Modélisation des fours tournants de défluoration et réduction du difluorure d'uranyle

Marie Debacq (1, 2) , André Feugier (3) , Didier Hartmann (4) , Fabrice Patisson (1) , Jean-Léon Houzelot (2) , Denis Ablitzer (1)

1 IJL - Institut Jean Lamour
2 LRGP - Laboratoire Réactions et Génie des Procédés
3 FBFC
4 COGEMA

Nous avons développé un modèle mathématique pour simuler deux types de fours tournants utilisés dans le domaine du nucléaire pour transformer la poudre d'UO2F2. Des mesures de Distribution des Temps de Séjour réalisées sur les fours industriels, complétées par des modèles de la littérature, ont permis d'établir une procédure de calcul de la répartition axiale de la poudre, induite notamment par la contraction volumique du solide au cours de la réaction. La loi de déchargement des releveurs a été déterminée expérimentalement, et a permis de mettre au point une méthode de calcul de la répartition transversale de la poudre. Les lois cinétiques formelles de la transformation d'UO2F2 en U3O8 ou en UO2 ont été déterminées dans les conditions de fonctionnement des fours industriels. Un modèle cinétique a ensuite été mis en place, basé sur l'additivité des temps caractéristiques de transfert externe, de diffusion et de réaction, et qui s'appuie sur la répartition transversale de la poudre. À la différence des études thermiques antérieures sur les fours tournants, les bilans thermiques prennent en compte les équipements internes des fours, qui représentent une surface d'échange importante. Le modèle global est obtenu par discrétisation des fours tournants en tranches successives, dans lesquelles sont résolues les équations régissant les aspects dynamiques, cinétiques et thermiques. Le modèle a pu être partiellement validé sur la base de mesures effectuées sur les fours industriels, et une étude de sensibilité a été menée. Le fort couplage entre les équations implique de nombreuses itérations dans le code de calcul ; plusieurs stratégies ont été mises en place pour accélérer le temps de calcul et répondre au cahier des charges des industriels. Le modèle dans son état actuel apporte des premières réponses aux préoccupations des industriels. L'optimisation du fonctionnement des fours COGEMA, en terme de corrosion et de défluoration, nécessite un ajustement couplé des positions d'injection des réactifs et de la vitesse de rotation. L'augmentation de la capacité de production des fours FBFC peut être envisagée, moyennant quelques ajustements sur la géométrie des releveurs.

Mots clés: rotary kiln

Mots clés: Four tournant

Domaines: Génie des procédés

Marie Debacq, André Feugier, Didier Hartmann, Fabrice Patisson, Jean-Léon Houzelot, et al.. Modélisation des fours tournants de défluoration et réduction du difluorure d'uranyle. Congrès de la Société Française de Génie des Procédés (SFGP 2003), SFGP, Sep 2003, Saint-Nazaire, France. pp.1553-1560. ⟨hal-01500236⟩