專利名稱：一種用于球形顆粒的穿衣設(shè)備及其穿衣工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料改性技術(shù)中的包覆技術(shù)及其設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及高溫氣冷堆燃料
元件制造中的包覆顆粒穿衣工序的一種用于球形顆粒的穿衣設(shè)備及其穿衣工藝。
背景技術(shù)：
我國球床式高溫氣冷堆所使用的陶瓷型燃料元件直徑為60mm，結(jié)構(gòu)為球形包覆顆 粒(TRISO)彌散在燃料區(qū)的石墨基體中，采用準(zhǔn)等靜壓成型制造工藝。由于壓制過程中壓 力較高，如果包覆顆粒間直接接觸易造成顆粒破碎，所以在壓制前，需要在包覆顆粒外包裹 一層厚O. 25mm左右的石墨基體粉(俗稱"穿衣層")作為壓制時球與球之間的緩沖，以保護 包覆層，該工藝俗稱"穿衣"(原子能科學(xué)技術(shù)，37巻，增刊，41-44)。 目前德國所制造的穿衣設(shè)備主體為一個通過電機驅(qū)動、形狀為倒圓錐臺形的穿衣 鍋，還包括一套螺旋給粉裝置和一套酒精輸送系統(tǒng)及一套熱風(fēng)系統(tǒng)。螺旋給粉裝置在穿衣 鍋上方，將基體石墨粉通過管道送入穿衣鍋中，撒在包覆顆粒表面；酒精輸送系統(tǒng)是通過氣 壓將酒精輸送到位于包覆顆粒上方的霧化噴嘴，使酒精呈霧狀噴到包覆顆粒表面；熱風(fēng)系 統(tǒng)用于穿衣完畢后將穿衣顆粒烘干，該系統(tǒng)是通過管路將熱風(fēng)引入穿衣鍋中的。穿衣時，穿 衣鍋以一定傾斜角沿軸旋轉(zhuǎn)，包覆顆粒在穿衣鍋內(nèi)壁的摩擦作用下形成旋渦運動，同時在 包覆顆粒上方噴淋酒精將顆粒潤濕，并通過螺旋給粉裝置將基體石墨粉喂入旋渦中，包覆 顆粒在運動過程中不斷被包裹上石墨基體粉而長大，直到穿衣顆粒達到合適大小。本設(shè)備 是通過調(diào)節(jié)穿衣鍋角度、轉(zhuǎn)速以及加人基體粉料的速度、噴灑酒精速度和霧化面積等參數(shù) 來控制穿衣質(zhì)量的。該設(shè)備存在以下缺點l.操作參數(shù)難控，穩(wěn)定性差，合格率低，由于穿 衣過程中，顆粒逐漸長大，顆粒的流動狀態(tài)不斷變化，所以在操作過程中，需要通過經(jīng)驗判 斷來調(diào)整穿衣鍋傾角和轉(zhuǎn)速，所以對不同的操作者或不同投料量，成品率相差很大，合格率 低在60% 85%之間。2.鍋底粘附基體石墨粉和包覆顆粒嚴(yán)重，當(dāng)基體石墨粉撒到運動的 顆粒表面，粉體會穿過顆粒間空隙中往下運動，在這個過程中，大部分基體粉會粘附到顆粒 表面形成穿衣層，少部分會在鍋底沉積，由于顆粒是在酒精潤濕狀態(tài)下，而基體石墨粉中含 有醇溶性樹脂，隨穿衣過程進行，基體石墨粉和顆粒會逐漸粘附到鍋底，越積越厚。粘鍋不 僅影響成品率，而且給穿衣鍋的清洗帶來不便，同時也要耗用大量酒精。3.操作窗口、給粉 接入口 、酒精接入口 、熱風(fēng)管路入口都位于穿衣鍋前面板，物料為開放式，穿衣時有基體粉 和酒精逸出，造成工作環(huán)境惡化。 隨著高溫氣冷堆的推廣應(yīng)用，其燃料元件的規(guī)模生產(chǎn)對設(shè)備的工藝穩(wěn)定性、成品 率、操作環(huán)境都提出了更高的要求，穿衣機作為元件生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，在以上提及的各 方面都需要得到改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供能有效克服現(xiàn)有設(shè)備在生產(chǎn)時存在的工藝不穩(wěn)的、產(chǎn)品合格 率低、操作清洗繁雜、工作環(huán)境差等問題的一種用于球形顆粒的穿衣設(shè)備及其穿衣工藝；所
3述穿衣設(shè)備主要由穿衣鍋、酒精輸送系統(tǒng)、給粉系統(tǒng)、排風(fēng)罩及熱風(fēng)罩構(gòu)成。 所述穿衣鍋鍋體上均勻布有網(wǎng)孔，前面有操作窗口，后面為連接傳動電機的后軸，
穿衣鍋的后軸與傳動電機通過傳動鏈條或齒輪連接，穿衣鍋轉(zhuǎn)速通過調(diào)節(jié)傳動電機轉(zhuǎn)速來
控制。工作時，傳動電機帶動穿衣鍋沿后軸軸心線旋轉(zhuǎn)。 所述酒精輸送系統(tǒng)包括酒精罐、流量控制閥、噴嘴和管道，噴嘴通過裝在門上的定 位桿固定在穿衣鍋內(nèi)，輸送酒精的軟管從門上穿孔進入穿衣鍋與噴嘴連接；工作時，酒精罐 中的酒精靠氣壓或蠕動泵，經(jīng)流量控制閥輸送至噴嘴霧化；酒精用于潤濕顆粒表面，以使基 體粉在顆粒上粘附。 所述給粉系統(tǒng)包括用于貯存基體石墨粉的料斗、給粉電機、螺旋給料器；螺旋給料
器的管道從穿衣鍋后軸軸心穿過進入穿衣鍋， 一端連接給粉電機，另一端優(yōu)選為垂直彎管，
料斗與給粉電機一端的管道相通，工作時，給粉電機帶動螺旋給料器將料斗中的基體粉向
穿衣鍋推進，至彎管處落入穿衣鍋；彎管可減少基體粉在穿衣鍋中的揚塵。 所述排風(fēng)罩扣于穿衣鍋外壁左下方，即工作時顆粒運動的集中部位，排風(fēng)罩通過
管路與車間排風(fēng)除塵系統(tǒng)相連，穿衣時排風(fēng)系統(tǒng)開啟能防止鍋內(nèi)產(chǎn)生揚塵。 所述熱風(fēng)罩扣于穿衣鍋外壁右上方，位置與排風(fēng)罩相對。熱風(fēng)罩可通過管路與車
間熱風(fēng)系統(tǒng)相連。熱風(fēng)用于穿衣完成后顆粒的烘干，與排風(fēng)系統(tǒng)共同作用，保證熱氣流穿過
顆粒，充分傳熱。 上述穿衣機，穿衣鍋、排風(fēng)罩、熱風(fēng)罩都安裝在一個帶門的密封箱體內(nèi)，穿衣鍋操 作窗口作為投卸料口 ，箱體上的門可將操作窗口密封，穿衣過程中所有物料在密封狀態(tài)中 運動。 所述穿衣鍋為圓柱形或雙錐臺形，優(yōu)選為雙錐臺形。 所述穿衣鍋的內(nèi)壁裝有"人"字形斜向交錯的導(dǎo)流板，當(dāng)包覆顆粒隨穿衣鍋旋轉(zhuǎn)運 動時，導(dǎo)流板將鍋底部包覆顆粒抄起后撒落在物料表面，同時，包覆顆粒還會隨交錯的導(dǎo)流 板產(chǎn)生前后運動。包覆顆粒的這兩種運動形式保證了包覆顆粒對酒精和基體粉的均勻受 料。 所述穿衣鍋的網(wǎng)孔為圓形、方形或長方形，優(yōu)選為長方形，網(wǎng)孔的大小以保證包覆 顆粒不漏出不卡殼以及基體粉能漏出為宜，圓孔的直徑、方孔邊長為0. 3-0. 65mm ;長方形 網(wǎng)孔短邊長為0. 3-0. 65mm，長邊為l-10mm。 所述穿衣鍋的網(wǎng)孔在穿衣工藝中主要有三個作用(l)落粉通道。采用上述德國
設(shè)備穿衣時，粘鍋主要是因為部分基體粉穿過包覆顆粒在鍋底聚集而成，當(dāng)采用有孔結(jié)構(gòu)
穿衣鍋時，未被包覆顆粒粘附的基體粉會經(jīng)過穿衣鍋壁的網(wǎng)孔篩出落入位于穿衣鍋正下方
的接粉盤中，避免了基體粉在鍋底的聚集，通過工藝控制能避免粘鍋。(2)排風(fēng)通道。緊扣
在穿衣鍋外的排風(fēng)罩與排風(fēng)除塵系統(tǒng)通過管道連接，它使被酒精霧化氣吹起的基體粉隨氣
流穿過包覆顆粒，大部分粉塵會被潤濕的包覆顆粒粘附，未被粘附的基體粉則穿過穿衣鍋
網(wǎng)孔被排風(fēng)除塵系統(tǒng)帶走。(3)熱風(fēng)通道。穿衣完成后需要向穿衣鍋中通入熱風(fēng)將顆粒烘
干，熱風(fēng)是經(jīng)管道從緊扣在穿衣鍋外的風(fēng)罩鼓入的，與排風(fēng)除塵系統(tǒng)共同作用，使熱氣流穿
過穿衣顆粒，這樣，熱空氣與顆粒充分進行熱交換，提高了干燥效率。 利用所述穿衣設(shè)備的穿衣工藝，其步驟如下 a.向穿衣鍋中裝入包覆顆粒；
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b.開啟穿衣鍋傳動電機和排風(fēng)系統(tǒng)，穿衣鍋轉(zhuǎn)速為8-18rpm，優(yōu)選為12_15rpm ;
c.開啟給粉系統(tǒng)和酒精輸送系統(tǒng)，給粉速度為60-120g/min，酒精流量為 15_60ml/min ; d.待穿衣的包覆顆粒長1. 2-1. 6mm，關(guān)閉酒精輸送系統(tǒng)、給粉系統(tǒng)；
e.開熱風(fēng)干燥，溫度40-80。C，時間5 30min ;
f.關(guān)閉熱風(fēng)、排風(fēng)、停止穿衣鍋傳動電機。 本發(fā)明的有益效果是能有效解決現(xiàn)有設(shè)備生產(chǎn)中存在的問題，具有如下的優(yōu)點 1.工藝參數(shù)設(shè)置簡單，操作中不用人為調(diào)節(jié)，所以產(chǎn)品穩(wěn)定且合格率高，一般都能達到 90%以上。2.參數(shù)易于控制，能實現(xiàn)自動化操作。3.設(shè)備與工藝配套，能保證顆粒不粘鍋， 同時，從穿衣鍋了漏出的粉體可回收使用。4.穿衣鍋清洗時，通過噴嘴噴灑酒精對鍋體進行 清洗，清洗液從穿衣鍋上網(wǎng)孔流出，在鍋底進行收集，與德國穿衣機相比，清洗方便且能節(jié) 約50%以上的酒精。5.整個穿衣過程都在密閉箱體中進行，能保證操作環(huán)境潔凈環(huán)保。


圖1為穿衣機的示意性主視圖。圖2為圖1的剖視圖。
圖3為穿衣機的工作示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明。
實施例1 : 本發(fā)明提供能有效克服現(xiàn)有設(shè)備在生產(chǎn)時存在的工藝不穩(wěn)的、產(chǎn)品合格率低、操 作清洗繁雜、工作環(huán)境差等問題的一種用于球形顆粒的穿衣設(shè)備及其穿衣工藝。在圖l和 圖2所示穿衣設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖中，穿衣機包括有孔雙錐臺形穿衣鍋1、酒精輸送系統(tǒng)、給 粉系統(tǒng)、排風(fēng)罩16及熱風(fēng)罩4。穿衣鍋1前面有操作窗口，操作窗口上設(shè)置門13，穿衣鍋1 后面與后軸3相連，傳動電機8與后軸3通過鏈條連接，以帶動穿衣鍋1旋轉(zhuǎn)。穿衣鍋1鍋 體上分布的網(wǎng)孔10為長方形，短邊長為0. 55mm，長邊為5mm ;內(nèi)壁裝有"人"字形斜向交錯 的導(dǎo)流板2。給粉系統(tǒng)包括料斗5、給粉電機6、螺旋給料器7，螺旋給料器7的螺旋給料管 從后軸3軸心穿過進入穿衣鍋1內(nèi)，一端連接給粉電機6，另一端為垂直彎管ll，料斗5與 給粉電機6 —端的螺旋給料管相通，工作時，給粉電機6旋轉(zhuǎn)帶動螺旋給料器7旋轉(zhuǎn)，將料 斗5中的基體粉向穿衣鍋1內(nèi)推進，基體粉被推至彎管11處落入穿衣鍋1內(nèi)；酒精輸送系 統(tǒng)包括酒精罐、蠕動泵、流量控制閥、噴嘴15及管道，輸送酒精的管道從門13上穿孔進入穿 衣鍋1與噴嘴15連接，噴嘴15通過裝在門13上的定位桿14固定在穿衣鍋1內(nèi)，在蠕動泵 的作用下，酒精從酒精罐中輸出經(jīng)管道和流量控制閥到達噴嘴15。穿衣鍋1正下方放置有 接粉盤9。 排風(fēng)罩16扣于穿衣鍋1外壁的左下方，排風(fēng)罩16通過管路與車間排風(fēng)除塵系統(tǒng) 相連。熱風(fēng)罩4扣于穿衣鍋外壁右上方，位置與排風(fēng)罩相對。熱風(fēng)罩4通過熱風(fēng)管道與車 間熱風(fēng)系統(tǒng)相連。 上述穿衣鍋1、接粉盤9、排風(fēng)罩16、熱風(fēng)罩4都安裝在密封箱體12內(nèi)。穿衣鍋操 作窗口裝有門13，門13將操作窗口密封。工作時，所有物料都處于密封狀態(tài)。
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工作時(見圖2和圖3)，穿衣鍋1由與后軸3連接的傳動電機8帶動旋轉(zhuǎn)，穿衣鍋 1中的包覆顆粒17靠穿衣鍋壁的摩擦作用和沿其中的導(dǎo)流板2的導(dǎo)流方向運動。料斗5中 的基體粉通過螺旋給料器7送入穿衣鍋1中，給粉速度靠給粉電機6轉(zhuǎn)速控制。酒精流量 可以通過調(diào)節(jié)酒精輸送系統(tǒng)的流量控制閥開度控制。 一定流量的酒精從噴嘴15呈霧狀噴 出，灑在包覆顆粒表面，使包覆顆粒表面潤濕。隨穿衣鍋1的轉(zhuǎn)動，潤濕的包覆顆粒會沿鍋 中物料的傾斜面向下運動，在經(jīng)過彎管ll出口時，與下落的基體粉接觸，將基體粉粘附。如 此循環(huán)往復(fù)，包覆顆粒逐漸長大滾圓，最后成為所要求尺寸的穿衣顆粒。當(dāng)包覆顆粒隨穿衣 鍋轉(zhuǎn)動運動時，導(dǎo)流板2將鍋底部包覆顆粒抄起后撒落在物料表面，同時，包覆顆粒還會隨 交錯的導(dǎo)流板2產(chǎn)生前后運動。包覆顆粒的兩種運動形式保證了包覆顆粒對酒精和基體粉 的均勻受料。
實施例2 : 采用實施例1的穿衣機，所用穿衣工藝步驟如下
1.在穿衣鍋1中裝入包覆顆粒5000g ; 2.開啟穿衣鍋傳動電機8和排風(fēng)系統(tǒng)，穿衣鍋轉(zhuǎn)速為12rpm ; 3.開啟給粉系統(tǒng)和酒精輸送系統(tǒng)，給粉速度為90g/min，酒精流量為28ml/min ; 4.穿衣60min后關(guān)閉酒精輸送系統(tǒng)、給粉系統(tǒng)，向穿衣鍋1鼓入5(TC熱風(fēng)對穿衣
的包覆顆粒進行干燥，時間20min ; 5.關(guān)閉熱風(fēng)、排風(fēng)、停止穿衣鍋轉(zhuǎn)動。 采用實施例1的設(shè)備和實施例2的工藝所生產(chǎn)的三批穿衣顆粒經(jīng)篩分后的各尺寸
范圍穿衣顆粒重量百分比結(jié)果如下表(單位％ ):
批次<1.21.2-1.6>1.6
12.2194. 743.05
22. 3595.062. 59
31.7495.872. 39 顆粒尺寸在1.2_1.6咖為合格，可見，成品率都在90%以上，高且穩(wěn)定。
權(quán)利要求
一種用于球形顆粒的穿衣設(shè)備，所述穿衣設(shè)備主要由穿衣鍋、酒精輸送系統(tǒng)、給粉系統(tǒng)、排風(fēng)罩及熱風(fēng)罩構(gòu)成，其特征在于，所述穿衣鍋鍋體上均勻布有網(wǎng)孔，前面為操作窗口，后面為連接傳動電機的后軸，工作時，穿衣鍋靠傳動電機沿后軸軸心線旋轉(zhuǎn)；所述酒精輸送系統(tǒng)包括酒精罐、流量控制閥、噴嘴和管道，噴嘴通過裝在門上的定位桿固定在穿衣鍋內(nèi)，輸送酒精的軟管從門上穿孔進入穿衣鍋與噴嘴連接，工作時，酒精罐中的酒精靠氣壓或蠕動泵，經(jīng)流量控制閥輸送至噴嘴霧化；所述給粉系統(tǒng)包括用于貯存基體石墨粉的料斗、給粉電機、螺旋給料器；螺旋給料器的管道從穿衣鍋后軸軸心穿過進入穿衣鍋，工作時，給粉電機帶動螺旋給料器將料斗中的基體粉推進至穿衣鍋中；所述排風(fēng)罩扣于穿衣鍋外壁左下方，即工作時顆粒運動的集中部位，排風(fēng)罩通過管路與排風(fēng)除塵系統(tǒng)相連；所述熱風(fēng)罩扣于穿衣鍋外壁右上方，位置與排風(fēng)罩相對。熱風(fēng)罩可通過管路與熱風(fēng)系統(tǒng)相連；上述穿衣機，穿衣鍋、排風(fēng)罩、熱風(fēng)罩都安裝在一個帶門的密封箱體內(nèi)，穿衣鍋操作窗口作為投卸料口，箱體上的門可將操作窗口密封，穿衣過程中所有物料在密封狀態(tài)中運動。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于球形顆粒的穿衣設(shè)備，其特征在于，所述穿衣鍋為雙錐臺 形或圓柱形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于球形顆粒的穿衣設(shè)備，其特征在于，所述穿衣鍋的內(nèi)壁裝 有"人"字形斜向交錯的導(dǎo)流板，當(dāng)包覆顆粒隨穿衣鍋旋轉(zhuǎn)運動時，導(dǎo)流板將鍋底部包覆顆 粒抄起后撒落在物料表面，同時，包覆顆粒還會隨交錯的導(dǎo)流板產(chǎn)生前后運動，保證包覆顆 粒對酒精和基體粉的均勻受料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于球形顆粒的穿衣設(shè)備，其特征在于，所述穿衣鍋體上的網(wǎng) 孔為圓形、方形或長方形，網(wǎng)孔的大小以保證包覆顆粒不漏出不卡殼以及基體粉能漏出為 宜，其中長方形網(wǎng)孔短邊長為0. 3-0. 65mm，長邊為l-10mm。
5. —種權(quán)利要求1所述用于球形顆粒的穿衣設(shè)備的穿衣工藝，其特征在于，所述利用 穿衣設(shè)備的穿衣工藝，其步驟如下a. 向穿衣鍋中裝入包覆顆粒；b. 開啟穿衣鍋傳動電機和排風(fēng)系統(tǒng)，穿衣鍋轉(zhuǎn)速為8-18rpm，c. 開啟給粉系統(tǒng)和酒精輸送系統(tǒng)，給粉速度為60-120g/min，酒精流量為15_60ml/min ;d. 待穿衣的包覆顆粒長1. 2-1. 6mm，關(guān)閉酒精輸送系統(tǒng)、給粉系統(tǒng)；e. 開熱風(fēng)干燥，溫度40-80°C，時間5-60min ;f. 關(guān)閉熱風(fēng)、排風(fēng)、停止穿衣鍋傳動電機。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于材料改性技術(shù)中的包覆技術(shù)及其設(shè)備領(lǐng)域的一種用于球形顆粒的穿衣設(shè)備及其穿衣工藝。所述穿衣設(shè)備主要由穿衣鍋、酒精輸送系統(tǒng)、給粉系統(tǒng)、排風(fēng)罩及熱風(fēng)罩構(gòu)成，并且都安裝在一個帶操作窗口的箱體內(nèi)，窗口裝有門，穿衣過程中所有物料可在密封狀態(tài)中運動；粉從穿衣鍋后軸中心通道輸送至穿衣鍋中；穿衣鍋體均勻分布有網(wǎng)孔。穿衣時，先將包覆顆粒裝入穿衣鍋內(nèi)，穿衣鍋沿軸心線轉(zhuǎn)動，帶動鍋內(nèi)包覆顆粒運動，同時向包覆顆粒噴灑酒精和基體粉，包覆顆粒不斷長大滾圓。本發(fā)明克服了現(xiàn)有設(shè)備的工藝不穩(wěn)定、易粘鍋、鍋體難清洗等缺點，易于實現(xiàn)自動化操作，且能使工作環(huán)境得到改善。
文檔編號B01J2/12GK101695643SQ20091023695
公開日2010年4月21日 申請日期2009年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月29日
發(fā)明者盧振明, 唐亞平, 唐春和, 張 杰, 鄒彥文 申請人:清華大學(xué);