專利名稱：高溫氣冷堆用炭磚及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫氣冷堆用炭磚及其制造方法。
背景技術(shù)：
高溫氣冷堆與其他反應(yīng)堆相比，具有以下優(yōu)良特性1、高度的固有安全性由于堆芯功率密度低，熱容量大，并具有負(fù)反應(yīng)性溫度系數(shù)，因此即使在反應(yīng)堆冷卻劑流失事故的情況下，堆芯余熱也可依靠自然對(duì)流、熱傳導(dǎo)和輻射傳出。同時(shí)冷卻劑氦氣是惰性氣體，與結(jié)構(gòu)材料相容性好，氦氣中子吸收截面小，難于活化，因此在正常運(yùn)行時(shí)，氦氣的放射性水平很低，有利于運(yùn)行和維修。2、燃料循環(huán)靈活，轉(zhuǎn)換比高和燃耗深，不僅可以使用低濃鈾燃料，也可以使用高濃鈾和針燃料，實(shí)現(xiàn)釷一鈾燃料循環(huán)。燃料的燃耗深度可高達(dá) 100000MW · d/tU，提高了燃料的經(jīng)濟(jì)性。3、熱效率高由于高溫氣冷堆出口溫度高，可以產(chǎn)生19. OMPa, 5350C的高溫高壓過熱蒸汽，配以常規(guī)汽輪機(jī)組，熱效率可達(dá)40%，如果采用高溫氦氣輪機(jī)的直接循環(huán)，熱效率更可提高到50% 60%。4用途廣泛高溫氣冷堆還可提高900 950°C以下的高溫工藝氣體，用于煉鋼、黑色金屬生產(chǎn)、煤的氣化和液化、氨和甲醇的生產(chǎn)以及輕紡、海水淡化等工業(yè)。高溫氣冷堆按照燃料元件形狀和堆芯結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)可分為兩類，一類是球床堆， 另一類是柱狀堆。本發(fā)明涉及的炭磚適用于球床堆。高溫氣冷堆球床型反應(yīng)堆采用全陶瓷包覆顆粒燃料球形元件，反應(yīng)堆堆芯為圓柱形，堆芯四周為石墨炭磚，炭磚與石墨炭磚通過燕尾鍵連接位于石墨外面和壓力殼之內(nèi)。其堆芯主體炭素設(shè)備為石墨炭磚(反射層)和炭磚(中子吸收層)。炭磚安裝于石墨反射層和壓力殼中間，含有一定配比的硼，其作用是吸收從反射層中泄露出來的中子和隔熱，防止壓力殼遭受輻照損傷和高溫的作用而使性能過早地退化。核反應(yīng)堆以往使用的炭素制品大部分為二聞石墨，即聞密度、聞強(qiáng)度、聞純度石墨，此類產(chǎn)品的生產(chǎn)多數(shù)采用等靜壓的方式，使用這種方式進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)存在原料制備復(fù)雜， 焙燒成品率較低的缺點(diǎn)。自1998年清華核能研究院IOMW高溫氣冷試驗(yàn)堆使用炭磚以來， 到如今的商業(yè)示范堆，對(duì)炭磚的性能指標(biāo)要求和尺寸要求明顯提高，尤其對(duì)高溫氣冷堆商業(yè)堆提出的技術(shù)指標(biāo)來看，無論是尺寸、物理機(jī)械性能指標(biāo)都有了明顯的提高。使用現(xiàn)有炭磚生產(chǎn)工藝，顯然無法無法滿足要求，即無法克服產(chǎn)品不均質(zhì)的問題和中細(xì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)品對(duì)工藝的適應(yīng)性。另外由于產(chǎn)品尺寸大，無疑給制品成型、焙燒及加工等均增加了不少困難，尤其是強(qiáng)度、均勻性等性能很高外，產(chǎn)品焙燒后出現(xiàn)裂紋導(dǎo)致成品率極低是關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種高溫氣冷堆用炭磚及其制備方法。提供的這種炭磚，其體積密度> I. 60g/cm3,導(dǎo)熱系數(shù)< 5. Ow/m · k,熱膨脹系數(shù) (5. 0X10_7°C，各向異性比彡I. 2，抗拉強(qiáng)度彡lOMPa，抗壓強(qiáng)度彡50MPa。因此本發(fā)明避免了產(chǎn)品非均質(zhì)、成品率低、強(qiáng)度低的問題。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種高溫氣冷堆用炭磚，其主要特點(diǎn)在于原料配比重量百分比為石油焦和浙青焦68 78%，碳化硼粉O 8%，粘結(jié)劑18 32% ;所述的石油焦與浙青焦配比重量百分比為10% -80%比20% -90%。所述的高溫氣冷堆用炭磚，所述的原料配比還包括所述的石油焦或浙青焦的粒度組成為1· 6 I. Omm 是 10 20% ;I. O O. 5mm 是 8 14% O. 075mm 是 30 40%， 其余為 O. 5mm O. 075mm。所述的高溫氣冷堆用炭磚，所述的原料配比還包括碳化硼粉粒度為40 80μπι。所述的高溫氣冷堆用炭磚，粘結(jié)劑為煤浙青。一種高溫氣冷堆用炭磚的制備方法，其主要特點(diǎn)包括有如下步驟(I)原料破碎將石油焦或浙青焦破碎；(2)篩分將破碎的石油焦或浙青焦按粒度篩分；(3)配料Α.按重量百分比原料配比石油焦或/和浙青焦68 78%、碳化硼粉O 8%、粘結(jié)劑18 24% ;所述的石油焦與浙青焦配比重量百分比為10% -80%比20% -90% ；B.按石油焦或浙青焦的粒度組成為I. 6 I. Omm是10 20% ; I. O O. 5mm是 8 14% O. 075mm 是 30 40% ;其余為 O. 5mm O. 075mm碳化硼粉粒度40 80 μ m ;(4)混捏主要設(shè)備使用混捏機(jī)；使用混捏機(jī)對(duì)石油焦或/和浙青焦、碳化硼粉進(jìn)行均勻性混合，混合溫度100 120°C，混合時(shí)間20 30分鐘；再加入粘結(jié)劑，混合溫度 135 165°C，混合時(shí)間40 60分鐘；(5)擠壓成型/振動(dòng)成型，對(duì)混捏糊料給予一定的壓力，擠壓成型壓力范圍為 8-20MPa ;振動(dòng)成型0. 4-1. O公斤/平方厘米，使其具有外形形狀；(6)焙燒焙燒采用環(huán)式爐進(jìn)行，產(chǎn)品置于鋼制匣缽中，在保溫段，溫度達(dá)到 1150 1200°C，保溫時(shí)間15 25小時(shí)；(7)浸潰在浸潰罐中，加煤浙青；壓力為1.2 I. 8MPa保持I 4小時(shí)，充氮?dú)猓?8) 二次焙燒焙燒采用環(huán)式爐進(jìn)行，產(chǎn)品置于鋼制匣缽中，溫度達(dá)到1150 1200°C，保溫時(shí)間15 25小時(shí)。(9)機(jī)械加工主要使用機(jī)械加工組合機(jī)床進(jìn)行加工。所述的高溫氣冷堆用炭磚的制備方法，所述的振動(dòng)成型重錘配重為10 30T。所述的高溫氣冷堆用炭磚的制備方法，所述的焙燒時(shí)將毛坯產(chǎn)品放入鋼質(zhì)匣缽中，并在匣缽中填充焦粒后裝入焙燒爐室中進(jìn)行焙燒。所述的填充焦粒的粒度為O. 075mm-10mm。本發(fā)明中使用碳化硼的目的是為了吸收從反射層中泄露出來的中子和隔熱，防止壓力殼遭受輻照損傷和高溫的作用而使性能過早地退化。本發(fā)明的有益效果是I、原材料來源廣泛，工藝路線突破常規(guī)炭磚生產(chǎn)工藝，質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)品密度、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度以及產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)有較大改善；2、采用了鋼制匣缽裝產(chǎn)品、降低焙燒溫度的工藝，大大地提高了產(chǎn)品的成品率。
具體實(shí)施例方式結(jié)合以下所示之實(shí)施例作進(jìn)一步詳述實(shí)施例I :一種高溫氣冷堆用炭磚，原料配比重量百分比為石油焦和浙青焦68%， 粘結(jié)劑32% ;所述的石油焦與浙青焦配比重量百分比為10%比90%。所述的原料配比還包括所述的石油焦或浙青焦的粒度組成為1.6 I. Omm是 10% ；1. O O. 5mm 是 8% O. 075mm 是 30%，其余為 O. 5mm O. 075mm。所述的原料配比還包括碳化硼粉粒度為40 μ m。所述的粘結(jié)劑為煤浙青。實(shí)施例2 : —種高溫氣冷堆用炭磚，原料配比重量百分比為石油焦和浙青焦78%， 碳化硼粉8%，粘結(jié)劑14% ;所述的石油焦與浙青焦配比重量百分比為80%比20%。所述的高溫氣冷堆用炭磚，所述的原料配比還包括所述的石油焦或浙青焦的粒度組成為1· 6 I. Omm 是 20% ；1. O O. 5mm 是 14% O. 075mm 是 40%，其余為 O. 5mm
O.075mm。所述的原料配比還包括碳化硼粉粒度為80 μ m。所述的粘結(jié)劑為煤浙青。實(shí)施例3 : —種高溫氣冷堆用炭磚，原料配比重量百分比為石油焦和浙青焦72%， 碳化硼粉5%，粘結(jié)劑23% ;所述的石油焦與浙青焦配比重量百分比為60%比40%。所述的高溫氣冷堆用炭磚，所述的原料配比還包括所述的石油焦或浙青焦的粒度組成為1· 6 I. Omm 是 15% ；1. O O. 5mm 是 12% O. 075mm 是 35%，其余為 O. 5mm
O.075mm。所述的高溫氣冷堆用炭磚，所述的原料配比還包括碳化硼粉粒度為60 μ m。所述的粘結(jié)劑為煤浙青。實(shí)施例4 :一種高溫氣冷堆用炭磚的制備方法，其主要特點(diǎn)包括有如下步驟(I)原料破碎將石油焦或浙青焦破碎；(2)篩分將破碎的石油焦或浙青焦按粒度篩分；(3)配料A.按實(shí)施例I原料配比B.按實(shí)施例I石油焦或浙青焦的粒度組成；碳化硼粉粒度40 80 μ m ;(4)混捏主要設(shè)備使用混捏機(jī)；使用混捏機(jī)對(duì)干料、粘結(jié)劑、添加劑進(jìn)行均勻性混合，干混溫度110±3°C，干混時(shí)間20分鐘；濕混溫度150±3°C，濕混時(shí)間45分鐘；(5)擠壓成型/振動(dòng)成型，對(duì)混捏糊料給予一定的壓力，擠壓成型壓力范圍為 8-20MPa ;振動(dòng)成型0. 4-1. O公斤/平方厘米，使其具有外形形狀；(6)焙燒焙燒采用環(huán)式爐進(jìn)行，產(chǎn)品置于鋼制匣缽中，在保溫段，溫度達(dá)到 1150 1200°C，保溫時(shí)間15 25小時(shí)；(7)浸潰在浸潰罐中，加煤浙青；壓力為1. 5MPa保持2小時(shí)，充氮?dú)猓?8) 二次焙燒焙燒采用環(huán)式爐進(jìn)行，產(chǎn)品置于鋼制匣缽中，溫度達(dá)到1150°C，保溫時(shí)間25小時(shí)。(9)機(jī)械加工主要使用機(jī)械加工組合機(jī)床進(jìn)行加工。
所述的高溫氣冷堆用炭磚的制備方法，所述的振動(dòng)成型重錘配重為10 30T。所述的高溫氣冷堆用炭磚的制備方法，所述的焙燒時(shí)將毛坯產(chǎn)品放入鋼質(zhì)匣缽中，并在匣缽中填充焦粒后裝入焙燒爐室中進(jìn)行焙燒。所述的填充焦粒的粒度為O. 075mm-10mm。實(shí)施例5 :—種高溫氣冷堆用炭磚的制備方法，其主要特點(diǎn)包括有如下步驟(3)配料:A.按實(shí)施例2原料配比B.按實(shí)施例2石油焦或浙青焦的粒度組成；碳化硼粉粒度40 80 μ m。(6)焙燒焙燒采用環(huán)式爐進(jìn)行，產(chǎn)品置于鋼制匣缽中，在保溫段，溫度達(dá)到 1200°C，保溫時(shí)間15小時(shí)；(7)浸潰在浸潰罐中，加煤浙青；壓力為1. 2MPa保持4小時(shí)，充氮?dú)猓?8) 二次焙燒焙燒采用環(huán)式爐進(jìn)行，產(chǎn)品置于鋼制匣缽中，溫度達(dá)到1150°C，保溫時(shí)間25小時(shí)。其余與實(shí)施例4相同。實(shí)施例6 :—種高溫氣冷堆用炭磚的制備方法，其主要特點(diǎn)包括有如下步驟(3)配料A.按實(shí)施例3原料配比B.按實(shí)施例3石油焦或浙青焦的粒度組成；碳化硼粉粒度40 80 μ m ;其余與實(shí)施例4相同。(6)焙燒焙燒采用環(huán)式爐進(jìn)行，產(chǎn)品置于鋼制匣缽中，在保溫段，溫度達(dá)到 1200°C，保溫時(shí)間15小時(shí)；(7)浸潰在浸潰罐中，加煤浙青；壓力為1.2 I. 8MPa保持I 4小時(shí)，充氮?dú)猓?8) 二次焙燒焙燒采用環(huán)式爐進(jìn)行，產(chǎn)品置于鋼制匣缽中，溫度達(dá)到1150°C，保溫時(shí)間25小時(shí)。實(shí)施例7 :—種高溫氣冷堆用炭磚的制備方法，其主要特點(diǎn)包括有如下步驟I)將原料骨料進(jìn)行破碎2)篩分(按照粒度分布篩分)3)配料A按其原料配比(重量百分比)石油焦或/和浙青焦72%、碳化硼粉7%、粘結(jié)劑 21%。B按其干料粒度組成(重量百分比)為1· 6 I. Omm 17% ;I. O O. 5mm 10% ； (O. 075mm 35%。4)混捏使用混捏機(jī)對(duì)干料、粘結(jié)劑、添加劑進(jìn)行均勻性混合，干混溫度 105±3°C，干混時(shí)間30分鐘；濕混溫度145 ±3°C，濕混時(shí)間55分鐘；5)成型使用成型設(shè)備對(duì)混捏糊料給予一定的壓力，使其具有固有的外形形狀。6) 一次焙燒焙燒采用環(huán)式爐進(jìn)行。產(chǎn)品置于鋼制匣缽中，焙燒爐最高焙燒溫度為溫度達(dá)到1180°C，保溫時(shí)間25小時(shí)；7)浸潰在浸潰罐中，加入浸潰浙青；壓力為I. 8MPa，保持3小時(shí)，充氮。
8) 二次焙燒焙燒采用環(huán)式爐進(jìn)行。產(chǎn)品置于鋼制匣缽中，焙燒爐最高焙燒溫度為溫度達(dá)到1180°C，保溫時(shí)間25小時(shí)。通過上述實(shí)施例達(dá)到的物理機(jī)械性能指標(biāo)如下表
權(quán)利要求
1.一種高溫氣冷堆用炭磚，其特征在于原料配比重量百分比為石油焦和浙青焦68 78%，碳化硼粉O 8%，粘結(jié)劑14 32% ;所述的石油焦與浙青焦配比重量百分比為 10% -80% 比 20% -90%。
2.如權(quán)利要求I所述的高溫氣冷堆用炭磚，其特征是所述的原料配比還包括所述的石油焦或浙青焦的粒度組成為1. 6 I. Omm是10 20 % ;1. O O. 5mm是8 14 % ； (O. 075mm 是 30 40 %，其余為 O. 5mm O. 075mm。
3.如權(quán)利要求I和2所述的高溫氣冷堆用炭磚，其特征是所述的原料配比還包括碳化硼粉粒度為40 80 μ m。
4.如權(quán)利要求I至3所述的高溫氣冷堆用炭磚，其特征是粘結(jié)劑為煤浙青。
5.一種高溫氣冷堆用炭磚的制備方法，其特征是包括有如下步驟(1)原料破碎將石油焦或浙青焦破碎；(2)篩分將破碎的石油焦或浙青焦按粒度篩分；(3)配料A.按重量百分比原料配比石油焦或/和浙青焦68 78%、碳化硼粉O 8%、粘結(jié)劑 18 24% ;所述的石油焦與浙青焦配比重量百分比為10%-80%比20%-90% ；B.按石油焦或浙青焦的粒度組成為1.6 I. Omm是10 20% ;1. O O. 5mm是8 14% O. 075mm 是 30 40% ;其余為 O. 5mm O. 075mm碳化硼粉粒度40 80 μ m ;(4)混捏主要設(shè)備使用混捏機(jī)；(5)擠壓成型/振動(dòng)成型；(6)焙燒在保溫段，溫度達(dá)到1150 1200°C，保溫時(shí)間為15 25小時(shí)；(7)浸潰在浸潰罐中，加煤浙青；壓力為1.2 I. SMPa保持I 4小時(shí)，充氮?dú)猓?8)二次焙燒溫度達(dá)到1150 1200°C，保溫時(shí)間為15 25小時(shí)；(9)機(jī)械加工。
6.如權(quán)利要求5所述的高溫氣冷堆用炭磚的制備方法，其特征是所述的振動(dòng)成型重錘配重為10 30T。
7.如權(quán)利要求5所述的高溫氣冷堆用炭磚的制備方法，其特征是所述的焙燒時(shí)將毛坯產(chǎn)品放入鋼質(zhì)匣缽中，并在匣缽中填充焦粒后裝入焙燒爐室中進(jìn)行焙燒。
8.如權(quán)利要求7中所述的高溫氣冷堆用炭磚的制備方法，其特征是所述的填充焦粒的粒度為 O. 075mm-10mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高溫氣冷堆用炭磚及其制造方法。一種高溫氣冷堆用炭磚，其主要特點(diǎn)在于原料配比重量百分比為石油焦和瀝青焦68～78％，碳化硼粉0～8％，粘結(jié)劑18～32％；所述的石油焦與瀝青焦配比重量百分比為10％-80％比20％-90％。本發(fā)明原材料來源廣泛，工藝路線突破常規(guī)炭磚生產(chǎn)工藝，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，體密密度、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度以及產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)有較大改善；采用了鋼制匣缽裝產(chǎn)品、降低焙燒溫度的工藝，大大地提高了產(chǎn)品的成品率。
文檔編號(hào)C04B35/52GK102603300SQ20121008300
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月26日
發(fā)明者梁峰, 王萬平, 霍炳哲 申請(qǐng)人:方大炭素新材料科技股份有限公司