Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schmelzen von Metallabfällen durch Elektroschlackeschmelzen.
Bei den Metallabfällen handelt es sich beispielsweise um radioaktive Metallabfälle aus Kernkraftanlagen
und Schrott aus verunreinigten Anlageteilen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung
dieser Art, die dsm Zweck dient, das Volumen verunreinigter Metailabfälle in einem geschlossenen System
sicher und effektiv zu verringern.
Im Zuge der weiteren Verbreitung der Kerntechnik
nimmt die Menge radioaktiver Metallabfälle und auch die Menge an Schrott aus verunreinigten Anlageteilen
zu. Häufig werden diese Abfälle in Fässern, Behältern und dergleichen eingeschlossen und in der Anlage, in
der sie entstehen, gelagert. Die dort verfügbare begrenzte Lagerkapazität legt es nahe, das Abfallvolumcn
zu verringern.
Hinsichtlich der brennbaren radioaktiven Abfälle ist es bereits üblich, zur Verringerung des Volumens die
Abfälle zu verbrennen bzw. zu veraschen. Verbrennungsanlagcn für brennbare radioaktive Abfälle sind
bereits in Kernkraftwerken und Kernforschungsanlaecn
eingebaut worden oder sind dort noch im Bau. Als Verfahren zum Verringern des Volumens von unbrennbaren
Materialien wie beispielsweise von radioaktiven Metallabfällen ist es bekannt, diese zu zerkleinern und
zu komprimieren. Die dadurch erreichbare Volumenverringerung ist jedoch unzureichend.
Ferner ist es an sich bekannt Metallabfälle zur Volumenverringerung
einzuschmelzen. Als Schmelzverfahren ist an sich das Elektroschlackeschmelzen bekannt
Durch Einschmelzen ist es möglich, Metallabfälle sehr
ίο stark zu verdichten und dadurch das Volumen stark zu
verringern, wobei zugleich die hohe mechanische Festigkeit der abgekühlten, erstarrten Masse Vorteile hat,
zu denen die einfache Handhabung und die stark verringerte Möglichkeit und Wahrscheinlichkeit für eine
Rück-Diffusion gehören, d. h. für Ausströmen, Zerfall
und Verbreitung metallischer Schadstoffe.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Elektroschlackeschmelzens
mit den Merkmalen des Ooerbegriffs von Patentanspruch 1 ist bekannt (DE-OS
23 13 081), wobei die bekannte Vorrichtung allerdings nicht zum Schmelzen von Metailabfälien, sondern zur
Raffination dient. Die Elektrode der bekannten Vorrichtung ist dementsprechend eine selbstverbrauchende
Elektrode.
Die bekannte Vorrichtung ist so, wie sie ist, zum Einschmelzen von Metallabfällen nicht geeignet, wenn eine
Verunreinigung der Umgebung durch die Metallabfälle während des Schmelzens möglichst vermieden werden
soll.
Der Erfindung lieg., die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße
Vorrichtung derart auszubilden, daß sie zum Schmelzen von Metallabfällen, und zwar insbesondere
zum Schmelzen von schadstoffhaltigen, beispielsweise radioaktiven Abfällen geeignet ist. Dabei soll es
die zu schaffende Vorrichtung ermöglichen, die Abfallbehandiung
durchzuführen, ohne daß eine Verunreinigung
mit beispielsweise radioaktiven Stoffen erfolgt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöai.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, Metallabfälle im vollständig abgeschlossenen Zustand
zu schmelzen und zu verarbeiten. Da die Verunreinigungen der Metallabfälle während des Elektroschlackeschmelzens
zur Schlacke wandern, kann der Schadstoffgehalt der Metalle, beispielsweise der Gehalt an radioaktiven
Isotopen, selber stark verringert werden, wobei zugleich die Handhabung und Lagerung aufgrund der
Volumenverringerung erheblich vereinfacht sind. Die kompaktierte Metallmasse ermöglicht eine Abfallbesei-
tigung ohne Versiegelung oder kann sogar in manchen Fällen Wiederverwendung finden. Die Erfindung erweist
sich somit als äußerst nützlich zum Verarbeiten von radioaktiven Metallabfällen, jedoch auch zum Verarbeiten
von anderen schadstoffhaltigen Metallabfällen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher
erläutert. Es zeigt
bo Fig. 1 eine perspektivische Ansicht, teilweise aufgebrochen,
einer Vorrichtung zum Schmelzen von Metallabfällen,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung gemäß lll-lll in Fig. 1,
Fig. 3 eine Schnittdarstellung gemäß H-Il in Fig. 1
und
F i g. 4 eine perspektivische Ansicht, die zeigt, wie eine
erstarrte Masse nach Beendigung der Schmelz- und Vcrarbeitungsbehandlung ausgeformt wird.
Die in den Fig. 1 bis 3 erkennbare Vorrichtung umfaßt
eine als Form dienende Kokille 1, die in Längsrichtung ungefähr in ihrer Mitte in zwei Hälften la und \b
geteilt ist. wobei jede Hälfte konische Innenseiten la' bzw. Ιό'aufweist, deren Abstand voneinander in Riehtung
zur Teilebene größer wird, wie dies in Fig.4 erkennbar
ist. Die Hälften der Kokille sind wassergekühlt, wie dies Fig. 2 erkennen läßt, und können mit Hilfe
einer geeigneten Antriebseinrichtung in Richtungen von Pfeilen a und b zueinander und voneinander bewegt
werden. Am offenen Boden der Kokille 1 ist eine wassergekühlte, ebene Bodenplatte 2 angeordnet, die von
einem Wagen 3 getragen wird. Die Kokille 1 und die Bodenplatte 2 bestehen vorzugsweise aus Kupfer, und
zwar wegen dessen hoher Wärmeleitfähigkeit, hoher elektrischer Leitfähigkeit und hoher Beständigkeit Bei
manche η Anwendungsfällen ist auf dem Wagen 3 keine Bodenplatte angeordnet In diesen Fällen kommt ein
Schlackeschmelzmittel zur Anwendung, um das Elektroschlackeschmelzen einzuleiten. Wenn jedoch auf
dem Wagen 3 eine Bodenplatte angeordnet ist, kann die Lichtbogenbildung direkt mit Hilfe der Bodenplatte ohne
Benutzung eines Schlackeschmelzmitteis erfolgen. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, wenn die Bodenplatte
aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff besteht. Oberhalb der Kokille ist ein Kübel 4 zum Beschikken
mit dem zu behandelnden Material angeordnet. Der Kübel 4 kann mit Hilfe eines Zylinders 5 nach unten zur
Kokille abgesenkt werden. Das zu behandelnde Material wird in den Kübel 4 mit Hilfe eines Schwingförderers
6 über eine Rutsche 7 eingeführt. Die Rutsche 7 ist mi* zumindest einer Klappe T versehen. Auf entgegengesetzten
Seiten des Kübels 4 sind nichtverbrauchende Elektroden 8a und Sb zum Elektroschlackeschmelzen
angeordnet. Diese Elektroden können angehoben und abgesenkt werden und werden von Zylindern 9a und Sb
über Isolatoren getragen. Zwischen der Kokille 1 und dem Kübel 4 sind als Klappen ausgebildete Verschlüsse
10a und 10Ί angeordnet, die den Kübel 4 von der Kokille
1 trennen und mit Hilfe von Zylindern 11a und lli>
geöffnet und geschlossen werden. Unterhalb der Verschlüsse ist ein Zuführrohr 12 für Schutzgas angeordnet,
das zur Kokille gerichtet ist. Der Kübel 4 und die nichtverbrauchenden Elektroden 8a und Sb sind in einer
Haube 13 angeordnet, die oberhalb der Kokille angeordnet ist und die Atmosphäre, in der die Behandlung
erfolgt, von der Umgebung trennt, wobei beim Schmelzen entstehender Staub und Abgase durch ein<*n Kanal
14 aus dem System abgeführt werden.
Das Schmelzen und Behandeln von Metallabfällen mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Vorrichtung erfolgt
auf folgende Weise.
Zunächst wird der Wagen mit der darauf angebrachten Bodenplatte 2 unmittelbar unterhalb der beschriebenen
Vorrichtung angehalten und werden die Hälfien la und \b zur Kokille zusammengebaut. Dabei wird
dem Ausfließen von geschmolzenem Metall während des Schmelzens dadurch vorgebeugt, daß Klammern in
der Teilebcne der Kokille 1 angeordnet werden oder daß die Hälfien \a und Io der Kokille zusammengedrückt
werden.
Während dieses Zusammenbaus der Kokille wird die benötigte Menge eines schlackebildenden Schmelzmittels
oder der Rest der Schlacke aus der vorangegangenen Bearbeitung in die Kokille gefüllt. Dann werden die
nichtverbrauchenden Flektroden 8a und Sb durch Öffnungen
8a' und Sb', die in der Berührungsebene der Verschlüsse 10a und 10£>
ausgebildet sind, abgesenkt, bis ihre vorderen Enden in die Schlacke tauchen, und wird
die Schlfcke elektrisch geschmolzen, so daß eine bestimmte
Schlackemenge erzeugt wird, während ein Schutzgas, beispielsweise Stickstoff, durch das Zuführrohr
12 zugeführt wird. Während dieses Vorgangs werden Staub und Abgase, die in der Vorrichtung entstehen,
durch den Kanal 14 abgesaugt und abgeführt. Während die Schlacke geschmolzen wird und während der
Schwingförderer 6 arbeitet, wird die Klappe T der Rutsche 7 geöffnet, um auf diese Weise Metallabfälle in den
Kübei 4 zu füllen. Wenn eine bestimmte Schlackemenge geschmolzen ist, werden die Verschlüsse 10a und Wb
geöffnet und wird der Kübel 4 abgesenkt, bis er den unteren Bereich in der Kokille erreicht, wie die"1 gestrichelt
in F i g. 2 gezeigt ist. wo dann der Kübel 4 geöffnet wird, so daß die Metallabfälle zwischen den Elektroden
8a und Sb auf die geschmolzene Schlacke geschüttet werden, was zur Folge hat, daß die Metallabfälle von
der Wänbe der Schlackenschmelze geschmolzen werden. Das geschmolzene Metall sin· : durch die Schlacke
nach unten und sammelt sich auf dem !"öden, wo es ein
Bad geschmolzenen Metalls bildet. Wie beim üblichen Elektroschlackeschmelzen werden diejenigen Bereiche
der Schmelze, die sich am Boden und den Seiten der wasse gekühlten Kokille befinden, gekühlt, so daß sie
erstarren. Der Kübel 4 wird, wenn die Metallabfälle aus ihm entleert sind, mit Hilfe des Zylinders 5 in seine
Ruhestellung angehoben, woraufhin die Verschlüsse 10a und 10ό geschlossen werden, damit der Kübel und der
übrige Aufbau vor Beschädigungen durch Strahlungswärme von der Schmelze geschützt sind, während zu
behandelndes Material aus der Rutsche in den Kübel 4 gefüllt wird. Wenn der Kübel 4 wieder mit einer gewissen
Materialmenge gefüllt ist, wird die Klappe T der Rutsche 7 geschlossen und werden die Verschlüsse 10a
und 10ό geöffnet, damit der Kübel 4 abgesenkt werden
kann und sein Inhalt in die geschmolzene Schlacke entleert werden kann.
Der vorstehend beschriebene Vorgang wird danach wiederholt, so daß die Menge des verarbeiteten Materials
allmählich zunimmt und zugleich die Oberfläche der flüssigen Schlacke steigt. Dabei werden die Elektroden
8a und Sb mit Hilfe der Zylinder 9a und 9£>
in ihre optimalen Stellungen nach oben gefahren, wobei das Niveau der Oberfläche der flüssigen Schlacke mit Hilfe
geeigneter Mittel gemessen wird.
Wenn das Schmelzen und Behandeln des Materials beendet ist, werden die nichtverbrauchenden Elektroden
8a und Sb in ihre Ruhestellungen angehoben und wird die Schmelze gekühlt, bis sie erstarrt. Die erstarrte
Masse umfaßt das Metall M und die Schlacke S, di? in Schichten erstarrt sind, wie dies F i g. 4 schematisch
L'eig.. Wenn die Hälften la und lider Kokille voneinander
entfernt werden, kann dadurch die Masse auf der Bodenplatte 2 entformt werden. Da die Häiften la und
Ii) der Kokille die schräg verlaufenden Innenseiten la'
und \b' haben, aeren Abstand voneinander in Richtung zur Teilebene zunimmt, kann die erstarrte Masse aus
der Kokille auf einfache Weise dadurch entformt werden, daß die beiden Hälften la und \b voneinander entfernt
werden.
Die Vorrichtung arbeitet nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren, wobei sämtliche Schritte vom
Beginn des Einfülleis des zu behandelnden Materials bis zum Schmelzen und Behandeln des Materials in einem
abgeschlossenen System durchgeführt werden, während die Abgase ständig durch den Kanal 14 zu einer geeigneten
Gasbehandlungsvorrichtung abgesaugt werden.
wo sie behandelt werden, so daß nicht die Gefahr besteht,
daß Schadstoffe aus dem System austreten. Da der Kübel 4 und die übrigen Bauteile mit Hilfe der Verschlüsse
10a und 10i> von der Kokille getrennt sind, besteht während des Schmelz- und Behandlungsvorgangs
nicht die Gefahr, daß diese Bauteile durch die während des Schmelzens herrschende Wärme verformt
oder beschädigt werden. Da die am Metall haftenden bzw. mit diesem verbundenen radioaktiven Stoffe währe:id
des Schmelz- und Behandlungsvorgangs von der Schlacke absorbiert werden, kann bei der Behandlung
radioaktiver Metallabfälle die Stärke der Radioaktivität des erstarrten Metalls Mstark verringert werden. Wenn
der Grad der Schadstoffbeseitigung dabei hoch ist, kann die erstarrte Masse an geeigneter Stelle als Abfall beseitigt
werden, wobei es in manchen Fällen sogar möglich ist. die erstarrte Masse als Rohmaterial wieder zu benut·
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
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