DE3140020C2

DE3140020C2 - Verfahren zur Herstellung einer dichten und homogenen Gußumhüllung für ein Gebinde mit hochradioaktivem Inhalt und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE3140020C2
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: 1986-11-06
Also published as: GB2109984A; FR2514545A1; DE3140020A1; GB2109984B; FR2514545B1; JPS5872100A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer dichten, homogenen metallischen Gußumhüllung für eine Stahlkokille mit in Glas eingeschmolzenen hochradioaktiven Abfällen. Die Erfindung gibt weiterhin eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung an. Das Verfahren besteht neben dem Einbringen der Kokille in eine Form größerer Abmessung aus der Positionierung der Kokille auf Abstand zu den Wänden mit Hilfe einer Vorrichtung, die eine Sollbruchstelle aufweist. Nach Eingießen der Schmelze in die Kokille bis zu einer Höhe, bei der die Sollbruchstelle mindestens vollständig bedeckt ist, wird diese durch Ziehen oder Drehen der Aufhängung abgerissen. Nach vollständigem Erstarren der Schmelze erfolgt das Entnehmen des Gußkörpers mit der eingegossenen Kokille. Die auf diese Weise hergestellte Verpackung weist als besonderen Vorteil eine hohe mechanische Stabilität bei vollständiger Homogenität der Umhüllung auf. Darüber hinaus wird eine sehr kostengünstige Herstellung großer Verpackungswandstärken für einen gut beherrschbaren Flächenabtrag durch Korrosion erzielt.

Description

a) Einbringen der Kokille (6) in eine Form (10) größerer geometrischer Abmessung,

b) Positionierung der Kokille in der Form auf Abstand zu den Wänden mit Hilfe einer Hubvorrichtung (21),

c) Eingießen der Schmelze in die Form um die Kokille,

d) Abkühlen bzw. Erstarren der Schmelze,

e) Entformen der erstarrten Schmelze mit der eingegossenen Kokille,

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gekennzeichnet durch die weiteren Verfahrensschritte:

f) Eingießen der Schmelze im Schritt c) mit einer Füllhöhe über der Kokille bis eine am unteren Ende (22) einer Hubstange (20) der Hubvorrichtung (21) angeordnete Sollbruchstelle (23) mindestens vollständig bedeckt ist,

g) Abkühlen der Schmelze im Schritt d) mi t gezielter Erstarrung bis zur und um die Sollbruchstel-Ie (23) herum von unten nach oben gesteuert durch eine Kühlung bzw. Heizung (17),

h) Abreißen der Sollbruchstelle (23) durch Ziehen

und/oder Drehen dei Hubstange (20), i) vollständiges Abkühlen b„w. Erstarren der Schmelze.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abreißen der Sollbruchstelle (23) im Schritt h) nach Maßgabe einer Füllstandsanzeige erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokille bei unterschiedlichen spezifischen Gewichten von Kokille und Schmelze mit der Schmelze in Gewichtsausgleich gebracht wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3 mit den folgenden Merkmalen:

A) die Form besteht aus einem senkrecht stehenden Stahlrohr (7) mit Bodenkasten (8) und ist von einem Formkasten (10) umgeben, dessen Höhe mindestens der Höhe des zu gießenden Gußkörpers (12) in der Form entspricht,

gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:

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

E) in. der Hubstange (20) ist über dem Greifpilz (24) eine Sollbruchstelle (23) angebracht,

F) das Stahlrohr (7) ist innerhalb des Formkastens (10) von einer ein- oder mehrstufigen Kühlung und/oder Heizung (17) umgeben,

G) Stahlrohr (7), Bodenkasten (8) und Gußkörper (12) sind nach dem Guß voneinander trennbar,

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

B) der Bodenkasten (8) der Form weist zum Forminnenraum hin eine Bodenöffnung (15) auf, die durch einen Steiger (14) mit dem Einguß (11) an der Oberseite des Formkastens (10) verbunden ist,

C) 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.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer dichten und homogenen metallischen Gußumhüllung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4. Ein solches Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind aus der DE-OS 26 00 "J90 bekannt.

Die Endlagerung radioaktiver Abfälle in tiefen Salzformationen basiert auf dem Konzept, die Abfälle durch Hintereinanderschaltung mehrerer Barrieren von der Biosphäre zu isolieren. Wesentliche Barrieren sind das Produkt, die Salzformation und das umgebende Deckgebirge. Dem Abfallbehälter wird nach der DE-OS 26 00 790 ebenfalls Barrierenfunktion zugeordnet.

Mit dem aus der DE-OS 26 00 790 bekannten Verfahren und der dort beschriebenen Vorrichtung ist es nicht mit der nötigen Genauigkeit möglich, die Wandstärke der Gußumhüllung bzw. die Positionierung der Stahlkokille zu steuern.

Die vorliegende Erfindung hat nun zur Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, mit dem solch ein allseitig homogener Einschluß von umweltgefährdenden Substanzen, z. B. von in Kokillen eingeschmolzenen hochradioaktiven Abfällen mittels metallischer Gußumhüllung bei exakter Steuerung der Wandstärke ermöglicht wird, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt nun die Erfindung ein Verfahren vor, welches aus den Verfahrensschritten gemäß dem Anspruch 1 besteht.

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, und daß das Abreißen der Sollbruchstelle nach Maßgabe einer Füllstandsanzeige erfolgt.

Eine Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung besteht gemäß der vorliegenden Erfindung aus den Merkmalen des Anspruches 4.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Gußumhüllungen weisen 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 Flächcnab-

trag durch Korrosion,

große Verpackungswandstärken ermöglichen dünnere Abschirmwandstärken von Transportbehältern und führen zu Vereinfachungen bei der Einlagerungstechnik.

Das Endlagermedium wird gegen Bestrahlung geschützt.

Die Erfindung wird im folgenden und anhand der F i g. 1 und 2 näher erläutert. Es zeigt die

F i g. 1 eine Kokille mit hochradioaktivem Abfall, die

Fig.2 die Vorrichtung zur Durchführung des Eingießverfahrens für die Kokille.

Die Kokille 6 besteht gemäß der F i g. 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 Greif pilz 4 zur Handhabung der Kokille. Am Boden des Kokiilenbehälters 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 (siehe F i g. 2).

Der Aufbau bzw. die Vorrichtung für das Eingießverfahren ist in der F i g. 2 dargestellt und zeigt die Kokille 6 bzw. das austarierte Abfallgebinde 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 üegen, 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 i5 im Bodenkasien 8 angeschlossen ist, die somit den Einlauf in die Form bildet An der untersten Stelle des Steigers 14 im Boden 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 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 7um Einsatz kommen.

Das Stahlrohr 7 ist mit einem abnehmbaren Deckel 18 verschlossen weist Entlüftungskanäle 19 auf und wird von der längs- oder 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 Greifpili 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 unterhalb 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:

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

Ankoppeln des Abfallgebindes bzw. der Kokille 6 an die Auf hängung 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, Bolzen 25 und Abfallgebinde 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 Hubvorrichtung 21 in Betrieb gesetzt und die Hubstange 20 aus der Schmelze ausgefahren, wobei gleichzeitig der Abriß an der Sollbruchstelle 23 erfolgt,

nach gezieltem Erstarren bzw. Tempern mit der Kühl- bzw. Heizvorrichtung 17 kann in Entformen und das Abtrennen der EinguSrückslände vorgenommen werden, das Ausfahren kann auch erst dann erfolgen, wenn die Schmelze bis zu einer vorbestimmten und gewünschten Höhe und/oder Tiefe erstarrt ist

	Bezugszeichenliste:	Verglaster Abfall
	1	Kokillenbehälter
30	2	Deckel
	3	Greifpilz
	4	Ausgleichsgewicht
	5	Kokille
	6	Stahlrohr
35	7	Bodenkasten
	8	/-;...,: η „..._ VJl VlllMMllUl
	9	Formkasten
	10	Einguß
	11	Gußkörper
40	12	Aufschmelzschutzschicht
	13	steiger
	14	Bodenöffnung
	15	Schlackenfang
	16	Heizung bzw. Kühlung
45	17	Deckel
	18	Entlüftungskanäle
	19	Hubstange
	20	Hubvorrichtung
	21	unteres Ende
50	22	Sollbruchstelle
	23	Greifpilz
	24	Bolzen
	25	ALsundsmaß
	26	Heizung
55	27	Schmelzenoberiläche
	28	Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer dichten und homogenen metallischen Gußumhüllung für ein dicht verschlossenes Gebinde mit hochradioaktivem Inhalt, insbesondere für eine Stahlkokille (6) mit in Glas eingeschmolzenen hochradioaktiven Abfällen (1) mit den Verfahrensschritten: