JPH0374359B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は放射性物質で汚染した金属廃棄物をス
ラグ剤存在下で溶融し、放射性物質をスラグへ移
行抽出させて金属を除染する装置に係り、特にス
ラグ再溶解方式を用いた放射能汚染金属の溶融除
染装置に関する。

〔発明の背景〕 溶融除染用溶解炉の型式として次の二つが考え
られている。一つはあらかじめ耐熱性ルツボに金
属廃棄物とスラグ剤を納めておき外部加熱源を用
いて全体を溶融する方式である。他方は非消耗式
電極を用いたエレクトロスラグ再溶解炉のごとき
電気炉を用いて金属を順次供給し溶融スラグの電
気抵抗熱を利用して溶融しつつ溶融金属のみ分離
し冷却凝固させていく方式である。

前者方式は耐熱性のルツボを用いるが、熱によ
る消耗劣化が激しく、またルツボ内で冷却凝固し
た金属とスラグを分離回収するためにはルツボを
破壊しなければならない。したがつて、これらル
ツボ廃材も汚染物としての取扱いとなるため、二
次廃棄物が更に増すことになる。またルツボをそ
の都度交換するので経費も高くつく。後者のエレ
クトロスラグ再溶解炉（Electro Slag
Remelting＝ESR、以下ESRと略記）による方式
は前者の欠点を除き、ルツボのくり返し使用が可
能であり、溶融スラグと金属間の反応性もよいの
で経済性や除染効果の点で有利である。

そこで従来はESR炉として第１図のごとき型
式の炉を用いて放射能汚染金属を溶解していた。
第１図において、水冷式銅性ルツボ２は底部の中
央部分が円筒状の空間部からなる凝固金属滞留部
を形成し、この凝固金属滞留部上方に広径の溶融
スラグ浴５が形成されている。このような水冷式
銅性ルツボ２の溶融スラグ浴５に放射能汚染金属
を細断したスクラツプ片８がスクラツプ投入装置
９から投入される。溶融スラグは、炭素棒のごと
き耐熱電導性の電極棒１と溶融金属層６、凝固金
属層７、ルツボ底盤３の間に負荷される定常電流
により発生したジユール熱によつてそれ自身が加
熱源となる。この熱によつて溶融したスクラツプ
は中央の溶融金属層６へ移り、溶融過程で汚染物
はスラグ層５へ移行抽出される。しかし、この方
式では未溶融金属片が電極棒から離れた位置に滞
留し、かつ水冷ルツボの壁面側に投入されるた
め、金属溶解に係る熱効率が低い。例えば融点
1535℃の鉄を溶解するため鉄片滞留部のスラグ温
度を1550℃以上に保つには電極棒近接部の温度を
さらに150〜200℃高くする必要がある。このため
供給電力が増大することが問題となつていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は非消耗式電極型エレクトロスラ
グ溶解（ESR）炉を用いた放射能汚染金属の溶
融除染装置において、熱効率を改善して供給電力
を減少させ、未溶解金属の残存をなくし所定の溶
融除染効果を得ることができる放射能汚染金属の
溶融除染装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明者らは、ESR炉におけるスラグ中での
発熱部は電極棒から下の溶融金属層へ向つて伸び
る電流線に沿つた電圧勾配に従つて分布する点に
着目し、非消耗式電極下方の溶解炉底部に未溶融
金属（スクラツプ片）を滞留させ、非消耗式電極
下方付近の最も発熱費の大きい領域で放射能汚染
金属を溶解するようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、実施例によつて本発明を詳細に説明す
る。

第２図は本発明の一実施例を示す縦断面図であ
つて、第２図において、水冷式銅等のルツボ１３
は円筒体からなり、このルツボ１３に冷水入口１
３Ａと冷水出口１３Ｂが設けられ、ルツボ１３内
を内部より水冷するようになつている。またルツ
ボ１３と同心円上にルツボ１４が設けられ、この
ルツボ１４にも特に図示していないが冷水の出入
口が設けられ、内部から水冷するようになつてい
る。ルツボ１４の上端面は平面状をなし、この面
上は未溶融金属が滞留する受け部１４Ａとなつて
いる。ルツボ１３とルツボ１４とによつて形成さ
れる環状空間部に環状の銅製底盤１５が設けら
れ、この銅製底盤１５は底盤引抜装置１６により
昇降する機構となつている。非消耗式電極１７は
受け部１４Ａの上方に位置し、その下端部が溶融
スラグ１８に浸漬する状態で配置され、かつ複数
本の電極が所定の間隔をおいて円筒状に配置され
ている。図中、１９は放射能汚染金属のスクラツ
プ片を投入するためのスクラツプ投入装置、２０
はスラグ剤供給装置を示している。

このような放射能汚染金属の溶融除染装置にお
いて、溶解用ルツボ１３の上部には溶融スラグ１
８が浮遊し、ここに投入されたスクラツプ片のう
ち未溶融金属のみが受け部１４Ａ面に滞留し、溶
融スラブ一金属の界面は受け部１４Ａ面より下面
になるように凝固金属（インゴツト）２２を順次
引抜界面位置を制御する。未溶融金属（スクラツ
プ片）２３はスラグの発熱によつて溶融し、溶融
過程で放射性物質はスラグ層へ移行し、除染金属
のみ溶融スラグ層１８へ流入した後、冷却ルツボ
内で凝固する。

ここで第１図に示す従来方式と、第２図に示す
本実施例とにおける熱効率等について対比する。

実際にスラグ層で発熱した熱量の内、スラグ層
に金属溶解熱源として留める熱量Qsは、総発熱
量から気相、ルツボ、インゴツト、電極棒へ散逸
する分を差引いた残熱分で割合は30〜35％であ
る。この熱を金属溶解に使う利用効率ηは従来法
（第１図）のごとく外周投入式では約0.25、本実
施例による方式では約0.3である。最終的に総発
熱量に対して金属溶解に使用する熱効率はη・
Qsの積であり従来法では７〜８％、本実施例で
は９〜10％である。

次に実発熱量の比較を行なう。必要な供給電力
は主にスラグの総量によつて決まる。電極棒の太
さはルツボの径に見合つた径または断面積を選ぶ
必要があり、一搬にフイルレイシオ（電極棒直
径／ルツボ内径比）で表わし、0.3以上とるのが
普通である。従来例の場合で第３図に示すように
電極棒１を配し、ルツボ内径を20cm、電極棒径を
７cmとすると、スクラツプ投入部の空隙巾は６cm
となる。一方、本実施例によれば第４図に示すよ
うに、スクラツプ投入口の径を６cmとし、従来例
と同じ横断面積を有する円筒電極棒を備えるなら
ば外径は9.2cmとなり、ルツボ内径は高さ15cmあ
ればよい。ルツボ内径が20cmから15cmに縮小でき
ればスラグ量は約半分でよいことになり、電力供
給量も同様に減少する。

更に、投入されたスクラツプ片をルツボの中心
部発熱量の大きい領域に投入することにより、ス
ラグの温度を過大に上げる必要がなくなる。例え
ば、鉄を溶解する場合、従来例では電極棒付近の
温度は1750℃以上としなければならないが、本実
施例では1700℃程度でもよい。この結果溶融した
ケイ酸−カルシア（SiO₂・2CaO）スラグを50℃
上げるに必要な熱量約2.5kcal／moが節減でき
る。これは約５％の熱量節減に相当する。

第５図は本発明の他の実施例を示し、第２図に
示す実施例とは、非消耗式電極スクラツプ投入装
置及びスラグ剤投入装置の配置状態が異なつてい
る。

すなわち、非消耗式電極２４は第１図同様ルツ
ボの中心軸上に１本配置され、この非消耗式電極
２４の近傍にスクラツプ投入装置２５の供給口２
５Ａと、スラグ剤供給装置２６の供給口２６Ａが
設けられていることである。したがつて第５図に
おいて、他の構成部分は第２図と同一符号で示し
ている。

このような放射能汚染金属の除染装置において
も、放射能汚染金属のスクラツプ片は受け部１４
Ａ上に滞留して効率的に溶解するため第２図に示
す実施例同様の効果がある。

第６図は本発明の他の実施例を示す部分縦断面
図であつて、非消耗式電極２４がルツボの中心軸
上に１本配置され、この非消耗電極２４と同心円
上に円筒部材２７が設けられ、この円筒部材２７
内にスクラツプ投入装置２５から放射能汚染のス
クラツプ片が投入され、かつスラグ剤供給装置２
６からスラグ剤が供給されるようになつている。
本実施例において、他の構成部分は実質的に第２
図の実施例と同じである。

第７図は本発明の他の実施例を示す部分縦断面
図であつて、ルツボの上部２８が中心部よりも内
径が小さくなり、ほぼ受け部１４Ａの径の外径と
ほぼ同じになつている。非消耗式電極２４はルツ
ボの中心軸上に１本配置され、ルツボの上部２８
の内部空間部にスクラツプ片及びスラグ剤が投入
される。本実施例では、スクラツプ片は受け部１
４Ａ面上に滞留するので効率的に溶解するととも
にルツボの上部開口面積が小さく熱の放散を少な
くすることができるので熱効率は高いものとな
る。

なお、第２図に示す実施例では複数本の非消耗
式電極を円筒状に配置したが、角筒状に配置して
もよい。また単一の非消耗式電極を円筒体、また
角筒体としてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、放射性物質で汚
染した金属のスラグ中での溶解速度を速め、効率
的に除染処理を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の放射能汚染金属の溶融除染装置
の縦断面図、第２図は本発明の溶融除染装置の一
実施例を示す縦断面図、第３図及び第４図はそれ
ぞれ従来例及び第２図に示す実施例の電極棒挿入
時のスラグ層位置を示すための横断面図、第５
図、第６図及び第７図はそれぞれ本発明の他の実
施例を示す部分縦断面図である。 １，１７，２４……非消耗式電極（棒）、２，
１３，１４……水冷銅ルツボ、３，１５……銅製
底盤、４，１６……底盤引抜装置、５，１８……
溶融スラグ、６，２１……溶融金属、７，２２…
…凝固金属、８，２３……放射能汚染スクラツプ
片、９，１９，２５……スクラツプ投入装置、１
０，２０，２６……スラグ剤供給装置、１１……
電力供給電源、１２……冷却水出入口、１４Ａ…
…受け部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 放射能物質で汚染した金属を溶融スラグに負
   荷する電流によつて発生する熱により溶融し、汚
   染物質をスラグへ抽出させる溶融炉を備えた放射
   能汚染金属の溶融除染装置において、前記溶解炉
   の炉底中央部にその周縁の炉底部より高く形成さ
   れた未溶融金属滞留部を設け、この未溶融金属滞
   留部の上方に非消耗式電極を設けるとともに、溶
   融スラグの上方から前記未溶融金属滞留部面上に
   放射能汚染金属を投入するための供給装置を設け
   たことを特徴とする放射能汚染金属の溶融除染装
   置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記非消耗
   式電極は筒状体に形成され、前記供給装置の放射
   能汚染金属供給口が前記筒状体の内部空間上方に
   位置することを特徴とする放射能汚染金属の溶融
   除染装置。 ３ 特許請求の範囲第１項において、前記非消耗
   式電極は複数の電極を間隔をおいて筒状に配置さ
   れ、この筒状部の内部空間上方に前記供給装置の
   放射能汚染金属供給口が位置することを特徴とす
   る放射能汚染金属の溶融除染装置。 ４ 特許請求の範囲第１項において、前記非消耗
   式電極は前記未溶融金属滞留部の中央部の上方に
   位置する１本の電極からなり、この電極に近接し
   たスラグ上方に前記供給装置の放射能汚染金属供
   給口が設けられていることを特徴とする放射能汚
   染金属の溶融除染装置。 ５ 特許請求の範囲第２項において、前記筒状体
   が円筒体であることを特徴とする放射能汚染金属
   の溶融除染装置。 ６ 特許請求の範囲第３項において、前記筒状が
   円筒状であることを特徴とする放射能汚染金属の
   溶融除染装置。