DE3828280C2 - Elektrischer Schmelzofen zur Verfestigung von hochgradig radioaktivem Abfall in Glas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schmelzofen zur Glasverfestigung von hochgradig radioaktivem Abfall, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Ein gat­ tungsgemäßer Schmelzofen ist aus der JP 62/132 733 A be­ kannt.

Der in einer Kernbrennstoff-Aufarbeitungsanlage erzeugte Abfall ist gewöhnlich eine Flüssigkeit und ist hochgradig radioaktiv. Um diesen Abfall auf lange Zeitdauer von der menschlichen Umgebung sicher zu isolieren, ist die Verfesti­ gungstechnik entwickelt worden zum Umformen des Abfalls und eines Glasmaterials zu geschmolzenem Glas unter Erhitzung auf hohe Temperatur und Versiegeln des Glases in Kanistern in verfestigter Form.

Genauer gesagt wird der hochgradig radioaktive Abfall einer geeigneten Vorbehandlung unterworfen, wonach der Abfall, gewöhnlich in Form einer Flüssigkeit, zusammen mit dem Glasrohmaterial in einen elektrischen Schmelzofen eingespeist wird. Der hochgradig radio­ aktive Abfall und das Glasmaterial werden innerhalb des Schmelzofens zu einer Hochtemperatur-Glas­ schmelze umgebildet. Metallbehälter, und zwar die oben ge­ nannten Kanister, werden kontinuierlich oder intermittierend mit der Glasschmelze gefüllt. Die so mit dem Glas beschickten Kanister werden versiegelt und zeitweilig an einem Lagerplatz gehalten, bevor sie zur dauerhaften Beseitigung tief in der Erde vergraben werden.

Der kontinuierlich in den Schmelzofen eingespeiste hochgradig radioaktive Abfall und das Glasrohmaterial (deren Kombination nachfolgend einfach als "Rohmaterial" bezeichnet wird, sofern zweckmäßig) erreichen einen Zustand, der die Glasschmelzen- Oberfläche einer aus Ziegel bestehenden Schmelzzelle bedeckt. Aufgrund der Wärmeströmung von der Glasschmelze finden die Verdampfung des Wassergehaltes in dem Abfall, die vorläufige Verbrennung und eine Glasbildungsreaktion kontinuierlich statt, so daß sich das Rohmaterial mit der bereits vorhanden Glasschmelze mischt, um homogenes Glas zu bilden.

Die Energie, die benötigt wird, um die Glasschmelze auf hoher Temperatur zu halten, wird zugeführt, indem ein Strom über wenigstens ein Paar gegenüberliegender Elektroden geleitet wird, die in der Glasschmelze angeordnet sind, um die Glas­ schmelze zwischen diesen Elektroden einer Joule′schen Erwär­ mung zu unterwerfen.

Um zu vermeiden, daß der Bedienungsmann der Strahlung ausge­ setzt wird, wird der Schmelzofen in einen als Zelle bezeich­ neten Raum gestellt, und Betrieb, Wartung und Austausch wer­ den mit Fernbedienung durchgeführt. Dementsprechend ist der Schmelzofen so konstruiert, daß er möglichst klein und leicht ist. Der herkömmliche Schmelzofen für die technische Entwick­ lung, der zur Verfestigung von hochgradig radioaktivem Abfall in Glas angewandt wird, ist auch so konstruiert, daß er das Volumen des Schmelzraumes so klein wie möglich macht. Das heißt, die Tiefe des Schmelzraumes wird so klein gemacht, wie es die Einbettung der erwähnten Elektroden zuläßt, und der Boden des Schmelzraumes ist so konstruiert, daß er im wesent­ lichen horizontal ist, um das Volumen des Schmelzraumes zu vermindern.

Hochgradig radioaktiver Abfall enthält Elemente aus der Platingruppe wie Ru, Pd und Rh. Diese Elemente lösen sich nicht leicht in Glas und besitzen ein hohes spezifisches Gewicht. Daher setzen sie sich auf dem Boden des Schmelzrau­ mes ab und bauen sich auf. Unter diesen Elementen der Platin­ gruppe werden Pd und Rh in Glas reduziert und sind als Metalle anwesend. Ru ist als Metall oder als RuO₂-Kristall anwesend.

Obwohl RuO₂ ein Oxid ist, ist es bekanntlich ein ausgezeich­ neter Leiter und ist eine Substanz, welche in elektrisch lei­ tenden Pasten für elektronische Bauteile Verwendung findet. Die Metalle von reduziertem Pd und Rh sind natürlich gute elektrische Leiter. Wenn diese Substanzen sich auf dem Boden des Ofens in hoher Konzentration ansammeln, ist der Hochtem­ peratur-Widerstandsbeiwert des Glases nahe dem Boden des Ofens klein im Vergleich zu dem des Glases im oberen Teil des Ofens. (Das Glas in der Nachbarschaft des Ofenbodens, das die Elemente der Platingruppe in hoher Konzentration enthält, wird nachfolgend als "Schlamm" bezeichnet.)

Wenn die Elemente der Platingruppe sich auf dem Ofenboden ab­ setzen und eine ausgezeichnete elektrisch leitende Schicht in dem Schmelzofen der herkömmlichen Konstruktion bilden, der den flachen Schmelzraum besitzt, konzentriert sich der elek­ trische Strom, der zwischen den Elektroden fließt, an dem Boden des Ofens und verursacht dadurch einen anormalen An­ stieg der Temperatur am Ofenboden und umgekehrt einen Abfall der Glastemperatur an der Oberfläche des Schmelzraumes. Das Ergebnis ist ein Abnehmen der Effizienz, mit welcher das Rohmaterial geschmolzen wird. Da die Bodenfläche des Schmelz­ raumes im wesentlichen horizontal ist, fließen außerdem die Elemente der Platingruppe, die sich auf dem Ofenboden abge­ setzt haben, nicht zusammen mit dem Glas in den Kanister und sammeln sich weiter auf dem Boden an, bis der Betrieb des Schmelzofens nicht weiter aufrechterhalten werden kann.

Damit sich hochgradig radioaktiver Abfall, der Platingruppen­ elemente enthält, zusammen mit Glas auf beständige Art schmelzen läßt mittels des Schmelzofens, der das Joule-Erwär­ mungsverfahren verwendet, ist es erforderlich, daß der Schmelzofen die folgenden zwei Funktionen beherrscht:

• (a) Da Elemente der Platingruppe nicht leicht in Glas lös­ lich sind und ein spezifisches Gewicht von 10 oder mehr be­ sitzen im Gegensatz zu dem spezifischen Gewicht (gewöhnlich 2,5) eines geschmolzenen Glases, setzen sich diese Elemente schnell innerhalb des geschmolzenen Glases und lagern sich auf dem Ofenboden ab. Das Glas, welches diese Platingruppen­ elemente in hoher Konzentration enthält, nämlich der erwähnte Schlamm, besitzt einen niedrigeren Hochtemperatur-Wider­ standsbeiwert als das Glas bei dem oberen Abschnitt des Ofens. Wenn das Schmelzen des hoch radioaktiven Abfalls mit Glas beginnt, bildet sich daher innerhalb kurzer Zeit eine hochgradig elektrisch leitende Schicht.
  Dem entsprechend ist es erforderlich, den Schmelzofen zur Verfestigung des hochgradig radioaktiven Abfalls in Glas so zu konstruieren, daß er einen Aufbau besitzt, bei welchem der Betrieb ohne Behinderung fortgesetzt werden kann, selbst wenn eine hochgradig leitende Schicht in einem gewissen Ausmaß auf dem Ofenboden vorhanden ist. Anders ausgedrückt sollte der Aufbau derart sein, daß der zwischen den Elektroden fließende Strom sich nicht selektiv bei dem Boden des Ofens konzentriert.
• (b) Oben in (a) wird festgestellt, daß die Schmelzofen­ konstruktion derart sein sollte, daß die Elektrodenanordnung die Fortsetzung des Betriebes selbst dann ermöglicht, wenn eine hochgradig elektrisch leitende Schicht in einem gewissen Grad auf dem Ofenboden vorhanden ist. Wenn aber der Schlamm innerhalb des Schmelzraumes verbleibt, wenn das Glas in den Kanister gefüllt wird, und wenn der Schlamm sich weiterhin ansammelt, dann behindert das natürlich die durch Energie­ zufuhr zu den Elektroden verursachte Erwärmung.

Dementsprechend ist es erforderlich, eine Schmelzofen­ konstruktion anzunehmen, bei welcher der Ofenboden geneigt ist, so daß der Schlamm zu einer Ausflußöffnung hinunter­ fließt, damit die Ablagerung beseitigt werden kann.

Zwei Patentanmeldungen, welche die Ofenbodengestaltung eines Schmelzraumes betreffen, sind offenbart in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegung (KOKAI) Nr. 57-196 726 und 57- 196 727. Diese zwei Anmeldungen befassen sich mit der Ofenbo­ dengestalt eines gewöhnlichen kommerziellen Glasschmelzofens. Sie erleichtern den Wechsel des Glasinhaltes und sehen einen trichterförmigen Boden mit einer Neigung von 3-45° vor, um zu verhindern, daß der Schamottestein des Ofenbodens durch Blei angegriffen wird, das erzeugt wird, wenn Bleiglas ge­ schmolzen wird. Diese beiden Patentanmeldungen befassen sich also mit der Produktivität und der Nutzungsdauer eines Ofens, sagen aber nichts zu der Elektrodenanordnung. Gegenstand der japanischen Patentanmeldung Nr. 60-275 595 ist die Vermeidung der elektrischen schlimmen Auswirkungen der Platingruppenele­ mente. Um die Konzentration von elektrischem Strom in der Ofenbodenablagerung zu vermeiden, schlägt diese Anmeldung vor, den Abstand zwischen der Glasausflußöffnung, die sich in dem Ofen öffnet, und den unteren Enden wenigstens eines Paa­ res von Elektroden, welche zur Zufuhr des Hauptanteils der elektrischen Energie dienen, die zum Schmelzen des Glases er­ forderlich ist, nicht kleiner als die Hälfte des Abstandes zwischen den Elektroden zu machen. Wenn das Glasschmelzver­ mögen des Schmelzofens (nämlich die je Zeiteinheit behandelte Abfallmenge oder hergestellte Glasmenge) erhöht werden soll, ist es allgemein erforderlich, den Bereich des an der Ober­ seite freiliegenden geschmolzenen Glases (welcher Bereich nachfolgend als "Schmelzflächenbereich" bezeichnet wird) zu vergrößern. Dies wird erzielt durch Vergrößerung des Abstan­ des zwischen den Elektroden. Daher wird gemäß dem in dieser Anmeldung offenbarten Verfahren nach dem Stand der Technik der Abstand zwischen den unteren Enden der Elektroden und der Ausflußöffnung in dem Ofen im Verhältnis zu dem Abstand zwischen den Elektroden vergrößert, und die Tiefe des Schmelzraumes wird ebenfalls vergrößert. Anders ausgedrückt ist aufgrund der Erhöhung des Schmelzvermögens des Schmelz­ ofens eine Vergrößerung der äußeren Abmessungen des Schmelz­ ofens und des Gesamtgewichtes vorhanden. Dies macht es erfor­ derlich, mehr Raum für die Installation vorzusehen und einen Kran mit einem größeren Vermögen zum Handhaben des Schmelz­ ofens in einer Schmelzofeneinrichtung für die Verfestigung von hochgradig radioaktivem Abfall vorzusehen. Wenn der Schmelzraum mit einer größeren Tiefe versehen wird, nimmt außerdem die zu erhitzende Glasmenge zu, und es wird erfor­ derlich, das Heizgerät zu verstärken.

Dementsprechend ist ein Ziel der Erfindung die Schaffung eines elektrischen Schmelzofens mit einem unterteilten Schmelzraum zur Verfestigung von hochgradig radioaktivem Ab­ fall in Glas, bei welchem vermieden wird, daß sich elektri­ scher Strom in Ablagerungen nahe dem Ofenboden konzentriert, und die Tiefe des Schmelzraumes vermindert werden kann im Vergleich zu dem Schmelzflächenbereich und dem Abstand zwischen Elektroden.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.

Der Erfindung ist es gelungen, die erwähnten Probleme zu lösen, und unterteilt zu diesem Zweck den Abschnitt eines Schmelz­ raumes unterhalb der oberen Enden der Elektroden mittels eines elektrisch nichtleitenden Schamottesteines nachfolgend als Unterteilungs-Schamottestein bezeichnet und macht den Abstand zwischen den unteren Enden der Elektroden und einer Ausflußöffnung, die sich innerhalb des Ofens öffnet, nicht kleiner als die Hälfte des Abstandes zwischen dem Untertei­ lungsschamottestein und der ihm nächsten Elektrode. Diese Maßnahme zur Verhinderung der Konzentration von elektrischem Strom in dem Schlamm unterscheidet sich von der der oben er­ wähnten Patentanmeldung. Eine Glasausflußöffnung ist in jedem Abschnitt des durch den Unterteilungsschamottestein unter­ teilten Schmelzraumes vorgesehen, und ein Schamottestein mit einer Neigung ist um die Peripherie jeder Ausflußöffnung herum vorgesehen. Infolgedessen fließt der Schlamm entlang der Neigung des Schamottesteines aus der Ausflußöffnung her­ aus, wodurch vermieden wird, daß sich Ablagerungen aufbauen. Gemäß der Erfindung wird der Schmelzflächenbe­ reich vergrößert, um das Behandlungsvermögen des Schmelzofens zu erhöhen. Selbst wenn der Abstand der Elektroden voneinan­ der vergrößert wird, kann die Tiefe des Schmelzraumes so groß wie die Hälfte oder mehr als die Hälfte des Unterteilungs­ schamottestein-Abstandes gemacht werden, der nach Belieben festgelegt werden kann. Also kann die Tiefe des Schmelzraumes unterhalb einer festgelegten Tiefe gehalten werden, selbst wenn das Behandlungsvermögen des Schmelzofens erhöht wird. Dies ermöglicht es, die äußeren Abmessungen und das Ge­ samtgewicht des Schmelzofens zu vermindern um einen Betrag, welcher der Verminderung der Schmelzraumtiefe entspricht. Ferner wird der Betrag, um welchen das Heizgerät verstärkt werden muß, klein gehalten, da die Menge von zu erhitzendem zurückgehaltenem Glas vermindert werden kann im Vergleich zu dem Fall, in dem das Verfahren der Erfindung nicht angewandt wird.

Ferner ist erfindungsgemäß der Glasschmelzofen mit einer Mehrzahl von Glasausflußöffnungen und Erstarrungsventilen versehen. Durch Verminderung der Arbeitsfrequenz je Erstar­ rungsventil wird die Belastung je Erstarrungsventil vermin­ dert. Dies ermöglicht die Erhöhung der Zuverlässigkeit und die Verlängerung der Nutzungsdauer des gesamten Glasschmelz­ ofens. Ferner ist der Unterteilungsschamottestein mit einem Verbindungsrohr ausgestattet. Falls ein Erstarrungsventil ausfallen sollte, kann also das Glas in dem Schmelzraum doch herausgeholt werden durch Betätigen der Erstarrungsventile, die nicht gestört sind.

Der elektrische Schmelzofen der Erfindung ist also so aufge­ baut, daß der Schmelzraum durch den nichtleitenden Untertei­ lungsschamottestein unterteilt ist. Infolgedessen umgehen alle Stromlinien, die das Elektrodenpaar zum Schmelzen des hochgradig radioaktiven Abfalls verbinden, welcher Elemente der Platingruppe enthält, den Unterteilungsschamottestein. Entsprechend der erzeugten Stromlinienverteilung verhält es sich so, als ob die Elektroden auf der oberen Seite des Scha­ mottesteines gelegen wären, von jedem Abschnitt des unter­ teilten Schmelzraumes aus betrachtet. Dies ermöglicht es, zu verhindern, daß der Strom, der zwischen den Elektroden fließt, sich in den Ablagerungen auf dem Ofenboden konzen­ triert, welche die Platingruppenelemente in hoher Konzen­ tration enthalten. Es ist auch möglich, die Schmelzraumtiefe zu vermindern im Vergleich zu dem Schmelzflächenbereich und dem Abstand der Elektroden voneinander.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben

Fig. 1 einen Grundriß einer Ausführungsform, bei welcher der Schmelzraum gemäß der Erfindung in zwei oder mehr Räume unterteilt ist durch einen nichtleitenden Unterteilungsschamottestein;

Fig. 2 bis 4 jeweilige Schnitte bei den Linien A-A, B-B und C-C in Fig. 1; sowie

Fig. 5 eine Skizze zur Beschreibung der Weise, in der die Tiefe des Schmelzraumes vermindert werden kann.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen eine Ausführungsform der Erfin­ dung, in welcher der Schmelzraum eines Schmelzofens gemäß der Erfindung durch einen Schamottestein, der nicht elektrisch leitend ist, in zwei oder mehr Räume unterteilt ist. Fig. 1 ist ein Grundriß, und die Fig. 2 bis 4 sind jeweilige Schnitte bei den Linien A-A, B-B und C-C in Fig. 1. Die Figuren zeigen einen Seitenwand-Schamottestein 1, einen Ofen­ boden-Schamottestein 2, Elektroden 3a, 3b, Zusatzelektroden 4a, 4b, ein Widerstandsheizelement 5, Erstarrungsventile 6, eine Rohmaterial-Zuführdüse 7, ein oberes Glasniveau 8, ein unteres Glasniveau 9, einen oberen Schamottestein 10, einen Wärmeisolier-Schamottestein 11, ein Gehäuse 12, ein Abgasrohr 13, einen Unterteilungsschamottestein 14, ein Verbindungsrohr 15, eine Hilfselektrode 16 und einen Schmelzraum 17.

Der Seitenwand-Schamottestein 1, der die Seitenwand des Schmelzraumes 17 bildet, verwendet gewöhnlich ein feuerfestes Material, das höchst beständig gegen den Angriff durch ge­ schmolzenes Glas ist. Die Erstarrungsventile 6, welche aus Metall bestehen, sind in einer Mehrzahl von Glasausflußöff­ nungen an dem Boden des Schmelzraumes angebracht. In der dar­ gestellten Ausführungsform sind zwei solche Erstarrungsven­ tile 6 vorgesehen. Der Ofenboden-Schamottestein 2 ist um die Peripherie der Erstarrungsventile 6 herum angeordnet und ver­ wendet wie der Seitenwand-Schamottestein 1 ein feuerfestes Material, das höchst widerstandsfähig gegen den Angriff durch geschmolzenes Glas ist. In der dargestellten Ausführungsform unterteilt der Unterteilungsschamottestein 14 den Schmelzraum in zwei Abschnitte. Der Unterteilungsschamottestein 14 ver­ wendet ein in hohem Grad nicht elektrisch leitendes feuer­ festes Material, das höchst widerstandsfähig gegen den An­ griff durch geschmolzenes Glas ist, wobei die durch den Unterteilungsschamottestein 14 erzeugte Wärmemenge ausrei­ chend klein ist im Vergleich zu der Wärmemenge, die durch das Glas in dem Schmelzraum aufgrund des Durchflusses von elek­ trischem Strom erzeugt wird. Der Ofenboden-Schamottestein 2 und der Unterteilungsschamottestein 14 sind unter einem Win­ kel von 30-70° gegen die Horizontale zu den Erstarrungsven­ tilen 6 hin geneigt. In der dargestellten Ausführungsform sind Neigungen von 45° und 60° kombiniert. Die Erstarrungs­ ventile 6 sind zu dem Zweck vorgesehen, das Ausfließen von Glasschmelze zuzulassen und zu beenden. Die Erstarrungsven­ tile 6 werden erwärmt, indem ein Strom durch einen Metallzy­ linder durchgeleitet wird.

Die gegenüberliegenden Elektroden 3a, 3b dienen zur Zufuhr der Energie, die benötigt wird, um eine zum Schmelzen des Glasmaterials geeignete Temperatur aufrechtzuerhalten. Obwohl nur ein Paar dieser Elektroden in der dargestellten Ausfüh­ rungsform gezeigt ist, kann eine Mehrzahl von Paaren vorge­ sehen werden. Die Elektroden 3a, 3b sind in solch einer Höhe angeordnet, daß der Abstand l1 zwischen einer Linie, die die unteren Enden der Elektroden 3a, 3b verbindet, und der Glasausflußöffnung an dem Boden des Ofens nicht kleiner ist als die Hälfte des Abstandes l2 zwischen dem Unterteilungs­ schamottestein 14 und der diesem Schamottestein nächstgelege­ nen Elektrode 3a oder 3b. Die Zusatzelektroden 4a, 4b dienen zum Regeln der Glastemperatur über den Erstarrungsventilen 6, wobei ein Strom zwischen den Elektroden 3a, 4a und 3b, 4b durchgeleitet wird. Das Verbindungsrohr 15 ist so ausgelegt, daß die Glasschmelze zwischen den unterteilten, einander be­ nachbarten Schmelzraumabschnitten durchfließen kann. Die Hilfselektrode 16 erhitzt die Glasschmelze in dem Verbin­ dungsrohr 15 auf eine Temperatur, die für das Fließen durch das Rohr geeignet ist. Zu diesem Zweck wird ein Strom zwi­ schen der Hilfselektrode 16 und der Zusatzelektrode 4a oder 4b durchgeleitet.

Bei dem oberen Abschnitt des Schmelzraumes wird durch den oberen Schamottestein 10 ein Raum gebildet. Der Wärmeisolier- Schamottestein 11 optimiert die Wärmebeibehaltung des Schmelzofens. Das metallische Gehäuse 12 ist zu dem Zweck vorgesehen, das Heraussickern radioaktiver Substanzen aus dem Schmelzofen zu vermeiden. Das Widerstandsheizelement 5 dient zum Anheben der Temperatur, wenn der Schmelzofen gestartet wird. Die Rohmaterial-Zuführdüse 7 dient zum Beschicken des Schmelzofens mit dem hochgradig radioaktiven Abfall und Glas­ material. Das Abgasrohr 13 dient zum Einleiten des Abgases, welches erzeugt wird, wenn das Rohmaterial geschmolzen wird, in ein Abgas-Verarbeitungsgerät.

Wenn der Betrieb aufgenommen wird, wird genügend Glasrohma­ terial zugeführt, um die Elektroden 3a, 3b zu verdecken, wo­ nach dem Widerstandsheizelement 5 elektrische Energie zuge­ führt wird, um allmählich die Temperatur in dem Raum bei dem oberen Abschnitt des Schmelzraumes zu erhöhen. Wenn diese Temperatur auf 1000° ansteigt, schmilzt das Glasrohmaterial nahe der Oberfläche des Schmelzraumes. Obwohl Glas bei nie­ drigen Temperaturen ein elektrischer Isolator ist, läßt es allmählich das Durchfließen von Strom zu, wenn die Temperatur ansteigt und der geschmolzene Zustand erreicht wird. Unter Nutzung dieser Eigenschaft wird den Elektroden 3a, 3b eine Spannung aufgeprägt, um einen Strom durch das Glas zu leiten, wodurch bewirkt wird, daß das Glas selbst Wärme erzeugt (als direkte Energiezufuhr bezeichnet). Die elektrische Leistung dieser direkten Energiezufuhr wird allmählich erhöht, um das gesamte in den Schmelzraum eingespeiste Glasrohmaterial zu schmelzen. Wenn dieser Zustand erreicht ist, kann die Glastemperatur aufrechterhalten werden ohne durch das Wider­ standsheizelement erzeugte Wärme. Dementsprechend wird das Heizen durch das Widerstandsheizelement 5 beendet. Die elek­ trische Leistung wird auf die Weise geregelt, daß eine Glastemperatur erreicht wird, die zum Schmelzen des Glasmate­ rials durch direkte Energiezufuhr geeignet ist. Gleichzeitig wird ein Strom zwischen den Elektroden 4 und der Elektrode 3a oder 3b durchgeleitet, um die Glastemperatur bei dem Ab­ schnitt oberhalb der Erstarrungsventile 6 zu regeln. Sobald dies beendet ist, werden der hochgradig radioaktive Abfall und das Glasrohmaterial von der Rohmaterial-Zuführdüse 7 aus zugeführt.

Es gibt zwei Verfahren zum Einfüllen von Glas in einen Kani­ ster. Das eine läßt das Überfließen auf kontinuierliche Weise zu, um den Kanister zu füllen. Bei dem anderen Verfahren wer­ den Erstarrungsventile an dem Ofenboden oder bei geeigneten Stellen vorgesehen, und das Glas wird dazu gebracht, durch diese Ventile periodisch hinunterzufließen.

Die Erstarrungsventile 6 zum Beseitigen der Elemente der Platingruppe können als diese Erstarrungsventile zum Einfül­ len des Glases in einen Kanister verwendet werden. Um die Beschreibung zu vereinfachen, wird das Glas periodisch in einen Kanister gefüllt unter Verwendung der Erstarrungsven­ tile 6 in der Ausführungsform der Fig. 1 bis 4. In anderen Fällen ist es erforderlich, die Platingruppenelemente unter Verwendung der Erstarrungsventile 6 zu beseitigen, wie es die Bedingungen gewährleisten.

Wenn das kontinuierlich zugeführte Rohmaterial ein Glasniveau erreicht, das geeignet ist zum Einfüllen in einen Kanister (das obere Glasniveau 8 in den Fig. 2, 3 und 4 entspricht solch einem Niveau), werden die Erstarrungsventile 6 erhitzt, um das Glas in den Kanister zu füllen. Wenn eine vorbestimmte Menge der Glasschmelze in den Kanister gefüllt worden ist, wird die Erhitzung der Erstarrungsventile 6 zum Halten ge­ bracht, woraufhin die Temperatur des Glases, das durch die Erstarrungsventile 6 fließt, abfällt. Infolgedessen erstarrt schließlich das Glas in den Erstarrungsventilen und hört auf herauszufließen. In dringenden Fällen kann das Glas in den Erstarrungsventilen 6 schnell gehärtet werden, zum Beispiel durch Anwenden von Luft- oder Wasserstrahlen. Wenn das Ein­ füllen des Glases in den Kanister fertiggestellt ist, fällt das Glasniveau in dem Schmelzraum auf das untere Glasniveau 9 ab. Der Betrieb der Erstarrungsventile 6 kann gleichzeitig gemeinsam von einer Mehrzahl von Erstarrungsventilen oder ab­ wechselnd durchgeführt werden. Wenn die Erstarrungsventile 6 abwechselnd betätigt werden, wird ein Strom zwischen der Hilfselektrode 16 und der Zusatzelektrode 4a oder 4b gelei­ tet, um eine Aufheizung zu bewirken, und das Glas in dem Schmelzraum nahe dem Erstarrungsventil, welches kein Aus­ fließen zuläßt, fließt durch das Verbindungsrohr 15 und durch das arbeitende Erstarrungsventil heraus. Wenn anschließend zusätzliches Rohmaterial zugeführt wird, um das Glasniveau auf das obere Glasniveau 8 anzuheben, wird das Ausfließen der Glasschmelze wiederholt.

Wenn das Glas in einen Kanister gefüllt wird durch die Er­ starrungsventile zur Beseitigung der Platingruppenelemente wie in der oben beschriebenen Ausführungsform, werden die Elemente der Platingruppe bei jedem Füllvorgang beseitigt.

Bei dem anderen Füllverfahren ist es in dem Fall, in welchem andere Stellen als der Ofenboden mit Erstarrungsventilen ver­ sehen werden, oder in dem Fall, in welchem die Überfließme­ thode angewandt wird, erforderlich, wie es die Bedingungen gewährleisten, die Elemente der Platingruppe von dem Ofenbo­ den zu beseitigen unter Verwendung der Erstarrungsventile 6, wie früher erwähnt. In jedem Fall können die durch die Ele­ mente der Platingruppe bewirkten abträglichen Wirkungen auf die elektrischen Zustände eliminiert werden, und der Betrieb des Schmelzofens kann ohne Behinderung fortschreiten.

Die Erfindung hat die folgenden Vorteile.

(1) Größenverminderung des Schmelzofens

Durch Annehmen eines Aufbaus, bei welchem der Schmelzraum durch den nichtleitenden Schamottestein unterteilt ist bis zu einer Linie, die das Elektrodenpaar verbindet, gehen alle Stromlinien, die das Elektrodenpaar verbinden, um den Unter­ teilungsschamottestein herum. Gemäß der erzeugten Stromli­ nienverteilung ist es geradeso, als ob die Elektroden auf der oberen Seite des Unterteilungsschamottesteines gelegen wären, von jedem Abschnitt des unterteilten Schmelzraumes betrach­ tet. Wenn der Schmelzofen durch Schamottesteine in n Ab­ schnitte unterteilt wird, um zu verhindern, daß sich der Strom in dem Schlamm konzentriert, braucht daher der Abstand zwischen den unteren Enden der Elektroden und der Glasaus­ flußöffnung innerhalb des Ofens nicht die Hälfte des Elektro­ denabstandes oder mehr gemacht zu werden wie bei dem Stand der Technik. Statt dessen reicht es gemäß der Erfindung aus, wenn der Abstand zwischen einer geraden Linie, welche die un­ teren Enden der beiden Elektroden verbindet, und der Ausfluß­ öffnung in dem Ofen nicht kleiner gemacht wird als die Hälfte des Abstandes zwischen dem Unterteilungsschamottestein und der diesem nächstgelegenen Elektrode oder nicht kleiner als die Hälfte des Abstandes zwischen den Zentren der Untertei­ lungsschamottesteine auf beiden Seiten der Öffnung.

Durch Vergleich von Schmelzräumen mit gleichen Elektrodenab­ ständen voneinander erkennt man, daß wenn der Schmelzraum durch Unterteilungsschamottesteine in n Abschnitte unterteilt wird, wie in Fig. 5 dargestellt, die Tiefe des Schmelzraumes vermindert werden kann auf 1/n im Vergleich zu einem Schmelz­ raum, der nicht unterteilt ist. Genauer gesagt möge in Fig. 5 L′₂ den Abstand zwischen Elektroden wiedergeben, welche den Hauptanteil der zum Schmelzen des Glases erforderlichen Lei­ stung liefern, und L′₁ möge den Abstand zwischen den unteren Enden der Elektroden und der Glasausflußöffnung wiedergeben, die sich innerhalb des Ofens bei seinem Boden öffnet in dem Fall, in welchem der Schmelzraum nicht unterteilt ist. Um zu verhindern, daß sich Strom in der Ofenbodenablagerung konzen­ triert, ist es erforderlich, daß L′₁ nicht kleiner ist als L′₂/2. Andererseits möge, falls der Schmelzraum unterteilt ist, L_n den Abstand zwischen einer die unteren Enden der zwei Elektroden verbindenden geraden Linie und der Glasausflußöff­ nung innerhalb des Ofens an dessen Boden wiedergeben. In die­ sem Fall braucht L′_n nur L′₂/2n oder größer zu sein, um zu ver­ hindern, daß sich der Strom in dem Schlamm konzentriert.

Da jeder unterteilte Schmelzraumabschnitt mit der Glasaus­ flußöffnung versehen ist und der jede Ausflußöffnung umge­ bende Schamottestein mit einer Neigung von 30 bis 70° zur Horizontalen zu der Ausflußöffnung hin abgeschrägt ist, fließen die Ablagerungen entlang den geneigten Flächen des Schamottesteines abwärts und können von den Glasausflußöff­ nungen extrahiert werden.

(2) Erhöhte Zuverlässigkeit und verlängerte Nutzungsdauer des Schmelzofens

Da jeder unterteilte Schmelzraumabschnitt mit der Glasaus­ flußöffnung und dem Erstarrungsventil versehen ist, werden die Menge des Glasausflusses je Erstarrungsventil und die Frequenz der Benutzung jedes Erstarrungsventiles vermindert in umgekehrtem Verhältnis zu der Anzahl von Erstarrungsventi­ len hinsichtlich einer vorbestimmten Glasausflußmenge für den Schmelzofen in seiner Gesamtheit. Dies übertrifft einen Schmelzofen, der nur an einer Stelle eine Glasausflußöffnung und ein Erstarrungsven­ til besitzt. Da ein Erstarrungsventil ein Bauteil ist, wei­ ches einen Haupteinfluß auf die Nutzungsdauer des Schmelz­ ofens hat, können die Gesamtzuverlässigkeit des Schmelzofens vergrößert und die Nutzungsdauer verlängert werden durch Ver­ minderung der Belastung jedes Erstarrungsventils auf die oben erwähnte Weise.

(3) Leichtere Schmelzofenwartung

Das Verbindungsrohr ist in dem Unterteilungsschamottestein derart vorgesehen, daß die Glasschmelze in der Lage ist, sich zwischen den durch die Unterteilung erhaltenen einander be­ nachbarten Schmelzabschnitten zu bewegen. Selbst wenn ein Er­ starrungsventil gestört ist und das Ausfließen der Glas­ schmelze nicht mehr zuläßt, ist daher die Glasschmelze auf dieser Seite in der Lage, durch das Verbindungsrohr und das funktionierende Erstarrungsventil auszufließen. Dies ermög­ licht es, den Betrieb fortzusetzen, indem nur das funktionie­ rende Erstarrungsventil verwendet wird, und ermöglicht es, das Glas auf der Seite des gestörten Erstarrungsventils zu extrahieren, bevor der Schmelzofen aufgegeben wird. Dieses letzte Merkmal ist besonders vorteilhaft, da es beiträgt zu einer Verminderung der Menge an erzeugtem sekundärem radioak­ tiven Abfall und es leichter macht, den ausgemusterten Schmelzofen zu handhaben.

Claims (7)

1. Elektrischer Schmelzofen zur Verfestigung von hochgradig radioaktivem Abfall in Glas, welcher einen nicht elektrisch leitenden Unterteilungs-Schamottestein umfaßt und dafür vor­ gesehen ist, ein aus hochgradig radioaktivem Abfall und einem Glasrohmaterial bestehendes Rohmaterial zu schmelzen, indem ein Strom zwischen Elektroden durchgeleitet wird, welche in der Horizontalrichtung einander gegenüberstehend angeordnet sind, und ein geschmolzenes Glasmaterial durch eine Ausfluß­ öffnung an einem Bodenabschnitt des Ofens zu extrahieren, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Ausflußöffnun­ gen vorgesehen ist und der Schmelzraum (17) unterteilt ist durch Vorsehen eines nicht elektrisch leitenden Untertei­ lungs-Schamottesteines (14) auf dem Bodenabschnitt des Ofens zwischen den Ausflußöffnungen.

2. Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht elektrisch leitende Unterteilungsschamottestein (14) so angeordnet ist, daß ein oberes Ende unterhalb einer geraden Linie gelegen ist, welche die oberen Enden der Elektroden (3a, 3b) verbindet.

3. Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn eine Öffnung der Ausflußöffnung innerhalb des Schmelz­ raumes (17) den Elektroden (3a, 3b) am nächsten ist, der Ab­ stand zwischen der Öffnung und einer geraden Linie, welche untere Enden der Elektroden (3a, 3b) verbindet, nicht kleiner ist als die Hälfte des Abstandes zwischen dem Zentrum des Unterteilungsschamottesteines (14) und der Elektrode (3a, 3b) nahe diesem Unterteilungsschamottestein (14), und wenn die Öffnung der Ausflußöffnung nicht nahe einer Elektrode (3a, 3b) ist, der Abstand zwischen der Öffnung und der geraden Linie, welche die unteren Enden der Elektroden (3a, 3b) verbindet, nicht kleiner ist als die Hälfte des Abstandes zwischen den Zentren der Unterteilungsschamottesteine (14) auf beiden Seiten der Öffnung.

4. Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausflußöffnung mit einem Erstarrungsventil (6) versehen ist.

5. Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bodenabschnitt (2), der eine Öffnung der Ausflußöffnung innerhalb des Schmelzraumes (17) umgibt, eine Neigung von 30-70° zu einer horizontalen Ebene aufweist, wobei die Neigung von dem Schmelzraum (17) nach außen gerichtet ist und zu der Öffnung führt.

6. Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht elektrisch leitende Unterteilungsschamottestein (14) ein Verbindungsrohr (15) aufweist, welches durch den Bodenabschnitt des Schmelzraumes (17) verläuft.

7. Schmelzofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Heizelektrode (16) innerhalb des Ver­ bindungsrohres (15) vorgesehen ist.