JPH07267721A

JPH07267721A - 高周波誘導炉用ルツボの製造方法

Info

Publication number: JPH07267721A
Application number: JP6059010A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Kurahashi; 隆文倉橋; Kazunari Okura; 和成大蔵; Katsuki Mukai; 克喜向井; Kazuo Kawamura; 和夫川村; Kazutomo Uemoto; 和致上本; Shinji Origuchi; 真二折口
Original assignee: NGK Insulators Ltd; Nippon Crucible Co Ltd; Nippon Rutsubo KK
Current assignee: NGK Insulators Ltd; Nippon Crucible Co Ltd; Nippon Rutsubo KK
Priority date: 1994-03-29
Filing date: 1994-03-29
Publication date: 1995-10-17
Anticipated expiration: 2019-01-26
Also published as: JP3489868B2

Abstract

(57)【要約】【目的】低レベル放射性雑固体廃棄物の溶融固化シス
テムに適した高温での耐用時間が長い高周波誘導炉用ル
ツボの製造方法を実現する。【構成】高アルミナ質５０〜９０重量％、黒鉛を主と
する炭素質８〜４０重量％、炭化ケイ素質７重量％以下
の原料を配合し、これに石油石炭分留物、有機合成樹
脂、粘土およびセラミックバインダーの１種以上からな
るバインダーを適当量加えて混練し、成形し、焼成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は高周波誘導炉用ルツボ
の製造方法に関し、特に、原子力発電所等から発生する
低レベル放射性雑固体廃棄物（金属類、フィルタ類、保
温材、ガラス、コンクリート及び焼却灰等）を高周波誘
導加熱により溶融して固化するシステムで用いることを
意図した黒鉛アルミナ質ルツボの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高周波誘導炉で用いられている一般的な
黒鉛系のルツボは、黒鉛、炭化ケイ素、アルミナ、金属
ケイ素又はケイ素合金などの主原料に適宜な酸化防止剤
を添加し、バインダーとしてタール、ピッチ、熱可塑性
樹脂などを適宜に加えて混練し、成形し、焼成したもの
である。高周波誘導炉用ルツボとしてはその電気比抵抗
値が重要な特性である。電気比抵抗値が20000 μΩｃｍ
以下のルツボの場合は、製造時のバインダーとしてター
ルやピッチあるいはフェノール樹脂などが用いられる。
また20000 μΩｃｍ以上のルツボの場合は、製造時のバ
インダーとして粘土質やセラミックバインダーを用いる
ことが多い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで最近、原子力
発電所等から発生する低レベルの放射性雑固体廃棄物の
処理方法として、これら雑固体廃棄物を高周波誘導加熱
によりいったん溶融して、そのままルツボ内で固化して
処分する方法が提案されている。このような放射性雑固
体廃棄物の溶融固化システムに適した高周波誘導炉用ル
ツボがこの発明の対象である。

【０００４】前記のような雑固体廃棄物を高周波誘導炉
で溶融する場合、ルツボで発生した熱が廃棄物に伝導す
るとともに廃棄物に含まれている導電性金属は直接的に
誘導発熱する。これら雑固体廃棄物の溶融には通常１６
００℃前後の高温が必要とされる。したがってこの用途
のルツボには、１６００℃以上の誘導発熱に一定時間以
上耐え得る発熱容器としての特性が必要となる。

【０００５】従来の純黒鉛質ルツボは、酸化雰囲気では
酸化劣化が激しくて耐用時間が短いという問題がある。
また電気比抵抗値が低すぎて、誘導炉の仕様に合わない
場合が多い。

【０００６】また、従来の代表的な黒鉛・炭化ケイ素質
ルツボは、１４００℃以上の温度では炭化ケイ素の酸化
が進行するとともに、黒鉛の酸化防止剤として用いられ
ているガラス質の分解消失が進行するため、材質の変化
により割れが生じたりし、やはり耐用時間が短い。

【０００７】更に従来の黒鉛・アルミナ・シリカ質ルツ
ボは１５００℃程度の温度で使用されているが、１６０
０℃以上となる誘導加熱炉に使用した場合、シリカ質の
分解消失が激しく、またガラス分の消失も大きく、やは
り変質によりルツボ割れが発生しやすく、耐用時間が短
い。

【０００８】この発明は前述した従来の問題点に鑑みな
されたもので、その目的は、低レベル放射性雑固体廃棄
物の溶融固化システムに適した高温での耐用時間が長い
高周波誘導炉用ルツボの製造方法を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用】この発明に係る
高周波誘導炉用ルツボの製造方法は、高アルミナ質５０
〜９０重量％、黒鉛を主とする炭素質８〜４０重量％、
炭化ケイ素質７重量％以下の原料を配合し、これに石油
石炭分留物、有機合成樹脂、粘土およびセラミックバイ
ンダーの１種以上からなるバインダーを適当量加えて混
練し、成形し、焼成してなるものである。好ましくは、
当該方法によって製造されるルツボが、その物理特性と
して電気比抵抗値が5000μΩｃｍ以上で50000 μΩｃｍ
以下となるように形成することである。

【００１０】前記の黒鉛は導電性で耐スポール性の向
上、耐漏れ性改善に効果がある。好ましくは天然産のリ
ン状黒鉛を使用し、粒度は１０００μｍ〜１５０μｍで
炭素分が８５％以上の純度の高いものを使用する。黒鉛
中に灰分など不純物の多いものは誘導加熱時に分解変質
が生じ、電気特性に変化をきたし、ルツボ割れの原因に
なることがある。黒鉛の配合割合は使用する高周波誘導
炉に合わせた電気比抵抗値になるように調整するが、８
〜４０重量％の範囲内にする必要がある。８重量％以下
であると、黒鉛ルツボとしての耐スポール性が低下し、
溶解時や冷却時の温度変化で割れが生じ易くなり、また
電気比抵抗値が高くなりすぎて高周波誘導加熱時にルツ
ボ発熱が生じ難く、非電導性廃棄物の溶解が困難とな
る。逆に４０重量％以上では電気比抵抗値が低くなりす
ぎ、高周波誘導加熱時にスーパーヒートが発生し易くな
ってルツボ寿命が著しく低下し、また鉄などの導電性廃
棄物の溶解が困難となる場合があり、黒鉛の酸化消失に
よる損耗も非常に生じ易い。

【００１１】炭化ケイ素は黒鉛の酸化抑制剤として使用
し、１４９μｍ以下の微粉が好ましい。炭化ケイ素の配
合割合が多すぎると誘導発熱時の分解変質が激しくなる
ので好ましくなく、配合率は７重量％以下にする必要が
ある。また、金属ケイ素あるいはケイ素合金粉末として
原料に配合し、焼成時に黒鉛や有機バインダーのカーボ
ンと反応させてβ−ＳｉＣを形成し、強度発現や黒鉛の
酸化抑制として使用することもあるが、この場合も７重
量％以下にする必要がある。

【００１２】高アルミナ質材料としては焼結アルミナ、
電融アルミナ、ムライトなどの高アルミナ質１種又は２
種以上の組合せで用い、５０〜９０重量％にする必要が
ある。高アルミナ質材料の粒度は中粒から細粒まで使用
するのが好ましく、中粒部として５００μｍ〜５０μｍ
のものと、細粒部として１０μｍ以下のものを組み合わ
せて使用することが、充填性やルツボ形状からした粒度
構成上、好ましい。

【００１３】なお、原料の中にシリカ質やガラス質を含
めるのは黒鉛の酸化抑制としては効果があるが、シリカ
質やガラス質を含めた場合には耐熱性が低下するため１
５００℃以上の用途には適さない。従ってこの発明にお
いては、原料にシリカ質やガラス質をまったく添加しな
い方が好ましく、シリカ質やガラス質を黒鉛の酸化抑制
用として配合する場合もその割合は７重量％以下にする
必要があり、しかもそれらの粒度は１４９μｍ以下が好
ましい。シリカ質やガラス質を原料にまったく含めなく
ても、ルツボ外面に適切な釉薬を塗布することで酸化防
止を図ることができる。この酸化防止用の釉薬として
は、１３００〜１４００℃で溶融し、かつ１６００℃で
も流下しない高温タイプが好ましく、ろう石−ＺｒＯ₂
−ガラス系を珪酸カリ水溶液で塗布した場合に好結果が
得られた。

【００１４】バインダーとしては有機バインダー、耐火
粘土及びセラミックバインダーの何れも使用できる。

【００１５】有機質バインダーとしては、還元焼成する
ことにより炭素を残留して炭素結合を形成するものであ
れば何でもよく、混合分散がよく、成形後の保形性が十
分であるものを選択する。この目的に合致するものとし
ては、タール、ピッチなどの石油石炭分留物、レゾール
型フェノール樹脂、ノボラック型フェノール樹脂、フル
フリルアルコール樹脂などが挙げられ、またセラミック
バインダーとして珪酸ソーダ、珪酸カリ、アルミナゾル
などが挙げられる。これらの有機質バインダー、耐火粘
土、セラミックバインダーの１種又は２種以上を前述の
粉粒原料１００重量％に対し５〜１６重量％添加するの
が適当である。バインダーの割合が５重量％以下では成
形後の保形性が不足し、１６重量％以上では成形時に亀
裂が生じ、成形後の気孔率が大きくなり、強度は逆に低
下して好ましくない。

【００１６】成形は冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）を用い
るのが好ましく、ルツボ内面側を金型、外面側をゴム型
とし、そのキャビティ空間に前述のバインダーを加えて
混練した原料を投入し、常温で成形する。焼成は還元雰
囲気で行ない、温度は１０００〜１４００℃の間で行な
うのが好ましい。

【００１７】

【発明の効果】この発明に係る方法により製造された高
周波誘導炉用ルツボによれば、前述した低レベル放射性
雑固体廃棄物を高周波誘導加熱方式により１６００℃程
度の高温で加熱して溶融することができ、しかもそのよ
うな高温加熱状態を長時間続けてもルツボの割れは生じ
ないし、部分的な変質などもほとんど生じない。従って
放射性雑固体廃棄物をルツボ中で溶融した後、これを固
化させて処分するシステムに用いるのに最適なルツボと
なる。

【００１８】

【実施例】この発明の実施例と比較例を以下の表１で示
す。

【００１９】

【表１】（１）配合原料（イ）〈実施例１〉リン状黒鉛（純度８５％以上の平均粒度５００μｍ、２
５０μｍの２種）を１８重量％、燒結アルミナ（平均粒
度２５０μｍ、８０μｍ、７μｍの３種）を７５重量
％、及び炭化ケイ素（粒度１４９μｍ以下）を７重量％
とし、溶融シリカやガラス分を含まない粉体配合原料に
予め加熱溶解したピッチ、タールを添加し、１００〜１
５０℃に加熱しつつ十分混練した。

【００２０】〈実施例２〉実施例１と同一粒度比率のリ
ン状黒鉛１４重量％、燒結アルミナ８１重量％、及び炭
化ケイ素５重量％とし、溶融シリカやガラス成分を含ま
ない粉体配合原料に予め加熱溶解したピッチ、タールを
添加し、１００〜１５０℃に加熱しつつ十分混練した。

【００２１】〈実施例３〉実施例２の配合でリン状黒鉛
を７重量％に低減し、粒度１４９μｍ以下の溶融シリカ
とガラス成分を合計７重量％添加した粉体配合原料に予
め加熱溶解したピッチ、タールを添加し、１００〜１５
０℃に加熱しつつ十分混練した。

【００２２】〈実施例４〉実施例２の配合で燒結アルミ
ナを７４重量％に低減し、粒度４４μｍ以下の金属ケイ
素を７重量％添加した粉体配合原料に予め加熱溶解した
ピッチ、タールを添加し、１００〜１５０℃に加熱しつ
つ十分混練した。

【００２３】（ロ）比較品「従来品１」は鋼の連続鋳造
用ノズル等で用いられるアルミナ−溶融シリカ−黒鉛系
の材料であり、粉体配合原料に予め加熱溶解したピッ
チ、タールを添加し、１００〜１５０℃に加熱しつつ十
分混練した。

【００２４】（ハ）比較品「従来品２」は非鉄金属溶解
用の黒鉛ルツボに最も多く用いられる黒鉛−炭化ケイ素
系の材質であり、粉体配合原料に予め加熱溶解したピッ
チ、タールを添加し、１００〜１５０℃に加熱しつつ十
分混練した。

【００２５】（２）成形成形はＣＩＰ（冷間静水圧プレス）を使用し、円筒型ル
ツボに形成した。

【００２６】（３）焼成本発明品（実施例１，２，３，４）及び比較品（従来品
１，２）は還元雰囲気中で１２００℃で焼成した。

【００２７】（４）酸化防止処理ルツボ加熱時の黒鉛の酸化防止を目的にルツボの外面、
内面にろう石−ＺｒＯ₂−ガラス系の融点１３００〜１
４００℃のグレーズをスプレーで塗布し乾燥する。

【００２８】（使用結果）実施例１，２，３，４及び従
来品１，２の円筒型ルツボを６００ＫＷ×１０００Ｈｚ
の高周波誘導炉にセットし、ルツボ内に溶解物として鉄
及びコンクリート片を重量比で１：１で投入する。ルツ
ボの表面温度を１５５０℃に誘導加熱して溶解を行な
い、溶解物の溶融に伴い溶解物を追加投入する。

【００２９】＜実施例１＞出力電力投入後約１時間でル
ツボ表面温度は１５５０℃に到達し、溶解物約５００Kg
を約４時間で溶解する。溶解終了後、取り出したルツボ
は部分的に劣化層が生じた。これは炭化ケイ素の分解消
失によるものと思われることから、炭化ケイ素の添加量
は７重量％以下が好ましい。しかし、低レベル放射性廃
棄物用ルツボとして、その機能は満たされた。

【００３０】＜実施例２＞出力電力投入後約１時間でル
ツボ表面温度は１５５０℃に到達し、溶解物約５００Kg
を約４時間で溶解する。溶解完了まで投入電力電圧は変
動なく安定した。溶解後取り出したルツボは割れは全く
なく、また部分的な脆弱は認められず良好な状態であ
り、当該用途用ルツボとしての機能は十分満たされた。

【００３１】＜実施例３＞出力電力投入後約１時間でル
ツボ表面温度は１５５０℃に到達し、溶解物約５００Kg
を約４時間で溶解する。溶解時にルツボ昇温が遅れ、鉄
の溶解が早く生じたが、コンクリート片の溶解は生じ難
い結果となった。溶解終了後、取り出したルツボは最も
温度の上がりやすい中央部を中心に溶融シリカ成分やガ
ラス分の分解消失による脆弱化が認められた。

【００３２】この実施例は黒鉛量が少なく電気比抵抗値
が高いことから、ルツボ発熱が生じ難くコンクリートな
ど非導電性溶解物の溶解には不向きなものの、鉄などの
導電性溶解物の比率が高い場合は使用が可能であるが、
黒鉛量が少なく、耐スポール性が低いことから、当該用
途用ルツボとしては実用限界である。また、溶融シリカ
やガラス成分の添加は黒鉛の酸化抑制には効果が認めら
れたけれども、これらの分解消失による局部的な変質が
生じ、当該用途用ルツボとしては添加量７重量％が限界
であった。

【００３３】＜実施例４＞出力電力投入後約１時間でル
ツボ表面温度は１５５０℃に到達し、溶解物約５００Kg
を約４時間で溶解する。溶解終了後、取り出したルツボ
は最も温度の上がりやすい中央部を中心に部分的に変質
層が認められたが、当該用途用ルツボとしての機能はあ
った。

【００３４】全般に黒鉛の酸化劣化は少なく、金属ケイ
素の添加による黒鉛の酸化抑制が認められるものの、金
属ケイ素の変質による発泡現象が生じたことから、当該
用途用ルツボとしては金属ケイ素の添加量７重量％が限
界である。

【００３５】＜従来品１＞出力電力投入後約１時間でル
ツボ表面温度は１５５０℃に到達し、約３時間経過し溶
解物約２００Kg溶解後、投入電力電圧が安定せず出力投
入が不能となる。ルツボは縦割れが生じ、最も温度の上
がりやすい中央部に発泡脆弱化が大きく生じ、当該用途
用ルツボとしての機能は不十分であった。使用後のルツ
ボの分析では、溶融シリカ成分の分解消失が認められ
た。

【００３６】＜従来品２＞出力電力投入後約１時間でル
ツボ表面温度は１５５０℃に到達するものの、約１．５
時間で出力電力投入不能となり、溶解物がルツボより流
出する。ルツボは縦割れが生じ、全体に発泡し、脆弱化
が著しく生じている。使用後のルツボの分析では、ガラ
ス成分が流出し、ＳｉＣの分解も生じ、当該用途用ルツ
ボとして不十分であった。

【００３７】以上の結果から見て、当該用途で用いる高
周波誘導炉用ルツボとしては、配合原料中ににガラス分
や溶融シリカを全く含まない実施例２が最も良好であ
る。

【００３８】高周波誘導炉用ルツボとしては、高アルミ
ナ−黒鉛質を主体とし、炭化ケイ素は７重量％以下、金
属ケイ素やケイ素合金粉末を７重量％以下、及び溶融シ
リカやガラス成分の含有量を７重量％以下で極力少なく
した原料で製作されたルツボが、当該用途に必要な機能
を満たすことを確認できた。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者向井克喜大阪府交野市森南２丁目23番13号 (72)発明者川村和夫大阪府東大阪市西鴻池町１丁目18番19号 (72)発明者上本和致愛知県名古屋市中村区北浦町11番３号 (72)発明者折口真二大阪府柏原市大県３丁目７番35号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高アルミナ質５０〜９０重量％、黒鉛を
主とする炭素質８〜４０重量％、炭化ケイ素質７重量％
以下の原料を配合し、これに石油石炭分留物、有機合成
樹脂、粘土およびセラミックバインダーの１種以上から
なるバインダーを適当量加えて混練し、成形し、焼成し
てなることを特徴とする高周波誘導炉用ルツボの製造方
法。