JP2001264491A

JP2001264491A - 溶融・固化処理装置および処理方法

Info

Publication number: JP2001264491A
Application number: JP2000071158A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Tanaka; 努田中; Naotada Yoshida; 直嗣吉田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2001-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】被処理材の溶融・固化処理装置、その装置を用
いる粒状化処理方法、および得られた粒状体の処理方法
の提供。【解決手段】内部が水冷された導電性材料からなる上端
と下端が開口した筒状の炉壁２と、炉壁で構成された炉
体１と、炉体の上方に備えられた被処理材装入装置８お
よび潤滑剤供給装置９と、炉壁の外周に備えられた第１
の高周波コイル６と、炉体内で固化した固化物１４を下
方に引き抜くための引き抜き装置１０と、引き抜き装置
の下方に備えられた第２の高周波コイル７と、第２の高
周波コイルの下方に落下する溶融物の粒状化・固化装置
１１とで構成され、第１の高周波コイルに対向する炉壁
の部分には縦方向に複数の絶縁スリット３を備えること
ことを特徴とする被処理材の溶融・固化処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被処理材を溶融し
て固化する処理装置、その処理装置を用いた処理方法、
およびその処理方法によって得られた粒状体の処理方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】電力による金属の溶融には、たとえば、
耐火物などで構成される炉壁を備える誘導溶解炉などが
用いられる。耐火物製の炉壁が用いられるのは、耐熱性
があることと、断熱性が高いために金属の溶融が効果的
に行えることなどによる。しかし、金属が放射能に汚染
されている場合には、耐火物が放射能で汚染される。そ
のため、耐火物の交換時に、新たな二次放射性廃棄物が
発生する。これら放射性廃棄物は、管理すべき廃棄物で
ある。

【０００３】放射能で汚染された金属などの放射性廃棄
物を溶融し、その発生量を減らす方法として、内部が水
冷された導電性材料からなる炉壁や炉底などで構成され
る、いわゆる、冷却坩堝（コールドクルーシブル）を用
い、誘導加熱装置により放射性廃棄物を溶融する方法が
考えられる。この冷却坩堝の炉壁は、電気的に互いに絶
縁され、内部が水冷された導電性材料の複数のセグメン
トを連結することによって構成されている。このような
炉壁の外周に配置した通電コイルに高周波電流を通電す
ると、冷却坩堝内の金属には誘導電流が発生する。発生
した誘導電流によるジュール熱によって、金属などの被
溶融物が溶融する。冷却坩堝では、耐火物の炉壁などを
用いないので、炉壁材が新たな二次放射性廃棄物となる
ことはない。

【０００４】特開平５−１５７８９７号公報では、炉壁
の外周に高周波コイルを備えた冷却坩堝に放射性破棄物
を連続して装入しながら、溶融した後、冷却坩堝の底部
に備えた栓を下方に連続的に引き抜きながら、溶融金属
などを固化し、固化した金属などを取り出す方法が提案
されている。

【０００５】しかし、この方法では、固化した金属は長
尺のものが得られるので、取り扱いやすい大きさに揃え
て保管する必要がある。そこで、引き抜かれた固化金属
を所定の長さに切断する必要がある。その切断方法に
は、鋸等を用いて機械的に切断する方法やレーザやプラ
ズマトーチにより溶断する方法がある。鋸により切断す
る場合には、切り屑、使用済み鋸、切削用の水、油など
が新たな二次放射性廃棄物となる。また、レーザなどで
溶断する場合には、ダスト、フュームなどの新たな二次
放射性廃棄物が発生するという問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、放射性廃棄
物などの被処理材を溶融および固化処理する際、固化し
た金属などを所定の大きさに切断する必要がなく、新た
な二次放射性廃棄物の発生を極力減らすことができ、か
つ、固化した金属の再利用を容易に行うことができる放
射性廃棄物などの被処理材の溶融・固化処理装置、その
処理装置を用いた処理方法、およびその処理方法によっ
て得られた粒状体の処理方法を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記
（１）に示す被処理材の溶融・固化処理装置、下記
（２）に示す溶融・固化処理装置を用いる処理方法、お
よび下記（３）に示す粒状体の処理方法にある。（１）下記〜に示す特徴を備える被処理材の溶融・
固化処理装置。炉体は、内部が水冷された導電性材料からなる上端と
下端が開口した筒状の炉壁で構成されていること。

【０００８】炉体の上方には、被処理材装入装置およ
び潤滑剤供給装置を備え、炉体の下方には、固化物を下
方に引き抜くための引き抜き装置を備えていること。

【０００９】炉壁の外周には、第１の高周波コイルを
備え、この第１の高周波コイルに対向する炉壁の部分に
は、縦方向、すなわち、炉壁の中心軸方向に複数の絶縁
スリットを備えていること。

【００１０】引き抜き装置の下方には、第２の高周波
コイルを備え、第２の高周波コイルの下方には、溶融物
の粒状化・固化装置を備えていること。（２）上記（１）に記載の溶融・固化処理装置を用いる
処理方法であって、被処理材装入装置を用いて被処理材
を炉体内に装入し、潤滑剤供給装置を用いて潤滑剤を炉
体内に装入し、第１の高周波コイルに高周波電流を通電
して被処理材を溶融後、固化物の引き抜き装置により固
化物を下方に引き抜き、その後、第２の高周波コイルに
高周波電流を通電して固化物を再溶融させ、溶融物の粒
状化・固化装置を用いて落下した溶融物を粒状化・固化
する被処理材の粒状化処理方法。（３）上記（２）に記載の処理方法によって被処理剤を
粒状化した後、得られた粒状体を結合剤と混合して固化
させる粒状体の処理方法。

【００１１】本発明者らは、前述の課題を、次のように
して解決した。

【００１２】（ａ）第１の高周波コイルに高周波電流を
通電することにより、被処理材を炉体内で溶融した後、
炉体内で固化する。その固化物を、炉体の下方に引き抜
きながら、第２の高周波コイルを用いて再溶融する。そ
の再溶融した溶融物は下方に落下する。落下した溶融物
を、溶融物の粒状化・固化装置を用いて冷却・固化して
粒状体とする。

【００１３】このように本発明では、被処理材をいった
ん溶融し、その後に固化した後、再溶融して、さらに粒
状化し、固化して粒状体を製造する。この粒状体は、切
断する必要がないので、切断することによる新たな二次
放射性廃棄物の発生を抑制することができる。

【００１４】（ｂ）本発明の処理方法を用いて得られた
粒状体を結合剤と混合して固化させる。たとえば、粒状
体を結合剤としてのセメントと混合した後、型枠内に流
し込んで固化させる。目的の型枠形状とすることによ
り、固化した粒状体を含む成形品を、放射性廃棄物を入
れる容器として再利用することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】まず、本発明の溶融・固化処理装
置を説明する。図１および図２は、炉壁の水平方向の断
面形状が円形の場合の本発明の溶融・固化処理装置の例
を模式的に示す図である。

【００１６】炉体１は、内部が水冷された導電性材料か
らなる炉壁２で構成される。内部が水冷された炉壁２を
構成する導電性材料としては、銅、または銅合金がよ
い。銅または銅合金は熱伝導率が高く、効率よく水冷で
きるため、炉壁自体が誘導加熱され温度上昇することを
抑制でき、また、溶融金属などを急速に固化できる。ま
た、銅や銅合金は、溶融スラグなどと反応しにくいので
浸食されにくい。炉壁の水平方向の断面形状は、とくに
限定するものでないが、後述する高周波コイルなどを用
いること、装置の制作や取り扱いの容易さ等から、円形
とするのがよい。

【００１７】上端と下端が開口した筒状の炉壁２の横断
面形状の大きさは、全高さにわたってほぼ同じであるの
がよいが、必ずしも限定するものではない。被処理材１
３を溶融した後、固化物１４を引き抜きやすくするため
である。

【００１８】炉壁２は、縦方向のスリット３により複数
に一部分割された構造とし、分割された個々の炉壁部分
４には、通水するための冷却水の通流孔５を備える。こ
れらスリット３を炉壁に備えることにより、炉壁の外周
に備えた第１の高周波コイル６に高周波電流を供給する
と、炉体内の被処理材の金属の表面に、誘導電流が流れ
るようになる。スリットの隙間の寸法は、とくに限定し
ないが、０．２〜０．５ｍｍ程度がよい。この隙間は溶
融金属などが、炉壁から外部に漏出しない程度の大きさ
であればよい。スリット内には、雲母などの絶縁物を配
置してもよい。炉壁に設けるスリットの高さ方向の範囲
は、少なくとも高周波コイルを取り付ける高さ方向の範
囲に相当する領域とするのがよい。

【００１９】炉体１の大きさ、炉壁２の厚みなどは、被
処理材１３の大きさ、量、処理能力などにより決定すれ
ばよい。なお、試験に用いた装置のサイズなどについて
は、後述のとおりである。

【００２０】炉体１の上方には、被処理材装入装置８お
よび潤滑剤供給装置９を備えており、遠隔操作で被処理
材１３や潤滑剤１５を炉体内に供給できる。炉体内に装
入された被処理材を溶融させるために、第１の高周波コ
イルを炉壁の外周に備える。また、炉体の下方には、固
化物１４を下方に引き抜くための引き抜き装置１０を備
える。

【００２１】固化物１４の引き抜き装置１０の下方に
は、第２の高周波コイル７を備える。被処理材１３の固
化物１４を再溶融させるためである。第２の高周波コイ
ルの内径は、固化物１４が通過できる程度の大きさとす
る。

【００２２】第２の高周波コイル７の下方には、再溶融
した溶融物１２の粒状化・固化装置１１を備える。その
装置は、たとえば、銅製または銅合金製の円盤などがよ
い。また、円盤を回転させるのがよい。効果的に融体を
粒状化し、固化できるからである。符号１６は溶融物が
固化した粒状体を意味する。

【００２３】第２の高周波コイル７の下方には、再溶融
した溶融物１２に不活性ガスなどを吹き付けるノズル
（図示していない）、または、高周波コイル（図示して
いない）を備えても構わない。不活性ガスを噴射するノ
ズルは、おおよそ第２の高周波コイル７の直下に配置
し、円周方向の数カ所から溶融物に向けて不活性ガスを
噴射できる構造になっておればよい。

【００２４】固化した粒状体１６が飛び散らないように
冷却・固化装置の周囲に捕集器１７を備えるのが望まし
い。

【００２５】上述する炉体１、被処理材装入装置８、潤
滑剤供給装置９、引き抜き装置１０、粒状化・固化装置
１１、捕集器１７、第１の高周波コイル６、第２の高周
波コイル７などを、雰囲気調整が可能な同一の容器（図
示していない）内に配置するのが望ましい。装置全体を
簡単な構造とすることができる。この容器の上部は、移
動できる構造とするのがよい。上述した各装置の保守、
点検、修理や後述するように、固化物やスラグを溶融・
固化処理装置外に取り出すためである。また、この容器
には、真空排気装置、不活性ガス供給装置および排気装
置を備えるのがよい。雰囲気調整を行うためである。

【００２６】容器の外に備えた冷却水供給装置（図示し
ていない）から、容器内の冷却が必要な炉壁、第１およ
び第２の各高周波コイル、引き抜き装置、冷却・固化装
置などに冷却水を供給する。

【００２７】次に、本発明の溶融・固化処理装置を用い
る本発明の粒状化処理方法を説明する。被処理材１３を
被処理材装入装置８により炉体１内に装入する。被処理
材は、炉壁２の開口部の大きさに合わせて、事前に細か
く分断するのがよい。第１の高周波コイル６に高周波電
流を通電することにより、被処理材が溶融する。被処理
材が溶融すると、炉体内に添加された潤滑剤１５が溶融
し、スラグ１９となる。溶融した被処理材１８は、炉体
の下部で炉壁により冷却されて固化する。その後、引き
抜き装置１０を用いて、固化物１４を下方に引き抜く。
固化物が第２の高周波コイル７の位置に達した後、この
高周波コイル７に高周波電流を通電して、固化物を再溶
融する。潤滑剤が溶融したスラグが炉壁と固化物との隙
間に入るので、固化物の引き抜きが容易となる。

【００２８】再溶融した溶融物１２は下方に落下する。
下方に落下した溶融物は、溶融物の粒状化・固化装置１
１に達して粒状化され、固化して粒状体１６となる。そ
の後、粒状体を容器の系外に取り出すことができる。溶
融物の冷却・固化装置の周囲に捕集器１７を備える場合
には、捕集器とともに、粒状体を容器の系外に取り出す
ことができる。

【００２９】再溶融した溶融物によっては、その表面張
力の影響で直ちに下方に落下せず、固化物１４に付着す
る場合がある。その際に、付着した溶融物の剥離を促進
するために、不活性ガスを噴射するか、または、高周波
コイルを作動させるのがよい。不活性ガスなどを吹き付
けるノズルを配置する場合には、さらに、細かい粒径の
粒状体が得られやすい効果もある。

【００３０】次に、本発明の処理装置および粒状化処理
方法を用いて得られた粒状体の処理方法を説明する。本
発明の処理方法を用いて得られた粒状体を結合剤と混合
して固化させる。たとえば、粒状体を結合剤としてのセ
メントと混合した後、型枠内に流し込んで固化させる。
目的の型枠形状とすることにより、固化した粒状体を含
む成形品を、放射性廃棄物を入れる容器として再利用す
ることができる。粒状体、セメントおよび水の混合比
は、たとえば、質量割合として、０．４：０．３：０．
３とすることができる。ただし、必ずしもこの混合比に
限定するものではない。また、結合剤として、セメント
以外に、プラスティックなどの樹脂、ガラスなどを用い
ることもできる。

【００３１】第２の高周波コイルの下方に、再溶融した
溶融物に不活性ガスなどを吹き付けるノズルを備える場
合に、細かい粒状体が得られやすいので、この細かい粒
状体は、セメント中により均一に混ざったままで、固ま
りやすい。

【００３２】

【実施例】図１に示す装置構成の本発明の溶融・固化処
理装置を用いて、被処理材を溶融して固化し、この固化
物を再溶融した後、溶融物を粒状化し、固化する試験を
行った。試験に用いた本発明の溶融・固化処理装置の仕
様を表１に示す。

【００３３】

【表１】本発明の処理装置を運転するにあたって、まず、冷却水
供給装置を作動させて、第１および第２の各高周波コイ
ル、炉体、容器、固化物の引き抜き装置、第１および第
２の各高周波電源、溶融物の粒状化・固化装置に冷却水
を、それぞれ１５０、１００、１５０、１００、１０
０、２００、１００、１００リットル／分の流量で供給
した。つぎに、容器内をＡｒガス雰囲気に置換した。

【００３４】その後、固化物の引き抜き装置を逆転し
て、炉壁の下端の開口部から、直径約１００ｍｍ、長さ
約５００ｍｍのステンレス鋼製のダミー材を、その上端
が第１の高周波コイルの上端から５０ｍｍ下方の位置ま
で挿入するとともに、第１の高周波電源を起動して、周
波数３０ｋＨｚ、出力２００ｋＷの高周波電流を第１の
高周波コイルに供給した。

【００３５】ダミー材は、初期の溶融を起こさせる役割
を果たすものであり、さらに、溶融物が炉体から下方に
漏れ出ないようにする役割を果たすものである。約５分
後に、挿入したダミー材の上部が溶融した。電磁力の作
用を受けて、その溶湯がドーム状に隆起し、溶湯の上部
は炉壁と非接触の状態となった。溶湯の温度は約１８０
０Ｋであった。

【００３６】炉体の上方の潤滑剤供給装置を用いて、潤
滑剤を炉体内に添加した。潤滑剤には、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、Ｃ
ａＯ、ＳｉＯ₂ を主成分とする酸化物を用いた。

【００３７】次に、被処理材装入装置を用いて、ステン
レス鋼の金属片から成る被処理材を炉体内に装入すると
ともに、固化物の引抜き装置を作動させて、供給した被
処理材の量に相当する分だけ、固化物を下方に引き抜い
た。このような操作を連続して行った。固化物の形状は
おおよそ直径１００ｍｍの円柱状である。炉体の下端
と、第２の高周波コイルの上端との間の距離は約６００
ｍｍである。この固化物が第２の高周波コイルの位置に
達する際に、第２の高周波電源を起動して、周波数１０
ｋＨｚ、出力５０ｋＷの高周波電流を第２の高周波コイ
ルに供給した。引き抜き速度は約５ｍｍ／分とした。

【００３８】炉体内の溶湯上に連続的に装入される被処
理材は、溶湯の表面張力の作用のため、溶湯の表面をし
ばらく浮遊するが、電磁力によって溶湯が攪拌されてい
ることから、やがて溶湯の内部に取り込まれ溶融した。
固化物を連続的に引き抜くと、溶湯は炉体の下部側に連
続して移動する。炉体の下部では、電磁力の作用が弱い
ので、溶湯は炉壁と接触するので、固化物となる。

【００３９】第２の高周波コイルに達した固化物はその
表面側から再溶融する。再溶融した溶融物は下方に落下
する。落下した溶融物は、円盤状の溶融物の粒状化・固
化装置の上に落下し、固化して粒状体となった。固化し
た粒状体は、容器内に集まった。粒状体の粒径は、０．
０１〜３０ｍｍであった。

【００４０】固化した粒状体は、セメントの骨材として
利用することができる。セメントと共に混練し、目的の
形状の型枠に流し込み、乾燥、固化することによって、
固化した粒状体を内部に含む成形品を得ることができ
る。

【００４１】

【発明の効果】本発明の処理装置およびその処理装置を
用いる粒状化処理方法を適用することにより、被処理材
を連続して溶融および固化処理することができ、さら
に、その固化物を再溶融し、その溶融物を粒状、固化す
ることによって、被処理材の粒状体を得ることができ
る。さらに、本発明の粒状体の処理方法を適用すること
により、粒状体をセメントなどの結合剤と混ぜて固化さ
せることができる。

【００４２】被処理材が放射性廃棄物の場合には、固化
した粒状体を所定の大きさに切断する必要がないので、
新たな二次放射性廃棄物の発生を抑制することができ
る。さらに粒状体を結合剤と混ぜて固化させることによ
り、再利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】炉壁の水平方向の断面形状が円形の場合の本発
明の溶融・固化処理装置の例を模式的に示す図である。

【図２】炉壁の水平方向の断面形状が円形の場合の本発
明の溶融・固化処理装置の例を模式的に示す図である。

【符号の説明】

１：炉体２：炉壁３：スリット４：個々の炉壁部分５：冷却水の通流孔６：第１の高周波コイル７：第２の高周波コイル８：被処理材装入装置９：潤滑材供給装置１０：引き抜き装置１１：粒状化・固化装置１２：再溶融した溶融物１３：被処理材１４：固化物１５：潤滑剤１６：粒状体１７：捕集器１８：溶融した被処理材１９：スラグ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ２７Ｂ 14/14 Ｆ２７Ｂ 17/00 Ａ４Ｋ０６３ 17/00 Ｆ２７Ｄ 11/06 ＺＦ２７Ｄ 11/06 15/02 Ｆ 15/02 Ｈ０５Ｂ 6/30 Ｈ０５Ｂ 6/30 6/44 6/44 Ｂ０９Ｂ 3/00 ３０３ＡＦターム(参考） 3K059 AA08 AA10 AB04 AB16 AB19 AC62 AC76 AD03 AD07 AD40 BD02 CD14 CD44 CD48 CD52 CD62 CD79 4D004 AA21 AB09 CA29 CA32 CA45 CB31 CB33 CB42 CB43 CC20 4G012 JF03 4K017 AA02 CA01 DA09 EC01 4K046 AA01 BA01 BA02 CA01 CB11 CD02 CE01 CE03 DA05 4K063 AA04 AA12 BA02 BA03 CA02 FA35

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部が水冷された導電性材料からなる上端
と下端が開口した筒状の炉壁と、炉壁で構成された炉体
と、炉体の上方に備えられた被処理材装入装置および潤
滑剤供給装置と、炉壁の外周に備えられた第１の高周波
コイルと、炉体内で固化した固化物を下方に引き抜くた
めの引き抜き装置と、引き抜き装置の下方に備えられた
第２の高周波コイルと、第２の高周波コイルの下方に落
下する溶融物の粒状化・固化装置とで構成され、第１の
高周波コイルに対向する炉壁の部分には縦方向に複数の
絶縁スリットを備えることを特徴とする被処理材の溶融
・固化処理装置。
【請求項２】請求項１に記載の溶融・固化処理装置を用
いる処理方法であって、被処理材装入装置を用いて被処
理材を炉体内に装入し、潤滑剤供給装置を用いて潤滑剤
を炉体内に装入し、第１の高周波コイルに高周波電流を
通電して被処理材を溶融後、固化物の引き抜き装置によ
り固化物を下方に引き抜き、その後、第２の高周波コイ
ルに高周波電流を通電して固化物を再溶融させ、溶融物
の粒状化・固化装置を用いて落下した溶融物を粒状化・
固化することを特徴とする被処理材の粒状化処理方法。
【請求項３】請求項２に記載の処理方法によって被処理
剤を粒状化した後、得られた粒状体を結合剤と混合して
固化させることを特徴とする粒状体の処理方法。