SABOT DE TRANSPORT POUR FRITTAGE DE PASTILLES DE

COMBUSTIBLE NUCLEAIRE, PROCEDE DE FABRICATION D'UN TEL

SABOT ET PROCEDE DE FRITTAGE UTILISANT UN TEL SABOT

DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTéRIEUR

La présente invention se rapporte principalement à un sabot de transport pour le frittage de pastilles de combustible nucléaire, notamment des pastilles de MOX (Mélange d'oxyde de plutonium et d'oxyde d'uranium), à un procédé de fabrication d'un tel sabot et à un procédé de frittage desdites pastilles de combustible utilisant un tel sabot.

Le frittage des pastilles de combustible MOX s'effectue, par exemple, entre 165O ⁰ C et 175O ⁰ C dans un four à atmosphère réductrice. Les pastilles sont réparties dans des nacelles, posées chacune sur un sabot. Un train formé d'une succession de sabots se déplace à l'intérieur d'un four de frittage pour permettre le frittage des pastilles.

Un sabot de type connu a une forme rectangulaire adaptée à la nacelle et comporte à ses quatre coins des orifices pour le passage de moyens de levage de la nacelle à la fin du frittage pour son déchargement.

Ces orifices ont la forme d'encoche semi- circulaire. Ces encoches débouchent dans les faces avant et arrière du sabot en considérant le sens de déplacement du train de sabot.

Or il apparaît que les sabots actuels ne présentent pas une bonne tenue aux contraintes. En effet, les encoches provoquent l'apparition de contraintes localisées sur les faces avant et arrière, qui déforment le sabot.

En outre, le choix du matériau pour réaliser le sabot joue également un rôle dans la tenue à la déformation du sabot.

Il est connu du document GB 2 171 185 de fabriquer les sabots en molybdène pur ou en alliage de molybdène .

Un alliage de molybdène actuellement utilisé, est le TZM comportant des carbures de titane et des carbures de Zirconium. Ces matériaux sont parmi les matériaux réfractaires possédant les meilleures caractéristiques à haute température.

Cependant, il a été observé l'apparition d'une déformation des sabots réalisés en TZM de l'ordre de 1 mm après dix cycles, c'est-à-dire après dix passages dans le four de frittage, imposant un remplacement trop fréquent des sabots déformés.

Outre le problème économique qui en découle, ceci pose également un problème de pollution. En effet, ces sabots sont susceptibles d'être contaminés par des matières radioactives et de former eux-mêmes en fin d'utilisation des déchets radioactifs, dont le traitement est très complexe.

De plus, il a été observé un phénomène dit de collage ou d'adhésion entre des sabots en contact. Ce collage est en partie dû à la diffusion du molybdène

entre une face avant d'un sabot et une face arrière d'un sabot précédent.

Ce collage peut poser des problèmes lors du fonctionnement prolongé en mode puisé imposé par des incidents extérieurs.

C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir des sabots pour le frittage des pastilles de combustible nucléaire de durée d'utilisation allongée. C'est également un but de la présente invention d'offrir des sabots à durée d'utilisation allongée et présentant un phénomène de collage réduit.

EXPOSé DE L'INVENTION

Le but précédemment énoncé est atteint par un sabot dans lequel les orifices pour les moyens de levage ne débouchent pas latéralement, pour le moins dans des faces avant et arrière du sabot qui sont en contact d'un sabot avant et d'un sabot arrière.

En d'autres termes, les faces avant et arrière ne sont pas entamées par les orifices, ce qui permet une répartition sensiblement homogène des contraintes le long des faces avant et arrière du sabot .

De plus, le sabot selon l'invention est avantageusement réalisé en alliage de molybdène comportant entre autre comme élément d'alliage de l'oxyde de lanthane.

La présente invention a alors principalement pour objet un sabot de transport pour frittage de pastilles de combustible nucléaire

comportant un socle et au moins un orifice, ledit socle étant muni d'une face de poussée et d'une face d'appui, les faces de poussée et d'appui étant sensiblement planes . De manière avantageuse, le sabot selon la présente invention est réalisé en un alliage de molybdène comportant de l'oxyde de lanthane.

La proportion d'oxyde de lanthane est avantageusement comprise entre 0,5 % et 0,7 % en poids de lanthane métal.

Dans un mode de réalisation particulier, le sabot comporte un revêtement en matériau céramique de manière à réduire la diffusion de molybdène entre au moins deux sabots. En outre, le revêtement peut comporter une première couche d'accrochage, une couche comportant un matériau métallique et un matériau céramique, type cermet (ou métal-céramique pure) et une couche de céramique pure. De manière avantageuse, la couche de cermet comporte sensiblement 50 % de molybdène et 50 % de matériau céramique en égale proportion.

Par exemple, la couche d'accrochage et la couche de cermet ont une épaisseur totale, comprise entre 100 μm et 200 μm et la couche de céramique pure a une épaisseur comprise entre 20 μm et 150 μm.

La céramique peut être de la zircone yttriée ou de la zircone yttriée ceriée ou de l'oxyde d' yttrium pur .

La ou les orifices comportent un chanfrein à une extrémité du côté d'une face du sabot destiné à recevoir une nacelle.

La présente invention a également pour objet un train de sabots comportant une pluralité de sabots selon la présente invention, disposés les uns derrière les autres.

La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un sabot selon la présente invention, comportant une étape de réalisation d'une plaque par laminage à chaud d'un bloc en alliage de molybdène comportant de l'oxyde de lanthane et une étape d'usinage de cette plaque.

Le procédé peut, en outre, comporter une étape ultérieure de dépôt d'une couche de céramique pure par dépôt plasma.

De manière avantageuse, le procédé comporte préalablement au dépôt de la couche de céramique pure, un dépôt d'une couche d'accrochage directement sur l'alliage de molybdène comportant de l'oxyde de lanthane et un dépôt d'un cermet .

La présente invention a également pour objet un procédé de frittage de pastilles de combustible nucléaire, le frittage s' effectuant à haute température sous atmosphère réductrice, ledit procédé utilisant au moins un sabot selon la présente invention pour déplacer les pastilles dans ladite atmosphère.

De manière avantageuse, la température de frittage est comprise entre 165O ⁰ C et 175O ⁰ C.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre et des figures en annexe pour lesquelles : - la figure 1 est une vue de dessus d'un sabot selon la présente invention, la figure 2 est une vue en coupe longitudinale du sabot de la figure 1, la figure 3 est une représentation schématique d'un train de sabots selon la présente invention .

EXPOSé DéTAILLé DE MODES DE RéALISATION PARTICULIERS

Sur les figures 1 et 2, on peut voir un sabot selon la présente invention, de forme sensiblement rectangulaire, comportant une première face 2 supérieure, sur laquelle peut être posée une nacelle (non représentée) dans laquelle seront déposées des pastilles de combustible nucléaire.

Le sabot comporte également une deuxième face inférieure 4 destinée à glisser sur une surface de glissement d'un four de frittage (non représentée).

Le sabot comporte une face de poussée 6, disposée à l'avant du sabot dans le sens de déplacement du sabot et une face d'appui 8, à l'opposée de la face de poussée à l'arrière du sabot dans le sens de déplacement .

Les sabots selon la présente invention comportent également sur la face supérieure 2 au moins un orifice 18, avantageusement quatre orifices répartis respectivement aux quatre coins de la face 2. Ces

orifices sont destinés au passage de moyens de levage pour décharger les nacelles contenant les pastilles du sabot à la sortie du four de frittage.

Le sabot selon la présente invention comporte des orifices 18 ne débouchant pas latéralement, notamment dans les faces 6 et 8, celles- ci étant alors planes, ce qui permet une répartition optimale des efforts entre deux sabots sur toute la largeur de chaque sabot. En effet les faces 6 et 8 n'étant pas entamées par les orifices 18, les contraintes exercées par les autres sabots se répartissent uniformément le long de chaque face 6, 8.

Cette forme particulière permet donc d'éviter, ou pour le moins de réduire, les contraintes localisées sur les extrémités de la face 2 et la déformation des sabots.

Les sabots se déplacent dans le four sous la poussée d'un vérin portant sur un premier sabot et transmise de proche en proche à tout le train de sabots à une vitesse très lente de l'ordre de quelques mm par heure. Les sabots sont, par exemple guidés latéralement par des rebords latéraux au niveau des soles en céramique .

Les extrémités inférieures des faces 6, 8 comportent des chanfreins de manière à réduire de blocage du sabot au franchissement d'une jonction entre deux briques formant les soles.

Les orifices 18 sont avantageusement de forme circulaire et de diamètre compris entre 30 mm et 50 mm.

De manière avantageuse, les orifices comportent sur leur extrémité ouverte du côté de la face du sabot destinée à recevoir la nacelle, un chanfrein 20 (figure 2) de manière à faciliter le passage des moyens de levage.

Les sabots selon la présente invention sont destinés à être utilisés sous la forme d'un train représenté de manière schématique sur la figure 3. Le train de sabots est formé de sabots Sl, S2, S3 placés les uns à la suite des autres et déplacés par exemple au moyen d'un vérin hydraulique H, qui applique un effort de poussée sur le premier sabot Sl du train. Les sabots sont en appui les uns contre les autres, ainsi chaque sabot Sl, S2, S3 exerce un effort de poussée sur le sabot suivant.

Le déplacement par vérin n'est pas limitatif et l'on peut prévoir un autre moyen de déplacement des sabots.

Les sabots peuvent avoir une forme autre que rectangulaire, tout autre forme permettant de transmettre un effort de poussée au sabot suivant peut convenir .

Les sabots sont destinés à transporter chacun une nacelle chargée de pastilles de combustible nucléaire.

Tous les sabots ou une partie seulement de ceux-ci peuvent comporter un chargement lors du passage dans le four.

Le sabot selon la présente invention est avantageusement réalisé en un alliage de molybdène comportant de l'oxyde de lanthane, appelé MLR.

L'alliage comporte avantageusement de 0,5 % à 0,7 % en poids de lanthane métal sous forme d'oxyde de lanthane

L'oxyde de lanthane se trouve dans l'alliage sous la forme La ₂ O ₃ .

Les sabots selon la présente invention réalisés en MLR ont une durée de vie nettement allongée par rapport aux sabots en TZM.

Pour un sabot du type représenté en figures 1 et 2, sa durée de vie peut être supérieure à 60 cycles.

Le MLR, matériau formant les sabots selon l'invention présente une stabilité de structure métallurgique et une vitesse de déformation minimale jusqu'à 1,3 fois moins rapide que celle des sabots en molybdène pur.

Les sabots selon la présente invention comportent avantageusement un revêtement en matériau céramique, notamment sur les faces de poussée 6 et d'appui 8.

Un revêtement sur toute la surface du sabot ne sort pas du cadre de la présente invention.

Le matériau céramique utilisé est par exemple de la zircone yttriée (80 % ZrO ₂ , 20 % Y ₂ O ₃ ) ou de la zircone yttriée ceriée (oxyde d'yttrium + oxyde de cérium) ou encore, de manière préférée, de l'oxyde d' yttrium pur .

Des sabots ainsi revêtus présentent une intensité de collage jusqu'à dix fois inférieure à celle des sabots non revêtus. De plus, il a été observé

que des sabots revêtus avec de l'oxyde d'yttrium pur, ne présentent aucun phénomène de collage.

Il a été constaté pour deux surfaces en molybdène usinées et collées par diffusion lors d'un maintien en température à 175O ⁰ C en atmosphère argon et hydrogène humide, ce qui correspond sensiblement à des conditions normales de frittage, que l'intensité de collage entre ces deux surfaces peut atteindre une valeur comprise entre 40 MPa et 70 MPa. En outre, ces sabots présentent une bonne tenue aux variations cycliques de températures (entre la température ambiante et 1700 ⁰ C) qui leur sont imposées .

Le dépôt du matériau céramique est avantageusement réalisé par dépôt plasma.

L'épaisseur de la couche de matériau céramique pure est par exemple comprise entre 20 μm et 150 μm.

Dans un mode préféré de réalisation, le sabot selon la présente invention en MLR est revêtu d'une première couche d'accrochage, par exemple en molybdène pur. Puis, une couche composée principalement d'un matériau métallique et d'un matériau céramique, type cermet, est déposée sur la couche d'accrochage. La couche de cermet comporte, par exemple 50 % de molybdène pur et 50 % de matériau céramique. La couche de céramique pure est ensuite déposée sur le cermet.

Le matériau céramique du cermet est avantageusement le même que celui du revêtement. L'épaisseur de la couche d'accrochage peut être comprise entre 5 μm et 200 μm.

L'épaisseur totale du cermet et de la couche d'accrochage est, de manière avantageuse, comprise entre 100 μm et 400 μm.

Le dépôt des couches d' accrochage et du cermet est, par exemple réalisé par dépôt plasma, avantageusement comme le dépôt de la couche de céramique .

Les sabots selon la présente invention réduisent les risques d' incident lors du déplacement de ceux-ci dans les fours de frittage, du fait de leur stabilité dimensionnelle et de l'absence de collage ou d'un collage réduit entre sabots.

Nous allons maintenant décrire un procédé de fabrication d'un sabot selon la présente invention. Le procédé de fabrication selon la présente invention comporte une étape de réalisation d'une plaque en alliage de molybdène comportant de l'oxyde de lanthane par laminage à chaud d'un bloc de cet alliage, puis une étape d'usinage de cette plaque pour obtenir le sabot.

Le procédé comporte avantageusement une étape supplémentaire de dépôt par exemple par dépôt plasma d'une couche d'un matériau céramique pur.

Préalablement à cette couche de matériau céramique pur, le procédé peut comporter une étape de dépôt d'une couche d'accrochage par dépôt plasma, par exemple en molybdène pur directement sur l'alliage MLR et une étape de dépôt d'un cermet composé par exemple de 50 % de céramique pure et 50 % de molybdène pur. Nous allons maintenant décrire le procédé de frittage de pastilles de combustible, notamment de

MOX, utilisant au moins un sabot selon la présente invention .

Le frittage des pastilles de MOX utilise un four dans lequel règne une atmosphère réductrice humidifiée comprenant par exemple 95 % d'argon et 5 % d'hydrogène, maintenue à haute température, par exemple comprise entre 165O ⁰ C et 175O ⁰ C.

Les pastilles sont formées par pressage à l'aide d'une presse, puis sont disposées avec précaution dans des nacelles.

La nacelle peut être disposée sur un sabot de frittage selon la présente invention lors du chargement des pastilles ou après le chargement.

Le sabot se déplace ensuite pendant un temps déterminé dans le four. Un cycle de frittage peut avoir une durée de 23 heures, au cours duquel chaque sabot se trouve à une température comprise entre 165O ⁰ C et 175O ⁰ C pendant une fraction significative du cycle (entre 6 et 9 heures) . De manière avantageuse, c'est un train de plusieurs sabots qui se déplace dans le four. Les sabots sont en appui contre le sabot avant et contre le sabot arrière dans le sens de déplacement du train et le déplacement est obtenu en exerçant une poussée sur le dernier sabot du train, par exemple à l'aide d'un vérin .

A la fin d'un cycle de frittage, le sabot chargé de la nacelle sort du four ; les pastilles sont alors prêtes à être placées dans des gaines pour former des crayons de combustible nucléaire.