Brevet FR2497139A1 — publié le 19820702

I Procédé de fabrication de briquette. combustible pulvérulent pour un réacteur nucléaire, et dispositif de compression, notamment pour la mise en oeuvre de ce procédé La présente invention concerne un procédé de fabrication de briquettes en poudre céramique, par exemple d'un combustible pulvérulent de réacteur nucléaire, comme par exemple U02, Pu02, ThO2 ou d'oxyde mixte (U/Pu)02 dans un moule faisant partie d'un dispositif de compression qui comporte une matrice avec un alésage et un poinçon avec une tête mobile dans cet alésage par rapport à la matrice, la paroi de l'alésage étant lubrifiée par un agent lubrifiant; l'invention concerne également un dispositif de compression notamment pour la mise en oeuvre de ce procédé. Un procédé de ce genre et un dispositif de com- pression de ce genre sont connus par le Brevetdc la Pépu- blique Fédérale Allemande NI 1 920 308. Le dispositif selon ce Breveté comprend un poinçon inférieur avec une tête qui comporte à l'extrémité extérieure du poinçon une plaque de compression avec une surface de compression pour la pou- dre céramique. Cette tête comporte en outre une pièce de guidage adaptée à la section transversale de l'alésage de la matrice, cette pièce étant disposée sur le poinçon in- férieur, à distance de la plaque de compression et sur son côté opposé à la surface de compression. Entre la plaque de compressionet la pièce de guidage, la tête comporte une pièce intermédiaire dont la section transversale est in- férieure à celle de la plaque de compression et de la piè- ce de guidage, et qui comporte des trous radiaux qui sont reliés à un canal axial pour unagent lubrifiant dans le -poinçon inférieur. Dans ce dispositif de compression, il n'est pas nécessaire d'additionner à la poudre de céramique, avant de comprimer des briquettes, un lubrifiant le plus souvent organique qui doit se répartir de façon particulièrement uniforme dans la poudre céramique et qui doit en outre être éliminé avant le frittage des briquettes par une com- bustion particulièrement développée. Dans ce dispositif de compression connu, pendant la compression des briquette-, le frottement entre la poudre céramique et l'outil de comipression, oarticulière- ment la paroi de l'alésage de la matrice est considéra- blement réduit par une mince pellicule d'agent lubrifiant sur la paroi de cet alésage. Cette pellicule d'agent lu- brifiant est constituée par une huile, comm.e agent lubri- fiant, fluide à la température de fonctionnement du moule constitué par la matrice et la tête de poinçon, cette huile étant pompée par le canal axial du poinçon inférieur, vers les ouvertures des canaux radiaux dans la pièce inter- médiaire, et pendant un mouvement relatif entre la matrice et le poinçon inférieur, par exemple à l'éjection d'une briquette hors de l'alésage de la matrice. Le diamètre de la plaque de compression du poinçon inférieur est choi- si de manière qu'il se forme une pellicule lubrifiante d'huile fluide, d'une épaisseur de par exemple 10 à 20 microns sur la paroi de l'alésage de la matrice; Un avantage essentiel de ce dispositif connu ré- side dans le fait qu'il permet de former une pellicule d'agent lubrifiant uniforme sur la paroi de l'alésage de la matrice. Cette pellicule d'agent lubrifiant, d'épais- seuruniforme, sur la paroi de l'alésage de la matrice, qui de surcrolt ne se rompt nulle part, est tres essen- - tielle pour éviter des différences locales de densité dans les briquette. qui, au moment de leur frittage, en- traînent un écart par rapport à la forme souhaitée, ou un rébut considérable par éclatement et fissure, et pou- vant entraîner pendant la compression des frottements très différents sur la paroi de l'alésage de la matrice par la rupture de la pellicule lubrifiante. L'invention a donc pour objet de faciliter davantage et de rendre encore plus sure la formation d'une telle pellicule lubrifiante uniforme, sansiupture sur la paroi de l'alésage de la matrice pendant la fabri- cation des briquettes, et par conséquent de réduire:en- core davantage les rebuts. A cet effet, l'inventionconcerne donc un procédé du genre décrit dans le préambule, qui se caractérise par le fait que l'agent lubrifiant utilisé est une substance pateuseet/ou vireuse, de préférence une graisse lubrifiante. Cela présente particulièrement l'avantage que pen- dant des arrêts fréquents et assez prolongés du dispositi- tif de compression, comme c'est le cas par exemple pour la fabrication de petites quantités de briquettes, la pel- licule lubrifiante, partout d'épaisseur constante, sur la paroi de l'alésage de la matrice, ne se rompt ni se dé- colle sous l'influence de son propre poids, grâce à sa ré- sistance à l'écoulement, comme cela est fréquemment le cas avec une pellicule d'huile fluide. En outre, pendant une période d'arrêt prolongé du dispositif de compression, l'agent lubrifiant ne peut sortir par l'espace annulaire entre la plaque de compression à la tête du poinçon et la paroi de l'alésage de la matrice, vers la surface de com- pression de la plaque de compression, comme cela est sou- vent le cas en utilisant une huile fluide comme agent lu- brifiant. Cette huile qui passe par l'intervalle annulaire peut produire des taches d'huile qui doivent être élimi- nées soigneusement sur la surface supérieure de la matrice, ou des positions imbibées d'huile dans les briquettes. Cet inconvénient est éliminé grâce à l'utilisation d'un agent lubrifiant consistant en une substance pâteuse et/ou cireuse, par exemple une graisse lubrifiante. Un dispositif de compression, notamment pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention,comprenant un poinçon disposé dans un alésage d'une motrice de moulage et dans -lequel un canal pour un agent lubrifiant aboutit à des trousradiaux dans une tête de poinçon située dans l'alésage, se caractérise par le fait que le canal pour un agent lubrifiant est relié à une chambre d'agent lubri- fiant dans un cylindre à air comprimé, cette chambre étant J5 séparée par un piston mobile d'une chambre à air comprimé dans le cylindre. Quand del'air comprimé est admis dans la chambre à air comprimé, la substance (graisse lubri- fiaante) pâteuse et/ou cireuse se trouvant dans la chambre d'agent lubrifiant du cylindre subit constamment une pres- sion uniforme, par laquelle cette substance, à savoir la graisse lubrifiante, est entra{née par le canal et les trou. radiaux de façon uniforme vers la paroi de l'alésage de la matrice. Par une disposition en parallèle de plusieurs mou- les et de plusieurs cylindres d'air comprimé, il est pos- sible d'équiper un dispositif de compression avec un outil JO multiple. D'autres caractériqtiqués et avantages de l'inven- tion apparattront au cours de la description.qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant au dessin annexé sur lequel: La Figure unique représente schématiquement un dis- positif selon l'invention. La Figure représente donc schématiquement un dispo- sitif de compression destiné à fabriquer des briquettes d'un combustible pulvérulent de réacteur nucléaire, comme par exemple U02, Pu02, ThO2 et/ou d'oxyde mixte (:U/Pu)02. Ce dispositif de compression comporte une matrice 2 avec un alésage vertical 3 qui est associé avec un poin- çon inférieur 4, allongé et disposé verticalement. Ce poin- çon inférieur 4 est disposé sur un porte-poinçon 5 verti- cal, se trouvant au-dessous de la matrice 2. La tête du poinçon 4 se trouvant à l'intérieur de ]'alésage 3 de la matrice 2 comporte à son extrémité ex- térieure, une plaque de compression 6 et, entre la plaque de compression 6 et le porte-poinçon 5, une pièce de gui- dage 7 se trouvant également dansl'alésage 3. La section transversalede la pièce de guidage 7 est adaptée à la sec- tion transversale de] 'a]lésage 3. A sa surface extérieure, elle comporte une bague d'étanchéité 8 perpendiculaire à ses génératrices. Par contre, la section transversale de la plaque de compression 6 est choisie de manière qu'elle forme avec la paroi de l'alésage 3 un espace annulaire 8 qui permet l'établissement d'une pellicule d'agent lubri- fiant, par exemple d'une épaisseur de 10 à 20 microns, sur la paroi de l'alésage 3. Entre la pièce de guidage 8 et la plaque de compression 6, se trouve une pièce inter- médiaire 10 de section transversale nettement plus pe- tite que celle de l'alésage 3 et avec un trou radial 11 ouvert qui communique avec un canal axial 12 pour un agent lubrifiant, dans le poinçon inférieur 4. Ce canal 12 dirige axialement, pour un agent lubrifiant, est re- présenté en pointillés et il traverse le porte-poinçon 5. Au-dessue de l'ouverture verticale supérieure de l'alésage 3, sur la face supérieure]3 de la matrice, se trouve un dispositif de charge 14 et, audessus de ce dispositif de charge 14, un poinçon supérieur 15 repré- senté schématiquement. La section transversale du poin- çon supérieur 15 est adaptée à la section transversale de l'alésage 3. Au moyen d'un système de leviers non représenté la matrice 2 et le poinçon supérieur 15 sont mobiles dans la direction longitudinale du poinçon inférieur 4, c'est- à-dire dans la direction verticale, et le dispositif de charge 14 est mobile dans un sens et dansl'autre perpen- diculairement à la direction longitudinale du poinçon in- férieur 4, c'est-à-dire dans la direction horizontale. Le canal 12 d'agent lubrifiant, qui passe dans le poinçon inférieur 4 et dans le porte-poinçon 5, est relié à un tube 16 qui débouche dans une chambre 17 d'agent lu- brifiant d'un cylindre 18 à air comprimé. Ce cylindre 18 est fermé de façon étanche aux gaz à ses deux extrémités. Il comporte à l'intérieur un piston 19 mobile dans la di- rection longitudinale du cylindre, muni d'une tige de pis- ton 19a sortant à l'extérieur pour indiquer l'état de remplissage de la chambre 17 d'agent lubrifiant, et sépa- rant la chambre 17 d'agent lubrifiant sur l'un de ses côtés de la chambre 20 à air comprimé sur l'autre c8té. TLa chambre 20 à air comprimé est reliée à un réservoir d'air comprimé, non représenté, par une conduite 21 dans laquelle est branchée une unité 22 de contr8le d'air com- primé, avec un robinet et un manomètre. 2497 1 39 La chambre 17 agent lubrifiant du cvlindre a air comprimé 18 est remplie avec un agent lubrifiant à savoir une graisse lubrifiante qui, a la température defonctionnement du moule constitué par la matrice 2 et la tête de poinçon (plaque de compression 6, pièce de guidage 7 et pièce intermédiaire 10) se trouvant dans l'alésage 3 de la matrice, consiste en une substance pâteuse et/ou cireuse. Sous l'effet d'arrivée d'air com- primé dans la chambre 20 à air comprimé du cylindre 18, cette substance pâteuse et/ou cireuse (graisse lubri- fiahte) est refoulée par la conduite 1.6, le canal 12 et le trou radial Il dans l'espace intermédiaire annulaire entre la plaque de compression 6 et la pièce de guidage 7. A la mise en marche du dispositif, le dispositif de charge 14 est d'abord écarté latéralement de l'alésage 3, et la matrice 2 est déplacée dans un sens et dans l'autre, une ou plusieurs fois dans la direction longi- tudinale du poinçon inférieur 4, c'est-à-dire dansla direction verticale, de manière qu'il se forme partout sur la paroi de l'alésage 3, jusqu'à son ouverture supé- rieure verticalement, une pellicule d'agent lubrifiant mince, continue et d'épaisseur constante, constituée par la substance, ou la graisse lubrifiante, pâteuse et/ou cireuse, en fonction du remplissage de la chambre 17 d'agent lubrifiant du cylindre 18 à air comprimé. En rai- son d'un certain jeu radial, axial et latéral avec lequel le poinçon inférieur 4 est maintenu sur le porte-poinçon , la pièce de guidage 7 évite que la pellicule d'agent lubrifiant soit rompue par la plaque de compression 6. Ensuite, la matrice 2 est arrêtée à une hauteur prédéterminée par rapport au poinçon inférieur 4, de ma- nière que la plaque de compression 6 se trouve à une distance prédéterminée de l'ouverture supérieure de l'alé- sage 3, et par conséquent de la surface supérieure 13 de la matrice, en présentant à l'ouverture supérieure de l'alésage 3 un volume prédéterminé dans cet alésage. En- suite, le dispositif de charge 14 est amené au-dessus de l'ouverture supérieure de l'alésage 3 et le volume déli- mité par la plaque de compression 6 et la paroi de l'alé- sage 3 est rempli de combustible nucléaire pulvérulent jusqu'à la surface supérieure 13 de la natrice. Puis le dispositif de charge 14 est à nouveau écarté horizontale- ment de l'ouverture supérieure verticalement de l'alésage 3, et le poinçon supérieur 15 est serré avec une pression prédéterminée sur le combustible pulvérulent de réacteur nucléaire dans l'alésage 3. Enfin, le poinçon supérieur 15 est à nouveau déplacé verticalement vers le haut et la briquette est éjectée de l'alésage 3 sur la surface supé- rieure 13 de la matrice,par un mouvement vertical de la matrice 2 sur le porte-poinçon 5. En mênme temps, la paroi de l'alésage 3 est à nouveau lubrifiée par la formation d'une pellicule d'agent lubrifiant, en une substance pa- teuse et/ou cireuse (graisse lubrifiante). Le poinçon supérieur 15, le dispositif de charge 14, la matrice 2 et le poinçon inférieur 4 avec le porte- poinçon 5 peuvent se trouver à l'intérieur d'une botte à gants fermée lorsque par exemple les briquettes qui sont fabriquées contiennent du bioxyde de plutonium ou de thor- ium. La paroi 24 de la botte à gants n'est représentée sur la figure que dans une seule position, à l'endroit o tra- verse la conduite 16. A cet endroit, une soupape de rete- nue 25 est incorporée dans la conduite 16, interdisant dans tous les cas un retour de substance pâteuse et/ou cireuse (graisse lubrifiante) qui peut être éventuellement contaminée, par le canal 16 vers l'extérieur de la botte à gants. La consistance, c'est-à-dire la résistance à l'écoulement de la substance pâteuse et/Ou cireuse (grais- se lubrifiante) qui est utilisée comme agent lubrifiant dans le dispositif de compression représenté sur la figure, interdit en général un retour de cet agent lubrifiant lorsque la pression disparatt dans la conduite 16. Cela évite également que le trou radial 11 dans la pièce in- termédiaire 10 ainsi que le canal 12 d'agent lubrifiant dans le poinçon inférieur 4 se bouche par du combustible nucléaire pulvérulent, comme cela se produit freauemmerint dans le cas. d'utilisation d'hui]le liquide co.me agent lu- brifiant, qui entraîne avec elle du combustible nucélaire pulvérulent par le courant en retour. En outre, aucun- réglage spécial de la pression dans la chambre 17 d'agent lubrifiant du cylindre pneumatique n'est nécessaire, tan- dis que l'utilisation d'huile liquide comme agent]lubri- fiant entraîne un réglage très considérable de la pompe à huile. T1 est avantageux d'utiliser comme agent lubri- fiant une substance pâteuse et/ou cireuse (graisse lubri- fiante) dont le point de goutte pouvant être déterminé par la norme allemande DIN 51 801, page 1, de Mai 1972, est élevé à la température de fonctionnement du moule consti- tué par la matrice 2 et la tgte du poinçon inférieur 4. Comme substance pâteuse et/ou cireuse il est possible d'utiliser avec avantage une huile épaissie avec une sub- stance véhicule organique. I) peut également convenir d'utiliser comme agent lubrifiant pâteux et/ou cireux un polymère d'hydrocarbure, par exemple un polyglycol. Con- viennent également comme agent lubrifiant DPâteux et/ou cireux, des hydrocarbures aliphatiques, par exemple de la paraffine et/ou des dérivés d'hydrocarburesaliphatiques. Peuvent aussi être utilisés comme agent lubrifiant pâteux et/ou cireux, des huiles épaissies par des carbamides. Il est avantageux d'utiliser comme agent lubrifiant une substance pâteuse et/ou cireuse (graisse lubrifiante) dont la température de vaporisation se situe au-dessous d'une température, de préférence de l'ordre de 1000 C, à laquelle les briquettes sont soumises au cours d'un traitement ultérieur. Cela assure que le résidu d'agent lubrifiant qui sulbsiste dansles briquettes en est éliminé sans aucun reste, par exemple par frittage de ces bri- quettes. Un agent lubrifiant qui s'est avéré bien convenir se trouve dans le commerce sous le nom de mnrque Aral Mehrzweckfett und Kl'ver Amblygon 'A 15/2. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication de briquettes en poudre de céramique, par exemple d'un combustible pulvérulent pour un réacteur nucléaire, comme par exemple (U02, PuO2, ThO2) ou un oxyde mixte (U/Pu)02, dans un moule faisant partie d'un dispositif de compression, ce moule comportant une matrice avec un alésage et, dans cet alésage, un poinçon avec une tête mobile par rapport à cette matrice, la paroi de l'alésage étant lubrifiée avec un agent lubrifiant, procédé carac- térisé en ce qu'une substance pâteuse, ou cireuse, ou pâ- teuse et cireuse, de préférence une graisse lubrifiante, est utilisée comme agent lubrifiant. 2 - Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il consiste à utiliser une substance pâ- teuse, ou cireuse, ou pâteuse et cireuse, de préférence une graisse lubrifiante, avec un point de goutte qui est supérieur à la température de fonctionnement du moule. 3 - Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il consiste à utiliser une substance pâ- teuse, ou cireuse, ou pâteuse et cireuse, qui consiste en une huile épaissie par une substance véhicule organique. 4 - Procédé selon la revendication 3, carac- térisé en ce qu'il consiste à utiliser, comme substance pâteuse, ou cireuse, ou pâteuse et cireuse, une huile épaissie par une carbamide. - Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il consiste à utiliser, comme substance pâteuse, ou cireuse, ou pâteuse et cireuse, un polymère d 'hydrocarbure. 6 - Procédé selon la revendication 5, carac- térisé en ce qu'il consiste à utiliser un polyglycol comme substance pâteuse, ou cireuse, ou pâteuse et cireu- se. 7 - Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il consiste à utiliser comme substance pâteuse, ou cireuse, ou pâteuse et cireuse, un hydrocar- bure aliphatique, ou un dérive d'un hydrocarbure alipha- tique ou les deux. 8 - Procédé selon la revendication 7, ca- ractérisé en ce qu'il consiste à utiliser une paraffine commne substance pâteuse, ou cireuse, ou pâteuse et cireu- se. 9 - Procédé selon Ja revendication 1, carac- térisé en ce qu'il consiste à utiliser une substance pâ- teuse, ou cireuse, ou pâteuse et cireuse, dont la tempé- rature de vaporisation se situe au-dessous d'une tempéra- ture à laquelle les briquettes sont chauffées au cours d'un traitement ultérieur. - Dispositif de compression, destiné notamment à la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, et comprenant un poinçon disposé dans un alésage d'une matrice de moulage, et dans lequel uncanal pour un agent lubrifiant aboutit dans un trou radial d'une tête de poinçon se trouvant dans l'alésage, dispositif caractérisé en ce que le canal (12) d'agent lubrifiant est relié à une chambre (17) d'agent lubrifiant dans un cylindre (18) a air comprimé qui est séparée d'une chambre (20) à air comprimé, dans le cylindre (18) à air comprimé -par un piston mobile (19).