簧片也是原廠進(jìn)口。但在壓制了 10噸的芯塊后彈 簧力出現(xiàn)一定的下降，經(jīng)受力檢測(cè)彈簧力為 20kgf ，無(wú)法滿足 30kgf 的要求。氣缸保壓 氣缸保壓是采用了氣缸取代彈簧作為保壓的力源。 壓機(jī)上保 壓裝置由 5 塊氣壓頭組成， 每一個(gè)氣壓頭都有一個(gè)氣缸， 在氣泵 向保壓裝置充壓

8、后， 通過(guò)關(guān)閉閥門來(lái)保持氣壓的穩(wěn)定。 對(duì) 其檢查后發(fā)現(xiàn)上保壓系統(tǒng)出現(xiàn)漏氣， 它的氣壓下降速度較快， 生 產(chǎn)中壓機(jī)上保壓系統(tǒng)無(wú)法保持恒定的壓力， 在正常使用時(shí)， 上保 壓裝置的氣壓為 3bar ，在一次充氣后僅過(guò)了 10 分鐘氣壓就降至 1bar ，還不到 10kgf 。而且，該保壓系統(tǒng)所有的氣缸都是同一個(gè) 壓力，滿足不了保壓壓力逐步釋放的要求。即現(xiàn)有壓機(jī)保壓系統(tǒng)無(wú)法滿足芯塊保壓需要。結(jié)論：要因4 制定及實(shí)施對(duì)策4.1 在芯塊成型的過(guò)程中提高生坯塊密度4.1.1 提高生坯密度的試驗(yàn)干法粉末之間的嚙合不好， 顆粒之間的結(jié)合力差， 層與層之 間結(jié)合不緊。 通過(guò)不同密度生坯塊的壓潰試驗(yàn)證明， 不同生坯

9、密 度的芯塊生坯強(qiáng)度有顯著差異。我們針對(duì)干法粉末制備UO2芯塊 提高生坯塊密度進(jìn)行了試驗(yàn)， 3種不同生坯密度 （5.8 、5.9 、6.0 ） g/cm3壓制生坯塊的壓潰壓力分別為266N 308N、393N,可見(jiàn)采用（5.9、6.0） g/cm3 生坯密度制備的生坯塊強(qiáng)度相對(duì)于 5.8g/cm3 生坯密度制備的生坯塊強(qiáng)度分別提高了 16%和 48%。4.1.2 生產(chǎn)中提高生坯密度 生產(chǎn)中將干法粉末制備芯塊的生坯塊密度提高， 提高前后生 產(chǎn)的芯塊掉塊比例統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表 3。由表 3 可以看出，提高芯塊的生 坯密度對(duì)解決掉塊的問(wèn)題有顯著作用。4.2 成型壓機(jī)陰模內(nèi)孔直徑的重新設(shè)計(jì)和加工將各數(shù)值帶入計(jì)算

10、后的結(jié)果為10.01mm之間，最終選擇的是10.00mm的陰模，相對(duì)原有 10.10mm的陰模直徑減少了 0.1mm。4.3 調(diào)整蝶形彈簧片數(shù)量4.3.1 方案比較經(jīng)對(duì)彈簧保壓力不足的問(wèn)題討論， 認(rèn)為彈簧的疲勞是一種漸 變的趨勢(shì)， 我們可以通過(guò)增加彈簧片來(lái)增加彈簧力， 即使蝶形彈 簧片出現(xiàn)疲勞但仍然可以在較長(zhǎng)時(shí)間保持在 30kgf 以上。擬定了 兩種方案，見(jiàn)表 9。4.3.2 方案實(shí)施 采用將確定的方案投入大規(guī)模生產(chǎn)中， 并對(duì)成型壓機(jī)生產(chǎn)的 芯塊進(jìn)行了檢查，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)因設(shè)備問(wèn)題而造成的芯塊掉蓋缺陷。4.4 成型壓機(jī)氣缸保壓系統(tǒng)的改進(jìn)4.4.1 方案比較 對(duì)壓機(jī)氣缸保壓系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，經(jīng)討論后形成兩

11、個(gè)對(duì)比方案，見(jiàn)表 4 所示。4.4.2 方案實(shí)施根據(jù)方案對(duì)比確定了最終方案。我們使用了 3 臺(tái)三聯(lián)體對(duì) 5 個(gè)上保壓缸進(jìn)行控制， 并且實(shí)現(xiàn)了上保壓力的梯級(jí)控制。 在大規(guī) 模生產(chǎn)應(yīng)用中， 我們對(duì)壓機(jī)生產(chǎn)芯塊進(jìn)行了檢查， 沒(méi)有發(fā)現(xiàn)因設(shè) 備問(wèn)題而造成的芯塊掉蓋缺陷。5 實(shí)施效果檢查通過(guò)實(shí)施改進(jìn)措施， 2014年3月至 11月生產(chǎn)的 3.1%、1.8%、 3.2%、2.6%、2.4%、3.4%及 4.45%等 7 個(gè)富集度近 430噸芯塊， 其中采用干法粉末的有 3.1%、1.8%、2.6%、2.4%及 4.45%富集度 近 365 噸芯塊。表 5 是今年 3 月以來(lái)各富集度芯塊的生產(chǎn)情況統(tǒng) 計(jì)。5.

12、1 芯塊的成品率情況5.2 芯塊的金屬直收率情況由于衡算工作一般較晚， 部分的富集度未完成衡算， 但 2.6%、 3.1%和 2.4%富集度的直收率均超過(guò)了 93%，而且產(chǎn)出投入比都較 好，多數(shù)富集度生產(chǎn)超過(guò)了 1.00 。5.3 廢物增容的控制情況對(duì) 2014 年物料庫(kù)存增量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以看出知，今年芯塊 生產(chǎn)中不但沒(méi)有增加廢物量，反而減少了約10 噸的廢物料，取得很好的效果。6 結(jié)論(1) 通過(guò)對(duì)造成UO2芯塊成品率和金屬直收率偏低的原因進(jìn)行調(diào)查和分析， 找出影響產(chǎn)品芯塊成品率和金屬直收率的主要 原因，并針對(duì)其制訂和實(shí)施了對(duì)策， 達(dá)到了提高UO2芯塊成品率 和金屬直收率的目的。產(chǎn)品芯塊的成品率由84.79%提高到88.34%，提高了 3.55%；芯塊的金屬直收率由 92%提高到 95.3%， 提高了 3.3%；（2）在提高芯塊生產(chǎn)的成品