[发明专利]高温气冷堆用炭砖及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温气冷堆用炭砖及其制造方法。

背景技术

高温气冷堆与其他反应堆相比，具有以下优良特性：1、高度的固有安全性：由于堆芯功率密度低，热容量大，并具有负反应性温度系数，因此即使在反应堆冷却剂流失事故的情况下，堆芯余热也可依靠自然对流、热传导和辐射传出。同时冷却剂氦气是惰性气体，与结构材料相容性好，氦气中子吸收截面小，难于活化，因此在正常运行时，氦气的放射性水平很低，有利于运行和维修。2、燃料循环灵活，转换比高和燃耗深，不仅可以使用低浓铀燃料，也可以使用高浓铀和针燃料，实现钍一铀燃料循环。燃料的燃耗深度可高达100000MW·d/tU，提高了燃料的经济性。3、热效率高：由于高温气冷堆出口温度高，可以产生19.0MPa，535℃的高温高压过热蒸汽，配以常规汽轮机组，热效率可达40％，如果采用高温氦气轮机的直接循环，热效率更可提高到50％～60％。4用途广泛：高温气冷堆还可提高900～950℃以下的高温工艺气体，用于炼钢、黑色金属生产、煤的气化和液化、氨和甲醇的生产以及轻纺、海水淡化等工业。

高温气冷堆按照燃料元件形状和堆芯结构布置特点可分为两类，一类是球床堆，另一类是柱状堆。本发明涉及的炭砖适用于球床堆。

高温气冷堆球床型反应堆采用全陶瓷包覆颗粒燃料球形元件，反应堆堆芯为圆柱形，堆芯四周为石墨炭砖，炭砖与石墨炭砖通过燕尾键连接位于石墨外面和压力壳之内。其堆芯主体炭素设备为石墨炭砖(反射层)和炭砖(中子吸收层)。炭砖安装于石墨反射层和压力壳中间，含有一定配比的硼，其作用是吸收从反射层中泄露出来的中子和隔热，防止压力壳遭受辐照损伤和高温的作用而使性能过早地退化。

核反应堆以往使用的炭素制品大部分为三高石墨，即高密度、高强度、高纯度石墨，此类产品的生产多数采用等静压的方式，使用这种方式进行生产时存在原料制备复杂，焙烧成品率较低的缺点。自1998年清华核能研究院10MW高温气冷试验堆使用炭砖以来，到如今的商业示范堆，对炭砖的性能指标要求和尺寸要求明显提高，尤其对高温气冷堆商业堆提出的技术指标来看，无论是尺寸、物理机械性能指标都有了明显的提高。使用现有炭砖生产工艺，显然无法无法满足要求，即无法克服产品不均质的问题和中细结构产品对工艺的适应性。另外由于产品尺寸大，无疑给制品成型、焙烧及加工等均增加了不少困难，尤其是强度、均匀性等性能很高外，产品焙烧后出现裂纹导致成品率极低是关键问题。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种高温气冷堆用炭砖及其制备方法。提供的这种炭砖，其体积密度≥1.60g/cm³，导热系数≤5.0w/m·k，热膨胀系数≤5.0×10^-6/℃，各向异性比≤1.2，抗拉强度≥10MPa，抗压强度≥50MPa。因此本发明避免了产品非均质、成品率低、强度低的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种高温气冷堆用炭砖，其主要特点在于原料配比重量百分比为石油焦和沥青焦68～78％，碳化硼粉0～8％，粘结剂18～32％；所述的石油焦与沥青焦配比重量百分比为10％-80％比20％-90％。

所述的高温气冷堆用炭砖，所述的原料配比还包括所述的石油焦或沥青焦的粒度组成为：1.6～1.0mm是10～20％；1.0～0.5mm是8～14％；≤0.075mm是30～40％，其余为0.5mm～0.075mm。

所述的高温气冷堆用炭砖，所述的原料配比还包括碳化硼粉粒度为40～80μm。

所述的高温气冷堆用炭砖，粘结剂为煤沥青。

一种高温气冷堆用炭砖的制备方法，其主要特点包括有如下步骤：

(1)原料破碎：将石油焦或沥青焦破碎；

(2)筛分：将破碎的石油焦或沥青焦按粒度筛分；

(3)配料：

A.按重量百分比原料配比石油焦或/和沥青焦68～78％、碳化硼粉0～8％、粘结剂18～24％；所述的石油焦与沥青焦配比重量百分比为10％-80％比20％-90％；

B.按石油焦或沥青焦的粒度组成为：1.6～1.0mm是10～20％；1.0～0.5mm是8～14％；≤0.075mm是30～40％；其余为0.5mm～0.075mm

碳化硼粉粒度：40～80μm；

(4)混捏：主要设备使用混捏机；使用混捏机对石油焦或/和沥青焦、碳化硼粉进行均匀性混合，混合温度100～120℃，混合时间20～30分钟；再加入粘结剂，混合温度135～165℃，混合时间40～60分钟；