DE3140020A1

DE3140020A1 - Verfahren zur herstellung einer dichten und homogenen gussumhuellung fuer ein gebinde mit hochradioaktivem inhalt und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3140020A1
Application number: DE19813140020
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl.-Chem. Dr. 7500 Karlsruhe Köster; Werner 7514 Eggenstein-Leopoldshafen Schwarzkopf
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1981-10-08
Filing date: 1981-10-08
Publication date: 1983-04-21
Also published as: GB2109984A; FR2514545A1; DE3140020C2; FR2514545B1; JPS5872100A; GB2109984B

Description

3H0020

Kernforschungszentrum Karlsruhe' GmbH

ANR: 1 002 597

Karlsruhe., den 1.10.1981 PLA 8154 S dt/wk

Verfahren zur Herstellung einer dichten und homogenen Gußumhüllung für ein Gebinde mit hochradioaktivem Inhalt und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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Beschreibung;

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer dichten und .homogenen metallischen Gußumhüllung für ein Gebinde mit hochradioaktivem Inhalt, wie z.B. eine Stahlkokille mit in Glas eingeschmolzenen, hochradioaktiven Abfällen, und betrifft eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung. . '

Die Endlagerung radioaktiver Abfälle in tiefen SaIzformationen basiert auf dem Konzept, die Abfälle durch Hintereinanderschaltung mehrerer Barrieren von der B.iosphäre zu isolieren. Wesentliche Barrieren sind das Produkt, die Salz formation und das umgebende Deckgebirge. Dem Abfallbehälter wird nach bisherigen Konzepten keine Barrierenfunktion zugeordnet. Die bisher bekannten Verpackungen stellen keinen homogenen Einschluß dar und sind daher prinzipiell korrosionsge— fährdet, so daß eine Vorausbestimmung der Standzeit von Verpackungen nur beschränkt möglich ist.

Die vorliegende Erfindung hat nun zur Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein allseitig homogener Einschluß von umweltgefährdenden Substanzen, z.B. von in Kokillen eingeschmolzenen hochradioaktiven

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Abfällen mittels vergießbarer. Materialien ermöglicht wird, sowie eine, zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung zu schaffen. / .

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt nun die Erfindung ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art vor, welches aus folgenden Verfahrensschritten besteht:

a) Einbringen der Kokille in eine Form größerer geometrischer Abmessungen, ' . ■

b) Positionierung der Kokille in der Form auf Abstand, zu den Wände mit Hilfe einer Aufhängevorrichtung, die eine Sollbruchstelle aufweist, . ■

c) Eingießen der Schmelze in die Form um die Kokille, bis die Sollbruchstelle mindestens vollständig bedeckt ist, ·

d) Abreißen der Sollbruchstelle durch Ziehen und/öder Drehen der Aufhängung, " '

e) vollständiges Abkühlen bzw. Erstarren der Schmelze,

f) Entformen der erstarrten Schmelze mit der eingegossenen Kokille.

Als einen, weiteren, evtl. zusätzlichen Verfahrensschritt schlägt die Erfindung vor:

g) Abkühlen mit gezielter Erstarrung der Schmelze von bis zur und um die Sollbruchstelle herum.

Dabei ist es von Vorteil, daß. das Abkühlen mit Erstarren der Schmelze von unten nach oben und -in der Tiefe gesteuert durch eine Kühlung bzw; Heizung erfolgt/ und daß das Abreißen der Sollbruchstelle nach' Maßgabe einer Füllstandsanzeige . .

oder eines zeitabhängigen Steuerbefehles erfolgt. Letztlich schlägt die Erfindung bezüglich des Verfahrens vor, daß die weitere Abkühlung, und Erstarrung -ebenfalls gesteuert durch eine Kühlung bzw. Heizung erfolgt,und daß nach vollständigem Erstarren der Schmelze der entstandene Gußkörper anschließend·getempert wird.

Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung besteht gemäß der vorliegenden Erfindung aus folgenden Merkmalen:

h) die Form besteht aus.einem senkrecht stehenden · • Zylinder mit Boden und ist von einem Formkasten umgeben, dessen Höhe mindestens der Höhe des zu gießenden Körpers in der Form entspricht, i) der Boden der Form weist zum Forminnenraum■hin eine Einlauf öffnung auf, die "durch einen Steiger mit dem Einguß an der Oberseite des Formkastens verbunden ist,

k) die Form ist mit einem abnehmbaren Deckel versehen, der Entlüftungskanäle aufweist und der von der Hubstange einer Hubvorrichtung durchsetzt wird, die in die Form ragt,

1) die Hubstange weist an ihrem unteren Ende eine Haltevorrichtung zum Erfassen einer. Kokille auf, ist von oben nach unten in verschiedenen Höhen arretierbar · längsbeweglich und/oder um ihre Längsachse drehbar, · m) über der Haltevorrichtung der Hubstange ist eine

Sollbruchstelle·in derselben angebracht, n) der Formzylinder ist innerhalb des Formkastens von . einer ein- oder mehrstufigen.Kühlung und/oder Heizung umgeben,

ο) Formzylinder, Formboden und Gußkörper sind nach .

dem Guß voneinander trennbar, ·

.:p) im unteren Ende der Hubstange ist eine Heizung untergebracht, deren Heizzone sich im wesentlichen unter der Schmelzenoberfläche befindet.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Verpackungen weisen im wesentlichen folgende Vorteile · auf: . ·

Optimale mechanische Stabilität, korrosionssicherer Einschluß,, .

optimale Vorausbestimmbarkeit der Verpackungsstandzeit durch die übertragbarkeit von Korrosionsuntersuchungen an Materialproben auf eine Originalverpackung,

kostengünstige Herstellung großer Verpackungswandstärken für einen gut beherrschbaren Flächenabtrag durch Korrosion,

große Verpackungswandstärken ermöglichen dünnere Abschirmwandstärken von Transportbehältern und führen zu .Vereinfachungen bei der Einlagerungstechnik. Das Endlagermedium wird gegen Bestrahlung geschützt.

Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden im . folgenden und anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.

Es zeigen:

Die Figur 1 eine Kokille mit hochradioaktivem Abfall, die Figur 2 die Vorrichtung zur Durchführung des Eingießverfahrens für die Kokille.

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Die Kokille 6 besteht gemäß der Figur 1 aus einem mit hochradioaktivem Abfall 1 in- Form von Borosilikatglas gefüllten Edelstahlbehälter 2, der mittels eines verschweißten Deckels 3 verschlossen ist. Der Deckel 3 trägt einen Greifpilz 4 zur Handhabung der Kokille. Am Boden des Behälters 2 kann zusätzlich ein Ausgleichsgewicht 5 angebracht sein,'welches zum Austarieren bei dem späteren Vergußprozeß -dient. Um die Kokille 6 herum kann noch ein Aufschmelz- und Schrumpfspannungsschutz 13 in Form von z.B.. Keramikwolle angebracht sein (s. Figur 2). .

Der Aufbau bzw. die Vorrichtung für das Eingießverfahren ist in der Figur 2 dargestellt und zeigt die Kokille 6 bzw; das austarierte Abfällgebinde in der Gießform. Diese besteht aus dem zylindrischen Stahlrohr 7, dem Bodenkasten 8 als Abschluß der Form nach unten mit der eingeformten Greifkontur 9, durch die am späteren Gußkörper ein Greifkopf gebildet" wird. Um das Rohr 7..herum ist der Formkasten 10 vorgesehen, der einen Einguß 11 ; aufweist. Dieser.bzw. der Formkasten 10 muß mindestens so hoch liegen, wie die spätere Oberkante des Gußkörpers 12 in der Form. Von dem Einguß 11 führt ein Steiger 14 schräg nach unten und mündet im Innenraum ■ der Form bzw. des Rohres 7, in dem.er an die Öffnung 15 im Bodenkas.ten 8 angeschlossen ist, die somit den Einlauf in die Form bildet. An der untersten Stelle des Steigers 14 im Böden 8 oder, an einer anderen günstigen Stelle kann noch ein Schlackenfang 16 vorgesehen werden. Um das Stahlrohr 7· herum ist in dem Formkasten 10 eine Heizung bzw. Kühlung 17 angeordnet, mit welcher die Abkühlung bzw. das Erstarren des

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Gußkörpers 12 in der Höhe -und Tiefe gesteuert werden kann. Die Heizung bzw. Kühlung 17 kann ein- oder mehrstufig ausgeführt sein, so daß die.Schmelze stufenweise oder auch kontinuierlich erstarren kann. Als Vergußmaterial für die Schmelze bzw. für den Gußkörper 12 kann Sphäroguß, Siliziumguß/ Ni-Resist oder ein anderes geeignetes Material .zum Einsatz kommen.

Das Stahlrohr 8 ist mit einem abnehmbaren Deckel 18 verschlossen, weist Entlüftungskanale 19 auf und wird von der längs- und drehbeweglichen Hubstange 20 einer Hubvorrichtung 21 durchsetzt. An dem unteren Ende 22 der Hubstange 20 ist eine Haltevorrichtung für die Kokille 6 angebracht, die z.B. aus einem in den Greifpilz 24 der Kokille 6 eingeschraubten Bolzen 25 bestehen kann. Im unteren Teil 22 der Hubstange 20 ist eine Heizung 27 vorgesehen-, deren Heizzone im wesentlichen, untere halb der. Schmelzenoberfläche 28 befindet, um das Erstarren in dieser Zone gezielt beeinflussen zu können. · "" Zwischen dem' Ende 22 und dem Bolzen 25 ist eine Sollbruchstelle 23 angebracht, die eine geringere Zugfestigkeit als die Hubstange 20 aufweist. Die Sollbruchstelle 23 kann z.B. aus niedrigschmelzenden Material·, der Rest der Aufhängung aus hochschmelzendem Material hergestellt sein; . .

Der Verfahrensablauf zur Herstellung der Gußkörper- ist nun wie folgt:

- 11.--

Aufbau des Bodenkastens 8 mit dem Formkasten 10 und dem Stahlrohr 7,

Ankoppeln des Abfallgebindes bzw. der Kokille 6 an die Aufhängung 25 der. Hubstange 20, Einführen der Aufhängung 25 mit dem Abfallgebinde 6 mit dem .Deckel 18 in die Hubvorrichtung 21, z.B. von der Seite her-,

Einstellung des gewünschten Abstandsmaßes 26 und Arretieren der Hubstange 20,

Aufsetzen des Deckels 18 mit Hubvorrichtung 21, Aufhängung 25 und Abfaligebinde 6 auf das Stahlrohr 7, Eingießen der· Schmelze über den Einguß 11.mit Beachtung der .Füllhöhe, - . nach Beendigung des.Gießvorganges wird durch einen füllniveau- oder zeitabhängigen Steuerbefehl die Hub- . · vorrichtung 21 in Betrieb gesetzt und die Hubstange 20 aus der Schmelze ausgefahren, wobei gleichzeitig 'der Abriß der Sollbruchstelle. -23 erfolgt, nach gezieltem Erstarren bzw. Tempern mit der Kühl- bzw· Heizvorrichtung 17 kann das Entformen und das Äbtrennen'der Eingußrückstände vorgenommen werden, das Ausfahren kann auch erst dann erfolgen, wenn die Schmelze bis zu einer vorbestimmten und gewünschten Höhe und/oder Tiefe erstarrt ist.

Zusammengefaßt sind nun die besonderen Kennzeichen des· Verfahrens

a) die Anwendung zum allseitigen homogenen Einschluß von Gebinden, ' ■

b) das Austarieren der Abfallgebinde mit der Schmelze, c.) die Aufhängung mit Sollbruchstelle zum Positionieren des Gebindes für den allseitigen Einschluß,

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d) die Hubvorrichtung zum Ausfahren der Aufhängung aus ,der Schmelze,

e) die zeit- oder füllstandsabhängige Steuerung .zum Abtrennen und Ausfahren der Aufhängung,

f) die Kühlung bzw. Heizung zur Steuerung des Erstar-· rungsvorganges der Schmelze.

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-AU-

Bezugszeichenliste:

1 Verglaster Abfall

2 Kokillenbehälter

3 Deckel "

4 Greifpilz

5 Ausgleichsgewicht

6 Kokille ■^- '

7 Stahlrohr

8 Bodenkasten

9' Greifkontur ·

10 Formkasten

11 Einguß.

12 Gußkörper

13 Aufschmelzschutzschicht 14' Steiger

15 'Bodenöffnung

16 Schlackenfang

17 Heizung bzw. Kühlung

18 Deckel

19 Entlüftungskanäle

20 Hubstange"

21 Hubvorrichtung

22 unteres Ende

23 Sollbruchstelle

24 Greifpilz

25 Bolzen

26 Abstandsmaß

27 Heizung

28 Schmelzenoberfläche

Claims

3U.0020

Kernforsehungszentrum Karlsruhe, den 1.10.1981 Karlsruhe GmbH . PLA 8154 ' Sdt/wk'

ANR: 1 002 597 .

Patentansprüche:

Verfahren zur Herstellung einer dichten und homogenen metallischen Gußumhüllung für ein dicht verschlossenes Gebinde mit hochrädioaktivem Inhalt, wie z.B. eine Stahlkokille mit in Glas eingeschmolzenen hochradioaktiveo. .Abfällen, mit abgebrannten Brennelementen oder einer Büchse, gekennzeichnet durch die folgenden .Verfahrensschritte:

a) Einbringen der Kokille in eine Form größerer geometrischer Abmessung,.

b) Positionierung der Kokille in der Form auf Abstand zu den Wänden mit Hilfe' einer Aufhängevorrichtung, die eine Sollbruchstelle aufweist," .

c) Eingießen der Schmelze in die Form um die Kokille/ -bis die Sollbruchstelle mindestens vollständig, bedeckt ist,

d) Abreißen der Sollbruchstelle durch Ziehen und/ oder Drehen der Aufhängung,

e) vollständiges Abkühlen bzw. Erstarren der Schmelze,

f) Entformen der erstarrten Schmelze' mit der eingegossenen Kokille. . .
2. Verfahren nach Anspruch 1, "gekennzeichnet durch folgenden Verfahrens schritt:·

g) Abkühlen mit gezielter Erstarrung der Schmelze bis zur und um' die-Sollbruchstelle ■ herum.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn- . zeichnet, daß das Abkühlen mit Erstarren (d) der Schmelze von unten nach oben gesteuert durch eine Kühlung bzw. Heizung erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3/ dadurch gekennzeichnet, daß das Abreißen der Sollbruchstelle

eines

nach Maßgabe einer Füllstandsanzeige oder/zeitabhängigen Steuerbefehles erfolgt. " .
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet/ daß die weitere Abkühlung und Erstarrung (f) ebenfalls gesteuert durch eine Kühlung bzw. Heizung erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach vollständigem Erstarren der Schmelze der entstandene Gußkörper anschließend getempert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 - bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokille bei unterschiedlichen spezifischen Gewichten von Kokille und Schmelze mit der Schmelze austariert wird.

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8. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

h) die Form besteht aus einem senkrecht stehenden Zylinder (7) mit Boden (8) und ist von einem Formkasten (10) umgeben, dessen Höhe mindestens der Höhe des zu gießenden Körpers (12) in der Form entspricht, ·

i) der Boden (8) der Form weist zürn Forminnenraum hin eine EinlaufÖffnung (15) auf, die durch einen Steiger (14) mit dem Einguß (11) an der Oberseite des Formkastens (10) verbunden ist,

k) die Form ist mit einem abnehmbaren Deckel (18) versehen, der Entlüftungskanäle (19) aufweist und der von der Hubstange (20) einer Hubvorrichtung (21) durchsetzt wird, die in die Form ragt, ...

1) die Hubstange (20) weist an ihrem unteren Ende (22) eine Haltevorrichtung (24) zum Erfassen" einer Kokille (6) auf, ist von oben nach unten in verschiedener Höhe arretierbar längsbeweglich und/oder um ihre Längsachse drehbar,

m) über der Haltevorrichtung (24) der Hubstange (20) ist eine Sollbruchstelle (23) in derselben angebracht, · .

n) der Formzylinder (7) ist innerhalb des Formkastens (10) von einer ein- oder mehrstufigen Kühlung und/oder Heizung (17) umgeben,

o) Formzylinder (7), Formboden (8) und Gußkörper (12) sind nach dem Guß voneinander trennbar,

ρ) im unteren Ende der Hubstange (20) ist eine Heizung (27) .untergebracht, deren Heizzone sich im wesentlichen unter der Schmelzenoberfläche (28) befindet.

Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

q) unter der Einlauföffnung (15) in die Form ist. im Boden (8). ein Schlackenfang (16) vorgesehen-,. . '

r) der Schlackenfang (16) ist zwischen Steiger (14) und Einlauföffnung (15) angeordnet.