[实用新型]一种锂氧化物的离心制球装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种微型小球的制球装置，尤其是一种核聚变包层中锂氧化物小球的离心制球装置，属于材料成型与控制技术领域。 

背景技术

聚变堆采用氚增殖剂与中子反应生成氚来保证其燃料的“自持”，即聚变反应消耗的氚能从聚变堆生产的氚得到补偿。为此，每个聚变反应堆都设计有一个产氚包层，即氚增殖包层。在增殖包层中，通常用含锂的材料作为增殖剂与中子反应生成氚。

Li₂O、LiAlO₂、Li₂ZrO₃、Li₂TiO₃和Li₄SiO₄等锂陶瓷材料由于具有良好的化学稳定性、机械力学性能和产氚性能等优点，是聚变堆主要的候选产氚材料，为满足聚变堆氚增殖包层的运行工况要求，氚增殖小球剂要求具有密度高、粒径小(0.4-2mm)、强度大、杂质少等特点。

现有的氚增殖小球成型的方法有很多种，方案主要包括熔融法、挤压成型法、溶胶-凝胶法、行星式滚动法和模具压制法。

熔融法（含喷雾和滴入两种）适合一步制备高密度锂氧化物陶瓷小球，但生产规模有限，实验室年产不超过250Kg/a；由于气体喷嘴与出料口直接接触或间隙很小，出料口受气体冷却作用，容易造成物料堵塞，另外其吹扫气为惰性气体，喷射速率快、耗气量大、成本高，小球粒径主要由气体流速和物料压力控制，较难实现稳态运行，粒径控制难度大，分布范围宽且能耗大。

挤压成型法、溶胶-凝胶法等属于湿法工艺，均是在混合物前驱体中加入粘结剂混合均匀后，形成悬浊液浆料或凝胶，滴入有机液体或冷浴中成球,再通过干燥、烧结得到锂陶瓷小球，操作简单，但其制备的陶瓷微球密度低（70％T.D～80％T.D），成型度不好，表面粗糙，容易掉粉；并且湿法工艺制备出的锂基混合物胚体，需要进行高温烧结才能得到陶瓷微球；实验室产量小于100Kg，另外pH值、反应物浓度比、温度、有机物杂质等都会影响凝胶小球的性能。 

发明内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种锂氧化物的制球装置，其结构和操作简单，出料、成球速度快，避免出料口与小球成型装置的设计和加工难度，以扩大生产规模。

本实用新型采用的技术方案如下：

基于的锂氧化物的离心制球方法，包括如下步骤：

（a）将熔融态或浆料态的锂氧化物滴入或流入到旋转的轴盘上；

（b）锂氧化物在离心力作用下飞离轴盘形成小球；

（c）用冷媒对小球进行收集冷却固定成型。

熔融态的锂氧化物或浆料态的锂氧化物滴入或流入轴盘上后，在轴盘的离心力作用下飞散出去后，依靠表面的张力收缩成球，然后用冷却介质收集，冷却固定成型，得到锂氧化物小球。如为熔融态的锂氧化物，则冷却介质挥发后即得到目标小球产品，如为浆料态的锂氧化物，则得到锂氧化物胚体，胚体经过烧结后得到目标小球产品。所述锂氧化物为Li₂O、Li₄SiO₄、Li₂TiO₃、Li₂ZrO₃、LiAlO₂等含锂元素的氧化物，按照现有配制工艺进行配制。

所述锂氧化物的离心制球方法，步骤（a）中通过调节锂氧化物的物料流量或/和轴盘的转速来调节制球的产量与粒径。

所述轴盘的转速控制在800-3000r/min范围，以保证球体具有较佳的成球效果和成球粒径。

所述锂氧化物的离心制球方法，步骤（c）中采用液态冷媒对小球进行收集。所述液态冷媒为液氮。

一种锂氧化物的离心制球装置，包括物料供给装置和设置于物料供给装置下方的轴盘，所述轴盘可绕轴心旋转。所述物料供给装置为制球提供锂氧化物物料，轴盘通过旋转提供离心力作用。

所述物料供给装置包括料腔，所述料腔的底部设置出料管口。料腔用于储存锂氧化物物料，出料管口用于物料的流出。

进一步的，所述出料管口上设置有流量调节装置。所述出料管口的出口端为斜切结构。斜切结构便于物料的稳定流出。

本实用新型的离心制球装置，所述料腔为开放式结构。开放式结构是指料腔的盛料腔体与大气连通，使得物料利用重力进行供料。

或者，所述料腔为封闭式结构，料腔上连通有压力调节装置。封闭式结构是指料腔的盛料腔体与大气隔绝，压力调节装置通过控制料腔的压力来控制出料的速度，提高调节的灵活性。