[发明专利]胶液流量的控制装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷材料领域，尤其涉及一种适用于溶胶凝胶法制备陶瓷微球工艺中对胶液流量进行高精度控制的装置及其方法。

背景技术

溶胶凝胶法制备陶瓷微球工艺应用于制备高温气冷堆球形燃料元件的二氧化铀核芯。该二氧化铀燃料核芯要求直径500微米左右，尺寸偏差小。

溶胶凝胶法制备二氧化铀核芯主要有以下步骤：

1、溶解，将八氧化三铀(U308)粉末溶于硝酸中，配置成有一定铀原子浓度的硝酸铀酰溶液；

2、煮胶，在硝酸铀酰溶液中按一定计量比加入尿素，在一定温度下蒸发浓缩一定时间，冷却后加入增稠剂调整粘度，即获得胶液；

3、分散造粒，将备好的胶液移入压力罐中，用一定的压力推动胶液沿管道流动，胶液最终被送入具有一定频率振动的振动喷嘴，从振动喷嘴流出后分散成为有一定尺寸的液滴，这个步骤需要精确的控制流量，因为流量的差别直接导致液滴尺寸的偏差；

4、胶凝成球，液滴形成之后先经过空气区，依靠自身的表面张力形成球形，球形液滴再通过氨气区，液滴与氨气发生胶凝反应使表面预固化而具有一定的强度，之后进入氨水区进行进一步的胶凝反应成为凝胶球；

5、陈化，凝胶球刚刚形成时，胶凝反应只在凝胶球表面附近完成，凝胶球内部反应需要一定的时间和温度，因此需要将凝胶球置于氨水中加热陈化1～3小时，使凝胶球反应完全，成为均匀的有一定强度的球形颗粒；

6、洗涤，硝酸铀酰与氨水反应生成重铀酸铵和硝酸铵，重铀酸铵是所需成分，而硝酸铵是有害成分，容易在后续工艺中造成小球破裂，因此必须将硝酸铵除去，方法是反复的洗涤。洗涤需要3～5遍，第一遍使用1％～2％的稀氨水，随后几遍使用去离子水，每次的洗液需要测试其硝酸浓度，确保硝酸根含量足够低；

7、干燥，洗涤后的小球用真空旋转干燥法干燥，需要控制温度、真空度和旋转速度，以保证干燥过程充分完成且不能造成小球的破坏；

8、焙烧，干燥后的小球需要在焙烧炉中焙烧，以脱去小球中的有机物成分，同时小球的主要成分变为三氧化铀；

9、还原，焙烧球在还原炉中，在氢气气氛下被还原为二氧化铀，需要保证合适的还原温度和充足的还原剂和充足的还原时间；

10、烧结，还原后的小球在氢气气氛下，在1400～1600摄氏度下烧结3～5小时，成为二氧化铀核芯；

11、筛分和分选，经筛分和分选步骤，可以获得尺寸均一，球形度满足要求的二氧化铀核芯。

在上述制备二氧化铀核芯的步骤中，步骤3分散造粒对最终的核芯球形度和尺寸偏差至关重要。没有好的流量控制，就没有稳定精确的尺寸控制。因此，控制高精度胶液流量对制备高温堆燃料元件核芯有非常重要的意义。

目前，在控制胶液流量的方法中，比较常用的是压力控制和流量控制。在压力控制方法中，压力的供应主要采用气瓶或者空气压缩机，若使用气瓶控制压力，由于气体用量较大，需要经常更换气瓶造成操作中断，对生产非常不利，另外气瓶费用高对控制生产成本不利。若使用空气压缩机，则有压力不稳的问题，直接造成产品的尺寸不均匀，影响成品率。在流量控制法中，常用的是浮子流量计控制。由于浮子流量计对流体的物性敏感，例如粘度、密度、温度等，也就是说浮子流量计需要对特定的流体标定刻度，工作量大，且不可靠，因为微小的流量差别就会造成较大的产品尺寸偏差。

以上方法由于不能同时对胶液的压力和流量进行精确的控制，因此所获得的胶液流量精度不高且不稳定，进而不能够有效地控制产品的尺寸，使产品的成品率较低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是，针对上述缺陷，如何提供一种胶液流量的控制装置及其控制方法，其能够实现对胶液流量的精确控制，因而可以有效地控制产品尺寸，提高成品率，同时本发明还具有操作简单，成本低的特点。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种胶液流量的控制装置，所述控制装置包括：

依次连接的空气压缩机、一个或多个顺次连接的气压缓冲装置、压力罐、电动阀和质量流量计，以及与所述电动阀和质量流量计相连的程序控制器；其中，

所述空气压缩机，用于产生压缩空气；

所述气压缓冲装置，用于调节气体管路中的气压；

所述压力罐，用于储存胶液；

所述电动阀，用于调节胶液流量；

所述质量流量计，用于测量在管路中通过的胶液流量；

所述程序控制器，用于对电动阀进行控制。