Brevet FR2562309A1 — publié le 19851004

--] -- Installation de production de granulés frittables de combustible nucléaire oxyde L'invention a pour objet une installation de production de granulés frittables de matériau combus- tible nucléaire oxyde par compression à froid de poudre du matériau pour constituer des comprimés, puis fragmentation des comprimés en granulés, et adjonction de liant aux granulés. Elle trouve une application par- ticulièrement importante dans la chalne de fabrication de pastilles frittées à base de dioxyde d'uranium enri- chi, pastilles ultérieurement enfermées dans des gaines pour constituer des crayons combustibles du genre utilisé notamment dans les réacteurs nucléaires à eau naturelle. On sait que la poudre de dioxyde d'uranium obte- nue par conversion chimique, par exemple à partir d'hexafluorure d'uranium, doit en règle générale être soumise à une opération de granulation de façon à présenter des caractéristiques se prêtant à une mise en forme sous forme de pastilles. Divers procédés de granu- lation sont connus. En général, il s'agit de procédés discontinus, opérant sur des charges successives et en deux cycles. Le premier cycle est constitué par un pré- compactage, le second cycle par la granulation propre- ment dite. Les différents procédés connus se différen- cient essentiellement par la présence ou l'absence d'un ajout de liant (produits organiques ou produits d'oxydo- hydratation superficielle), par la pression de précompactage (qui, dans certains cas, est choisie très supérieure à la pression de mise en forme ultérieure des pastilles crues). L'invention vise à fournir une installation per- mettant de réaliser en continu les opérations requises avec une intégration poussée des différents composants et dans des conditions assurant une grande flexibilité de fonctionnement et une précision de dosage élevée, garantissant des résultats reproductibles et une bonne qualité du produit. Dans ce but, l'invention propose notamment une installation du type cidessus défini, comportant un appareil de production en continu de comprimés à partir de poudre, qui est munie, à sa partie haute, de moyens de réception d'un conteneur à poudre reliés par des moyens d'amenée progressive et de dosage à une presse de compactage de la poudre en comprimés, débouchant dans une cuve tampon de réception des comprimés, et qui comprend de plus une unité de fragmentation qui est alimentée à partir de la cuve -par des moyens d'amenée progressive et de dosage et qui alimente des moyens de recueil des comprimés par l'intermédiaire de moyens de tamisage destinés à retenir les particules dont la granulométrie est hors d'une plage déterminée. L'unité de fragmentation peut être constituée par une roue forçant les comprimés à passer à travers une grille. L'unité de fragmentation peut également être munie d'un circuit de recyclage des grosses retenues par les tamis vers un point en amont de l'unité. L'unité peut également comporter un circuit de reprise des fines avec aiguillage à la demande vers un stockage ou vers un appareil de mélange avec les particules de granulométrie située dans la plage prédéterminée. En règle générale, l'installation comportera, de plus, un appareil d'adjonction de liant, assurant la granulation définitive. Cet appareil pourra comporter avantageusement une cuve rotative autour de son axe et munie d'une rampe d'aspersion de liant, cuve contenue dans un carter sensiblement étanche et muni de moyens d'inclinaison permettant de vider la cuve dans des moyens d'amenée progressive des granulés sortant de la cuve, à travers un four continu de séchage, vers des moyens de chargement de conteneur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'une installation qui en cons- titue un mode particulier d'exécution donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: - la Figure l est un schéma de principe d'une tour de précompactage et de fragmentation constituant un premier appareil de l'installation, - la Figure 2, similaire à la Figure l, est un schéma de principe d'une tour de granulation et d'impré- gnation par un liant, appartenant à l'installation et susceptible d'être alimentée en granulés provenant de l'appareil de la Figure 1, - la Figure 3 est une vue en élévation et en coupe verticale partielle d'une unité d'imprégnation en liant appartenant à l'appareil de la Figure 2, - la Figure 4 est une vue de dessus de l'unité de la Figure 3. L'appareil lO montré en Figure 1 se présente sous forme d'une tour de précompactage et de broyage. Il est prévu pour recevoir des conteneurs 12 remplis de poudre du matériau combustible oxyde à granuler. Ce ma- tériau sera en général du dioxyde d'uranium enrichi, contenant éventuellement un agent porogène et une faible fraction d'UL308, sous une forme homogène. Chaque conteneur 12 est muni d'une vanne d'obturation 14 prévue pour se raccorder à des moyens de réception placés à la partie haute de l'appareil et comportant une trémie munie à sa base d'une vanne d'obturation 16. Cette vanne débouche par une conduite d'alimentation 18 verticale dans des moyens d'amenée progressive et de dosage une presse rotative 20 destinée à former des comprimés. Les moyens d'amenée progressive 22 sont constitués, comme les autres moyens du même genre qui se retrouvent à divers emplacements de l'installation, par un couloir vibrant relié, de façon étanche mais souple, à la conduite d'alimentation 18 et à la presse rotative 20. La presse rotative 20 est destinée à recevoir, par gravité, la poudre amenée par le couloir vibrant. Elle est prévue pour précompacter la poudre sous forme de comprimés cohérents. Dans la pratique, cette presse pourra être prévue pour former, sous une pression de l'ordre de 1000 bars, des comprimés présentant une forme de palette de 20 mm de diamètre et de 3 à 5 mm de hauteur. Un détecteur 26 est avantageusement prévu pour mesurer le niveau de poudre dans la cuve de réception 24 de la presse et mettre en route cette dernière. La presse 20 débouche sur un couloir vibrant qui régularise le déversement des comprimés, simplement com- pactés mais ne présentant pas de cohésion notable, dans une trémie de réception 29, formant tampon. Les granulés sont alors amenés dans le broyeur 30 muni de moyens de fragmentation constitués par une roue 32 qui force les comprimés à travers une grille présentant des trous de dimension bien définie. Une dimension de trou de 1200 microns peut être considérée comme représentative. Au-dessous de la grille sont placés des moyens séparateurs. Ils comportent un tamis 34 destiné à retenir les "grosses", ayant par exemple une granulométrie supérieure à 1600 microns. Ce tamis 34 assure une sécurité en cas de rupture de la grille à travers laquelle sont forcés les comprimés. Le tamis 34 est associé à un circuit de recyclage des grosses, com- portant un élévateur 36 et un couloir vibrant 38 de réintroduction des grosses dans la trémie en amont de la roue 32. On voit que les grosses retenues par le tamis 34 glissent vers le pied de l'élévateur 36, qui peut être d'un type classique quelconque. Les fines, présentant par exemple une granulo- métrie inférieure à 200 microns, traversent un second tamis 40 et sont envoyées à un circuit de reprise des fines 42 qui sera décrit plus loin. Les particules dont la granulométrie est située dans la plage déterminée par les tamis 34 et 40, répu- tées bonnes, s'écoulent vers l'entrée d'un couloir vibrant 44 qui débouche dans un réservoir tampon 46 muni de détecteurs de niveau 48. Le réservoir 46 débouche à son tour dans un couloir vibrant 50 dont le fonctionnement est commandé à partir des signaux fournis par les détecteurs de niveau 48. Le couloir vibrant 50 alimente une trémie de pesage 52 munie, en aval, d'une vanne de sectionnement 54 débouchant dans un soufflet 56 terminé par une seconde vanne 58. La vanne 58 est prévue, pour être raccordée de façon étanche à l'entrée d'un conteneur 60 identique au conteneur 12. Ce dernier peut être porté par une bascule 62, commandant la coupure de la vanne de sectionnement 54 lorsque le conteneur a reçu une masse de granulés prédéterminée. Le circuit de reprise des fines 42 montré. en Figure 1 comprend un aiguillage 115 commandé par un vérin 116, manuellement ou automatiquement. Une des branches de l'aiguillage débouche dans une conduite 118 d'alimentation du second appareil de l'installation. L'autre branche débouche dans une trémie tampon 120, munie d'un soufflet 122 de raccordement avec une vanne 124 de liaison avec l'entrée d'un conteneur 126 identique aux conteneurs 12 et 60. Une bascule 128 peut également être prévue pour recevoir ce conteneur. Etant donné qu'il faut éviter que des particules pulvérulentes ne s'échappent et ne polluent l'atmosphère, une liaison étanche doit être assurée entre la vanne 124 et l'entrée du conteneur. Elle peut être assurée par un couvercle appliqué à force par un vérin 132. L'appareil qui vient d'être décrit est suscep- tible d'être alimenté en poudre de combustible oxyde de diverses origines. Il peut notamment s'agir de poudres obtenues par conversion directe d'hexafluorure d'uranium dans un four qui peut être celui faisant l'objet de la demande de brevet FR 83 20942, auquel on pourra se reporter. L'appareil montré en Figure 2 est prévu pour recevoir des conteneurs 60 contenant des granulés prove- nant de l'appareil de la Figure l.Cet appareil, qui se présente sous forme d'une tour d'imprégnation et de granulation définitive, comporte des moyens de réception de conteneur qui ne seront pas décrits, car ils peuvent être similaires à ceux de la Figure 1. Les granulés provenant du conteneur 60 sont collectés dans une trémie 63 servant de relais de déversement par charges dans une. unité d'imprégnation 64. Cette unité est montrée très schématiquement sur la Figure 2. Elle comporte un bac 66 raccordable, par des moyens prévus pour limiter les dispersions à l'atmosphère, à la trémie 63. Le bac tournant 66 est contenu dans un carter 68 qui porte le moteur 70 d'entraînement en rotation du bac. Ce dernier est avantageusement constitué en un matériau (polymère réticulé par exemple) évitant les collages et la réten- tion de matières susceptibles de nuire à l'homogénéisa- tion. Le carter 68 est traversé par une rampe 72 d'aspersion en liant provenant d'une cuve 74. Ce liant peut notamment être un produit organique du genre alcool polyvinylique dilué dans l'eau. On peut notamment utiliser le polyvinylpyrolidone. Le carter 68 est porté par un socle 72 par l'intermédiaire d'un axe horizontal 74 de basculement permettant de déplacer le bac 66 de la position montrée sur la Figure 2, à 35 environ d'inclinaison, à une po- sition de vidange par déversement, comme on le verra plus loin, à l'aide d'un mécanisme comportant une crémaillère 76 et un moteur d'entraînement 78. Un mode particulier de réalisation de l'unité d'imprégnation est montré en détail sur les Figures 3 et 4. Dans l'unité 64 représentée, le carter 68 comporte 2 562309 une cuve dans laquelle est monté rotatif le bac 66. Cette cuve est munie d'un couvercle en deux parties. L'une des parties 80 du couvercle est fixée de façon permanente à la cuve. L'autre partie, 82, est montée sur une charnière 84 située à la partie haute et lui permet- tant de basculer. La partie mobile 82 est en matériau transparent plastique, pour qu'il soit possible de surveiller la fabrication. Elle est munie d'une bouche d'aspiration 86 prévue pour extraire les fines non ag- glomérées avant déversement du contenu du bac. La partie mobile du couvercle est encore munie d'-un anneau 88 permettant de la soulever, d'un verrou de sécurité 90 et d'un amortisseur 92 destiné à atténuer les chocs de fin de course de fermeture. La partie fixe 80, constituée par une plaque métallique, porte de son côté un manchon d'accouplement soudé 94 destiné à venir s'appliquer contre une couronne de fibres 96 portée par la trémie de chargement 62 afin de limiter les dispersions lors de l'alimentation. Le moteur 70 d'entraînement du bac 66 est porté par la cuve du carter et elle entraîne le bac par l'in- termédiaire d'un réducteur 98 (Figure 3). L'appareil de la Figure 2 comprend encore une goulotte 100 de réception de la charge déversée par le bac 66. La goulotte 100 alimente un couloir vibrant répartiteur 102 débouchant dans une trémie 104 formant tampon et pouvant contenir un volume choisi en fonction du débit absorbé par le four de séchage 106 en continu et de la charge unitaire du bac 66. Le four de séchage alimente un réservoir tampon de sortie 108 qui collecte les granulés séchés. Le réservoir 108 alimente un couloir vibrant 110O qui débouche dans une trémie de pesage 112. Cette trémie est également reliée à un cou- loir vibrant 114 raccordé à la conduite 118 d'arrivée de fines (Figure 1). La trémie de pesage 112 permet ainsi de mélanger de granulés séchés provenant du réservoir 108 et des fines, qui améliorent la cohésion des pastilles crues ultérieurement façonnées. La trémie de pesage 112 débouche dans un ensemble similaire à celui montré en 54, 56, 58, 60 et 62 sur la Figure 1, permettant ainsi de disposer de conteneurs 114 contenant une - masse bien déterminée de granulés de carac- téristiques précises., L'appareil de la Figure 2 peut être complété par des éléments supplémentaires, notamment pour introduire un lubrifiant, tel que le stéarate de zinc. Il n'est pas nécessaire de décrire ici le fonc- tionnement de l'appareil de la Figure 1, car il découle directement de la constitution de cet appareil. Pour ce qui est de l'appareil de la Figure 2, il suffit de rele- ver que chaque charge à son tour est imprégnée, dans le bac 66, par une quantité déterminée de 'liant alors que le bac est dans l'orientation montrée en Figures 2 et 3 et est entraîné en rotation par son moteur 70. Une fois l'imprégnation terminée, le moteur 78 est actionné de façon à amener le carter 68 dans l'orientation montrée en traits mixtes. La partie mobile 82 du couvercle est alors libérée et permet aux granulés de se déverser. REVENDICATIONS 1. Installation de production de granulés frittables de matériau combustible nucléaire oxyde par compression à froid de poudre du matéeiau pour consti- tuer les comprimés, fragmentation des comprimés en granulés et adjonction de liant aux granulés, comportant un appareil de production en continu de comprimés à par- tir de poudre, caractérisée en ce que ledit appareil (10) est muni, à sa partie haute, de moyens (16,18) de réception d'un conteneur à poudre (12), reliés, par des moyens d'amenée progressive et de dosage (22), à une, presse (20) de compactage de la poudre en comprimés débouchant dans une cuve tampon de réception des compri- més et comprend une unité de fragmentation qui est alimentée, à partir de la cuve, par des moyens d'amenée progressive et de dosage et qui alimente des moyens (46) de recueil des granulés par l'intermédiaire de moyens de tamisage (34, 40) destinés à retenir les particules dont la granulométrie est hors d'une plage déterminée. 2. Installation selon la revendication 1, carac- térisée en ce que l'unité de fragmentation est munie d'un circuit (36, 38) de recyclage des grosses retenues par les moyens de tamisage vers un point en amont de l'unité. 3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la presse de compactage est prévue pour fournir des comprimés en forme de palettes plates, pouvant notamment avoir un diamètre de l'ordre de 20 mm et une épaisseur de 3 à 5 mm. 4. Installation selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de tamisage sont prévus pour retenir les grosses de granulométrie supérieure à 1500 microns et les fines de granulométrie inférieure à 200 microns. 5. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'amenée progressive à des moyens de liaison étanche avec un conteneur de réception (60). 6. Installation selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend de plus une unité d'adjonction de liant, qui est muni à sa partie haute de moyens de réception d'un conteneur à granulés vers une cuve rotative autour de son axe et munie d'une rampe d'aspersion de liant, cuve contenue dans un carter sensiblement étanche et muni de moyens d'inclinaison permettant de vider la cuve dans des moyens d'amenée progressive des granulés sortant. de, la cuve, à travers un four continu de séchage, vers des moyens de chargement de conteneur. 7. Installation selon la revendication 6, carac- térisée en ce que l'unité de fragmentation comprend un circuit de reprise des fines (42) ayant des moyens (115) d'aiguillage à la demande vers un stockage ou vers un appareil de mélange avec les particules de granulométrie située dans la plage prédéterminée. 8. Installation selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits moyens d'amenée progressive sont constitués par des couloirs vibrants. 9. Installation selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisée en ce que chaque appareil comporte une bascule de pesage continu du con- teneur de réception de granulés.