JPH08200961A - Production for storage container - Google Patents

Production for storage container

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JPH08200961A
JPH08200961A JP887595A JP887595A JPH08200961A JP H08200961 A JPH08200961 A JP H08200961A JP 887595 A JP887595 A JP 887595A JP 887595 A JP887595 A JP 887595A JP H08200961 A JPH08200961 A JP H08200961A
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JP
Japan
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crucible
low temperature
temperature crucible
high frequency
container
Prior art date
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Pending
Application number
JP887595A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Tanaka
努 田中
Yoshiaki Ikenaga
慶章 池永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH08200961A publication Critical patent/JPH08200961A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To minimize environmental pollution and to facilitate the maintenance of manufacturing processes by guiding and dissolving a metallic solidified material supplied to a low temperature crucible, then, interrupting a high frequency current to a coil and rotating the crucible about a vertical axis. CONSTITUTION: A low temperature crucible 1 is provided with a conductive cooling wall formed with an assembly of segments 11 electrically insulated from one another by slits. In the periphery of the low temperature crucible 1, a current supply coil 2 in which a cooling member can flow is spirally provided and connected to a high frequency power source 3 through a switching device 4. The low temperature crucible 1 is housed in an atmosphere adjusting chamber 6 and a metallic solidified material is fed thereto from a material feeder 5 and dissolved under induction heating to be a molten member 13. Then, after a high frequency current is stopped, the crucible 1 is rotated around a vertical axis, the molten member 13 is formed in the shape of a storage container 14 with a bottom having a space in its inner part and an outer part to which the inner wall of the crucible 1 is transferred by using center of gravity and centrifugal force acting on the molten member 13. After the rotation of the crucible is stopped, the molten member is solidified by removing heat from the segments of the crucible 1.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、環境に有害な物質に汚
染された金属固化体、または汚染され、かつ化学活性の
金属固化体を材料として、汚染物質を含む素材からなる
収容容器を製造する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention uses a solidified metal body contaminated by a substance harmful to the environment or a solidified metal body chemically polluted and chemically active as a material to produce a container made of a material containing a pollutant. On how to do.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、環境に有害な物質に汚染された金
属固化体を材料として収容容器を製造する装置には、米
国Retech社が開発した回転炉床式プラズマ溶融炉(PACT)
がある(J.of the RANDEC, No.9, 1993, P. 65〜70参
照)。
2. Description of the Related Art Conventionally, a rotary hearth type plasma melting furnace (PACT) developed by Retech of the United States has been used as an apparatus for manufacturing a container using a solidified metal material contaminated by environmentally harmful substances.
(See J. of the RANDEC, No. 9, 1993, P. 65-70).

【0003】このPACTは次の1)〜3)の特徴を有する。This PACT has the following features 1) to 3).

【0004】1)遠心力により均一な撹拌が可能であり、
溶融固化体は均質で安定となる。
1) Centrifugal force enables uniform agitation,
The melted and solidified product becomes homogeneous and stable.

【0005】2)材料の形態に対する自由度が高い。2) There is a high degree of freedom regarding the shape of the material.

【0006】3)回転数の調整により出湯を行うので、特
殊な弁、炉の傾動等の複雑な装置を必要としない。
3) Since hot water is discharged by adjusting the number of revolutions, no special device such as a special valve or tilting of the furnace is required.

【0007】しかし、この装置には次の〜の欠点が
ある。
However, this device has the following disadvantages.

【0008】少なくとも溶融装置と遠心鋳造装置との
二つの装置を必要とする。
At least two devices, a melting device and a centrifugal casting device, are required.

【0009】特に処理の対象が汚染された材料の場合に
は、さらに以下の欠点が顕在化して来る。
In particular, when the object to be treated is a contaminated material, the following drawbacks become more serious.

【0010】溶融炉の内張りには耐火物を使用してい
るので、その定期的交換が必要になる。特に、溶融対象
が汚染された材料の場合は、保守過程において発生した
耐火物は汚染された二次廃棄物となるので、別のプロセ
スで処理する必要が生ずる。
Since refractory is used for the lining of the melting furnace, it is necessary to replace it periodically. In particular, when the material to be melted is a contaminated material, the refractory generated in the maintenance process becomes contaminated secondary waste, and it is necessary to treat it in another process.

【0011】特に、溶融対象が活性金属固化体の場合は
二次廃棄物の発生頻度が高い。
In particular, when the target of melting is an activated metal solidified product, the frequency of generation of secondary waste is high.

【0012】プラズマアークを発生させるためにAr等
のガス(キャリヤーガス)をトーチに供給する必要があ
る。このために、排ガス処理設備を大型化する必要があ
ると共に、ガスの顕熱として失われるエネルギーが大き
い。
It is necessary to supply a gas such as Ar (carrier gas) to the torch in order to generate a plasma arc. For this reason, it is necessary to increase the size of the exhaust gas treatment facility, and the energy lost as sensible heat of gas is large.

【0013】プラズマトーチは消耗品であるので定期
的に交換する必要がある。特に、汚染された材料を対象
とする場合は交換操作を遠隔で行う必要があるので、装
置が複雑になる。
Since the plasma torch is a consumable item, it needs to be replaced regularly. Especially when contaminated material is targeted, the replacement operation must be performed remotely, which complicates the apparatus.

【0014】以上の欠点を解消するためには、以下の公
知技術を用いればよいとの考えも存在する。
There is an idea that the following publicly known techniques may be used in order to solve the above-mentioned drawbacks.

【0015】この技術は、溶解材料より低い融点を持つ
材料からなる冷却坩堝内で、溶解材料を坩堝材料で汚染
させることなく溶融する一連の方法である。この基本技
術は既に1931年にドイツ国において特許出願されている
(ドイツ国特許No.518499 参照)。これ以後、低温坩堝
に関する特許が多数出願されており、例えば仏国特許N
o.87 −00814(特開昭63−192543号公報)では連続的に
処理するための坩堝の形状が提案されている。
This technique is a series of methods for melting a melting material in a cooling crucible made of a material having a melting point lower than that of the melting material without contaminating the melting material with the crucible material. This basic technology has already been applied for a patent in Germany in 1931 (see German Patent No. 518499). Since then, many patents related to low temperature crucibles have been filed. For example, French patent N
O.87-00814 (Japanese Patent Laid-Open No. 63-192543) proposes a crucible shape for continuous processing.

【0016】これらの技術は、 1)装置が簡単なので保守が容易である。These techniques are: 1) Easy to maintain because the device is simple.

【0017】2)溶融炉の壁としては冷却された低温壁を
用いているので、溶解材料が炉壁材料により汚染された
り、あるいは炉壁材料の消耗に起因する定期交換を必要
としない。
2) Since the cooled low temperature wall is used as the wall of the melting furnace, the melting material is not contaminated by the material of the furnace wall, or the periodic replacement due to the exhaustion of the material of the furnace wall is not necessary.

【0018】等の有利な点を持つ。しかし一般に、製品
の成形条件に制約が存在し、これらの装置を適用して得
られる製品の形状の多くは中実体である。特に中空、か
つ底付きの収容容器を製造する方法は過去に提案されて
いない。
And the like. However, in general, there are restrictions on the molding conditions of products, and many of the shapes of products obtained by applying these devices are solid. In particular, a method for manufacturing a hollow and bottomed container has not been proposed in the past.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、主に
汚染された金属固化体を材料として、遠心鋳造法の一種
である溶融回転成形法により収容容器を製造する際に、
製造過程における材料や二次汚染廃棄物発生による環境
への汚染を最小にすると共に、製造過程の保守を容易に
する方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to produce a container by a melt rotomolding method, which is one of the centrifugal casting methods, mainly using a contaminated metal solidified material as a material.
It is an object of the present invention to provide a method for facilitating the maintenance of the manufacturing process while minimizing the pollution of the environment due to the production of materials and secondary contaminated waste in the manufacturing process.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は次の収容
容器の製造方法にある。
The gist of the present invention resides in the following method of manufacturing a container.

【0021】スリットにより互いに電気的に絶縁された
セグメントの集合体からなる導電性冷却壁を備えた低温
坩堝、この坩堝を多重に周回してなる通電コイル、この
コイルに高周波電流を供給する高周波電源、高周波電流
の開閉装置、低温坩堝に金属固化体を供給する材料供給
装置、雰囲気調整チャンバー、不活性ガスの供給装置、
セグメントの冷却装置、低温坩堝の回転装置および排ガ
ス処理装置を備えた装置を用いる収容容器の製造方法で
あって、低温坩堝に供給した金属固化体の材料を誘導溶
解した後、通電コイルへの高周波電流の供給を遮断する
と共に、この坩堝を鉛直軸の回りに回転させることによ
り金属固化体製の収容容器を製造する方法。
A low-temperature crucible provided with a conductive cooling wall made of an assembly of segments electrically insulated from each other by a slit, a current-carrying coil formed by multiplying the crucible in multiple turns, and a high-frequency power supply for supplying a high-frequency current to the coil. , Switch device for high-frequency current, material supply device for supplying solidified metal to low-temperature crucible, atmosphere control chamber, inert gas supply device,
A method of manufacturing a container using an apparatus equipped with a segment cooling device, a low-temperature crucible rotating device, and an exhaust gas treatment device, after induction melting of the material of the solidified metal supplied to the low-temperature crucible, and then high frequency to the energizing coil. A method for manufacturing a container made of a solidified metal by cutting off the supply of electric current and rotating the crucible around a vertical axis.

【0022】上記の「金属固化体」とは、金属に限ら
ず、僅かであっても電気伝導度を有する材料をいう。
The above-mentioned "solidified metal" is not limited to a metal, but refers to a material having a slight electric conductivity.

【0023】[0023]

【作用】本発明方法に用いる装置の構成例を図1および
図2に基づいて、その作用と共に説明する。
Operation An example of the structure of the apparatus used in the method of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

【0024】図1(a) は上記装置の構成を示す概略の縦
断面図、図1(b) は低温坩堝のみの平面図である。図1
(a) に示すようにこの装置は、低温坩堝1、この坩堝1
を多重に周回してなる通電コイル2、このコイルに高周
波電流を供給する高周波電源3、高周波電流の開閉装置
4、坩堝1に金属固体化材料12を供給する材料供給装置
5、雰囲気調整チャンバー6、このチャンバー6内への
不活性ガスの供給装置7、坩堝1のセグメント11の冷却
装置8、坩堝1の回転装置9および排ガス処理装置15を
少なくとも備えている。図1(b) に示すように低温坩堝
1は、少なくとも、開口部とほぼ重力の作用する方向に
沿って配置された電気的絶縁機能を発現するスリット10
により分割され、互いに電気的に絶縁された複数のセグ
メント11の集合体からなる導電性冷却壁を有している。
かつ、図1(a) に示すようにその縦断面形状は、重力の
作用する方向に沿って、順次その水平断面が小さくなる
ように変化するワインカップ状である。
FIG. 1 (a) is a schematic vertical sectional view showing the structure of the above apparatus, and FIG. 1 (b) is a plan view of only the low temperature crucible. FIG.
As shown in (a), this device consists of a low temperature crucible 1 and this crucible 1
Energizing coil 2 which is made up of multiple turns, a high-frequency power source 3 for supplying a high-frequency current to this coil, a high-frequency current switching device 4, a material supply device 5 for supplying a metal solidification material 12 to the crucible 1, an atmosphere adjusting chamber 6 At least a device 7 for supplying an inert gas into the chamber 6, a cooling device 8 for the segment 11 of the crucible 1, a rotating device 9 for the crucible 1 and an exhaust gas treatment device 15 are provided. As shown in FIG. 1 (b), the low temperature crucible 1 has a slit 10 arranged at least along the opening and in a direction in which gravity acts to exhibit an electrical insulating function.
It has a conductive cooling wall composed of an assembly of a plurality of segments 11 which are divided by and are electrically insulated from each other.
In addition, as shown in FIG. 1 (a), the vertical cross-sectional shape is a wine cup shape in which the horizontal cross-section gradually decreases along the direction of gravity.

【0025】スリット10は、ほぼ重力の作用する方向に
沿って設けられており、一般に低温坩堝1の全高さでは
なく、その一部に設けられるが、本発明方法に用いる装
置ではその位置を限定するものではない。すなわち図1
では、スリット10の存在しない部分が坩堝1の下端に設
けられているが、この位置は坩堝1の上端だけに、ある
いは上、下端に設けられていてもよいし、あるいは存在
しなくてもよい。このような坩堝においても、必要とす
る基本的な電磁気的作用効果は図1の坩堝1の場合と同
じである。
The slit 10 is provided substantially along the direction in which gravity acts, and is generally provided not at the entire height of the low temperature crucible 1 but at a part thereof, but its position is limited in the apparatus used in the method of the present invention. Not something to do. That is, FIG.
In the above, the portion where the slit 10 does not exist is provided at the lower end of the crucible 1, but this position may be provided only at the upper end of the crucible 1, or at the upper and lower ends, or may not exist. . Even in such a crucible, the required basic electromagnetic effect is the same as that of the crucible 1 in FIG.

【0026】低温坩堝1の下端には各セグメント11の内
部へ冷却水を供給するための冷却管が集合され、これら
が冷却装置8と結合されているので、低温坩堝1は高温
に耐えることができる。坩堝1の素材は一般に、熱伝導
と電気伝導に優れた金属材質(例えば、銅、銀、ステン
レス鋼など)であるが、必ずしも素材を金属に限定する
ものではなく、例えば黒鉛などでもよい。
At the lower end of the low temperature crucible 1, cooling pipes for supplying cooling water to the inside of each segment 11 are gathered and connected to the cooling device 8, so that the low temperature crucible 1 can withstand high temperatures. it can. The material of the crucible 1 is generally a metal material excellent in heat conduction and electric conduction (for example, copper, silver, stainless steel, etc.), but the material is not necessarily limited to metal and may be graphite, for example.

【0027】低温坩堝1の下端にはこの坩堝1を鉛直軸
の回りに回転するための、回転速度制御機構を有する回
転装置9が配置されている。
At the lower end of the low temperature crucible 1 is arranged a rotating device 9 for rotating the crucible 1 around a vertical axis and having a rotation speed control mechanism.

【0028】低温坩堝1の周囲には、その内部を冷却体
が流通可能な通電コイル2が螺旋状に多重に巻く態様に
配置されている。通電コイル2は高周波電流の開閉装置
4を介して高周波電源3に接続される。ここで、開閉装
置4は単なる開閉装置でなくとも、それと類似の機能を
有する例えば高周波電源の出力制御装置であってもよ
い。
Around the low-temperature crucible 1, a current-carrying coil 2 through which a cooling body can flow is arranged in a spirally wound manner. The energizing coil 2 is connected to a high frequency power source 3 via a high frequency current switching device 4. Here, the switchgear 4 need not be a simple switchgear, but may be, for example, an output control device of a high frequency power source having a similar function.

【0029】低温坩堝1の上方には金属固化体材料12の
貯留を含む材料供給装置5が配置されている。少なくと
も、低温坩堝1は雰囲気調整チャンバー6内に収容され
ており、チャンバー6内はAr、Heなどの不活性ガス雰囲
気、あるいは加圧、減圧等の条件に置くことができる。
このため、チャンバー6には不活性ガスの供給装置7が
配置され、さらに環境保護のための排ガス処理装置15が
配置されている。
Above the low temperature crucible 1, a material supply device 5 including a storage of the metal solidified material 12 is arranged. At least the low-temperature crucible 1 is housed in an atmosphere adjusting chamber 6, and the inside of the chamber 6 can be placed under an atmosphere of an inert gas such as Ar or He, or under conditions such as pressurization and depressurization.
Therefore, an inert gas supply device 7 is arranged in the chamber 6, and an exhaust gas treatment device 15 for environmental protection is further arranged.

【0030】本発明方法では、先ず第一段階として図1
(a) に示すように、低温坩堝1に金属固化体材料を供給
し、その温度を誘導加熱により溶融温度以上に高めて溶
解して溶融体13とし、成形容易な条件を実現する。
In the method of the present invention, the first step is shown in FIG.
As shown in (a), the solidified metal material is supplied to the low temperature crucible 1 and the temperature is raised to a melting temperature or higher by induction heating to be melted to form a melt 13, which realizes easy molding conditions.

【0031】図2は本発明方法の第二段階の処理工程
(遠心鋳造)の概念を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing the concept of the second step of the process of the present invention (centrifugal casting).

【0032】第二段階として、誘導コイル2に供給する
高周波電流を停止した後、坩堝1を鉛直軸の回りに回転
させ、溶融体13に作用する重力と遠心力を利用して、図
2に示すように、内部に空間を有し、外部が坩堝1の内
壁を転写した形状の底付き収容容器14状に成形し、その
後回転を停止する。このようにして成形された収容容器
14は、坩堝1の水冷低温壁(セグメント)からの抜熱に
より凝固し、金属固化体製の収容容器となる。
As a second step, after stopping the high-frequency current supplied to the induction coil 2, the crucible 1 is rotated around the vertical axis, and the gravity and centrifugal force acting on the melt 13 are utilized to obtain the state shown in FIG. As shown in the figure, the container is formed into a bottomed container 14 having a space inside and a transfer of the inner wall of the crucible 1 to the outside, and then the rotation is stopped. Storage container molded in this way
14 is solidified by heat removal from the water-cooled low-temperature wall (segment) of the crucible 1 and becomes a solidified metal container.

【0033】このような底付き容器を成形する場合の望
ましい坩堝1の回転速度(角速度)の範囲は2〜100 ra
d/s 程度であるが、一般に固化の進行と共に回転速度を
減少させることが望ましい。すなわち、通電停止後 0.1
〜1min 間程度は1〜10rad/s 程度、その後毎分 0.1〜
0.5 rad/s 程度で減少させ、溶融体がない状態になった
ら回転を停止する。
When molding such a bottomed container, a desirable range of the rotation speed (angular speed) of the crucible 1 is 2 to 100 ra.
Although it is about d / s, it is generally desirable to reduce the rotation speed as the solidification progresses. That is, 0.1
About 1 to 10 rad / s for about 1 min, then 0.1 to every minute
Decrease at 0.5 rad / s and stop rotation when there is no melt.

【0034】上記一連の処理中の雰囲気調整チャンバー
6内の望ましい圧力の範囲は、10〜10000hPa 程度であ
る。
A desirable pressure range in the atmosphere adjusting chamber 6 during the above series of treatments is about 10 to 10,000 hPa.

【0035】金属固化体が金属材料の場合を例にとっ
て、本発明方法により金属製収容容器を製造する過程に
おいて、各構成装置が金属材料に対して発現する作用に
ついて説明する。
Taking the case where the metal solidified body is a metal material as an example, the function of each constituent device with respect to the metal material in the process of manufacturing the metal container by the method of the present invention will be described.

【0036】容器の製造に当たっては、先ず装置に冷却
水を供給した後、雰囲気ガスを脱気、置換して、場合に
よっては雰囲気ガスを常に供給して、所定の処理雰囲気
とする。一般に雰囲気調整の対象範囲は材料を扱う装置
の近傍であり、例えば高周波電源はその対象外になるこ
とが多いが、本発明では雰囲気調整の対象装置を特に限
定するものではない。雰囲気調整後、重力の作用を利用
して金属材料の供給装置を介して金属材料を所定量、低
温坩堝に装入する。
In manufacturing the container, first, cooling water is supplied to the apparatus, and then the atmospheric gas is degassed and replaced, and in some cases, the atmospheric gas is constantly supplied to obtain a predetermined processing atmosphere. Generally, the target range of the atmosphere adjustment is in the vicinity of the device that handles the material, and for example, a high frequency power source is often excluded from the target, but the present invention does not limit the target device of the atmosphere adjustment. After adjusting the atmosphere, a predetermined amount of the metal material is charged into the low temperature crucible through the metal material supply device by utilizing the action of gravity.

【0037】続いて、高周波電流の開閉装置を閉じて高
周波電源の出力を増加させる。通電コイルにより生ずる
低温坩堝の外壁面を流れる誘導電流は、絶縁機能を持つ
スリットが低温坩堝に存在するために低温坩堝の内壁に
導かれ、坩堝内に電磁場を発生させる。すなわち、一般
には電磁場を透過しない金属材質からなる坩堝では、ス
リットが存在する構造になっているために坩堝の内側に
電磁場を透過させる作用を発現する。
Then, the switching device for the high frequency current is closed to increase the output of the high frequency power supply. The induced current flowing through the outer wall surface of the low temperature crucible generated by the energizing coil is guided to the inner wall of the low temperature crucible because the slit having the insulating function is present in the low temperature crucible, and the electromagnetic field is generated in the crucible. That is, in general, a crucible made of a metal material that does not transmit an electromagnetic field has an effect of transmitting an electromagnetic field inside the crucible because it has a structure having a slit.

【0038】高周波電源出力の一層の増加により、金属
材料の主に表面近傍を流れる誘導電流の値が増加し、誘
導加熱の作用を受け、金属材料が溶解する。このとき、
溶融体には概ね表皮深さの範囲内で、その表面に垂直に
電磁力が発生する。一般に、溶融体の自由表面の形状
は、電磁力と重力、表面張力および溶融体の運動量など
との間の力の平衡関係を満足する条件から定まるので、
適正な操業条件を選択することにより溶融体の時間平均
した形状を、低温坩堝から離反させ、卵型に隆起させる
ことも可能である。溶融体が低温坩堝から離反すること
により、低温坩堝による熱エネルギーの損失が顕著に減
少する作用が現れる。また、この溶融体の内部には不均
一な電磁力の発生に起因して電磁撹拌の作用が現れ、装
入された金属材料の溶解が促進される。
As the output of the high frequency power source is further increased, the value of the induced current flowing mainly in the vicinity of the surface of the metal material is increased, and the metal material is melted under the action of induction heating. At this time,
An electromagnetic force is generated in the melt within a range of the skin depth and perpendicular to the surface thereof. In general, the shape of the free surface of the melt is determined by the condition that satisfies the force equilibrium relationship between electromagnetic force and gravity, surface tension, momentum of the melt, etc.
By selecting appropriate operating conditions, it is also possible to separate the time-averaged shape of the melt from the low temperature crucible and raise it to an oval shape. When the melt is separated from the low temperature crucible, the effect of significantly reducing the loss of thermal energy due to the low temperature crucible appears. Further, the action of electromagnetic stirring appears inside the melt due to the generation of the non-uniform electromagnetic force, and the melting of the charged metallic material is promoted.

【0039】溶解に際しては、少なくとも以下のa.〜d.
の条件を満足する潤滑剤を低温坩堝に供給することが一
層望ましい。
Upon dissolution, at least the following a. To d.
It is more desirable to supply the low temperature crucible with a lubricant satisfying the above condition.

【0040】a.溶融温度が材料のそれよりも 100〜200
℃低い。
A. The melting temperature is 100 to 200 higher than that of the material.
℃ low.

【0041】b.溶融過程で分解せず、かつ気化しない。B. Does not decompose or vaporize during the melting process.

【0042】c.溶融金属と反応しない。C. Does not react with molten metal.

【0043】d.電気伝導度と熱伝導度が金属材料よりも
小さい。
D. Electric conductivity and thermal conductivity are smaller than those of metallic materials.

【0044】当然、選択すべき潤滑剤の種類は対象とす
る材料の素材により異なる。最適な潤滑剤を選択する
と、低温坩堝内では、溶融体と低温坩堝との間に潤滑剤
(図示せず)が存在することになり、しかも溶融体に接
触する側の潤滑剤は溶融しており、低温坩堝に接触する
側の潤滑剤は固化した状態が実現できる。潤滑剤の存在
により、一般にエネルギー損失の減少を促進する効果が
発現され、材料の加熱効率を高める作用が現れる。
Naturally, the type of lubricant to be selected depends on the material of the target material. When the optimum lubricant is selected, there will be a lubricant (not shown) between the melt and the low temperature crucible in the low temperature crucible, and the lubricant on the side in contact with the melt will melt. Therefore, the lubricant on the side in contact with the low temperature crucible can be solidified. The presence of the lubricant generally exerts an effect of promoting reduction of energy loss and an effect of increasing the heating efficiency of the material.

【0045】このような潤滑剤としては、弗化カルシウ
ム(CaF2)、弗化マグネシウム(MgF2)あるいは両者の
混合体などを用いることができる。添加する潤滑剤は量
的にはできるだけ少なく、かつ抜熱量の減少効果が現れ
るものが一層望ましい。潤滑剤の望ましい添加量の範囲
は、金属固化体に対して 0.1〜10mass%程度である。
As such a lubricant, calcium fluoride (CaF 2 ), magnesium fluoride (MgF 2 ), or a mixture of both can be used. It is more desirable that the lubricant to be added is as small as possible and that the effect of reducing the amount of heat removed is exhibited. The desirable range of addition of the lubricant is about 0.1 to 10 mass% with respect to the solid metal.

【0046】潤滑剤は材料により汚染されるので、必要
とする潤滑剤の量が多い場合には、これを処理するため
にさらに別のプロセスが必要になることも考えられるか
らである。
Since the lubricant is contaminated by the material, it is conceivable that if a large amount of the lubricant is required, another process may be necessary for treating the lubricant.

【0047】潤滑剤を添加する場合、チャンバー内に別
の供給装置を設けてもよいが、材料とともに供給しても
よい。
When the lubricant is added, another supply device may be provided in the chamber, but the supply may be performed together with the material.

【0048】所定重量の材料が低温坩堝内で完全に溶解
したことを確認した後、高周波電流の開閉装置を開けて
電流を遮断すると共に、回転装置を駆動して低温坩堝を
鉛直軸の回りに回転させる。遠心力、表面張力および重
力の作用により、溶融体は低温坩堝の内壁に押しつけら
れ、冷却されると共に溶融体の中央部(回転軸近傍)は
窪んで低温坩堝の形状に近づく。
After confirming that a predetermined weight of material was completely melted in the low temperature crucible, the switch for high frequency current was opened to shut off the current, and the rotating device was driven to move the low temperature crucible around the vertical axis. Rotate. Due to the action of centrifugal force, surface tension, and gravity, the melt is pressed against the inner wall of the low temperature crucible and is cooled, and at the same time, the central part (near the rotation axis) of the melt is depressed and approaches the shape of the low temperature crucible.

【0049】溶融体の凝固過程において低温坩堝の回転
速度(角速度)は、前述のように低下させることが一層
好ましい。凝固過程は低温坩堝に近い溶融体の外側から
進行し、ある程度凝固が進行した段階で低温坩堝の回転
速度を低下させることにより、未凝固部は重力の作用が
相対的に大きくなる結果、低温坩堝の底に流下して容器
の底が形成される。このようにして底付き収容容器が得
られる。
In the solidification process of the melt, it is more preferable that the rotational speed (angular speed) of the low temperature crucible is lowered as described above. The solidification process proceeds from the outside of the melt close to the low temperature crucible, and when the solidification progresses to a certain extent, the rotation speed of the low temperature crucible is reduced, and the unsolidified portion has a relatively large effect of gravity, resulting in the low temperature crucible. The bottom of the container is formed. In this way, a bottomed container is obtained.

【0050】一般に収容容器は凝固収縮し、低温坩堝は
上方に向かって開口断面積が増加しているので、冷却坩
堝を重力の作用する方向に向け、僅かの衝撃を低温坩堝
に与えることにより収容容器を容易に取り出すことがで
きる。潤滑剤を用いる場合は取り出しが一層容易にな
る。
In general, the container is solidified and shrunk, and the opening cross-sectional area of the low temperature crucible increases upward. Therefore, the low temperature crucible is accommodated by directing a slight impact to the low temperature crucible. The container can be easily taken out. If a lubricant is used, it will be easier to take out.

【0051】一連の処理工程において発生した潤滑剤の
二次汚染廃棄物は、必要に応じて得られた収容容器に収
納することにより、処分の合理化を達成することができ
る。
The secondary contaminated waste of the lubricant generated in the series of processing steps can be disposed of in a storage container obtained as required, whereby the disposal can be rationalized.

【0052】本発明方法は密閉処理であり、坩堝耐火物
を必要とせず、かつ坩堝壁が溶損しないので、製造過程
における材料による環境への汚染および坩堝材などによ
る二次汚染廃棄物の発生を最小にすると共に、製造過程
の装置保守を容易にすることが可能となる。
The method of the present invention is a closed treatment, does not require a crucible refractory, and does not melt the crucible wall. Therefore, environmental pollution caused by materials in the manufacturing process and generation of secondary polluted waste due to crucible materials, etc. And the maintenance of the device during the manufacturing process can be facilitated.

【0053】[0053]

【実施例】本発明の適用例として、加圧水型原子炉の使
用済み核燃料の再処理工程において発生する核燃料被覆
管の素材であるジルカロイを固化体材料として、図1お
よび図2に示す構成の装置を用いてジルカロイ製の収容
容器の製造を行った。製造試験の安全性を考慮して、使
用済みの核燃料被覆管そのものを対象に処理する代わり
に原子炉における使用前の模擬核燃料被覆管を用いた。
EXAMPLE As an application example of the present invention, the apparatus having the constitution shown in FIGS. 1 and 2 is used as a solidified material, zircaloy, which is a material of a nuclear fuel cladding tube generated in a reprocessing step of spent nuclear fuel of a pressurized water reactor. Was used to manufacture a container made of Zircaloy. In consideration of the safety of the manufacturing test, a simulated nuclear fuel cladding tube before use in a nuclear reactor was used instead of treating the spent nuclear fuel cladding tube itself.

【0054】同時に、核燃料被覆管に付着しているであ
ろうと考えられる238Pu 、239Pu 、240Pu 、241Pu 、
242Pu 、241Am 、243Am 、242Cm および 244Cm等のアク
チニド系元素からなる核分裂生成物の模擬元素として、
表1に示すランタニド系元素の酸化物をジルカロイ材料
に対して1mass%添加した。
At the same time, 238 Pu, 239 Pu, 240 Pu, 241 Pu, which are thought to be attached to the nuclear fuel cladding,
242 Pu, 241 Am, 243 Am, 242 Cm and 244 Cm etc.
The lanthanide-based element oxides shown in Table 1 were added in an amount of 1 mass% with respect to the zircaloy material.

【0055】[0055]

【表1】 [Table 1]

【0056】ジルカロイの組成はmass%でSn:1.5 、F
e:0.1 、Cr:0.1 、残りの大部分がZrである。その溶
融温度は1800〜1850℃、密度は6.55g/cm3 である。
The composition of zircaloy is as mass% Sn: 1.5, F
e: 0.1, Cr: 0.1, and most of the rest is Zr. Its melting temperature is 1800 to 1850 ° C. and its density is 6.55 g / cm 3 .

【0057】潤滑剤として、mass%でCaF2:75、MgF2
25の混合体をジルカロイ材料の約5mass%添加した。
As a lubricant, in mass% CaF 2 : 75, MgF 2 :
About 25 mass% of Zircaloy material was added to the mixture of 25.

【0058】その他の条件は次のとおりとした。The other conditions were as follows.

【0059】低温坩堝の材質:Cu 低温坩堝の形状:中間高さより下方は内半径15cmの半球 中間高さより上方は半径15cm、高さ35cmの円筒形状 低温坩堝の壁厚:30mm スリット:方向は重力の作用方向、幅 0.01cm 、長さ 5
4cm 円周に沿って約29mm間隔で32本配置 坩堝の回転速度:最高角回転速度 50 rad/s 高周波電源:最大出力 500kW、周波数 30kHz 通電コイルの材質:Cu(内部は水冷) 通電コイル:巻数 8、巻高さ 40cm 初装入ジルカロイ材料重量:約 50kg (塊状) 潤滑剤初装入重量:2.5kg 上記条件で、低温坩堝および通電コイルに冷却水を、そ
れぞれ、200 リットル/min、50リットル/minで供給しな
がら、高周波電源、その開閉装置、排ガス処理装置およ
び冷却装置の冷却水ポンプを除く装置を雰囲気調整チャ
ンバーで密閉した。続いて、チャンバー内を真空ポンプ
で約20min 間排気し、雰囲気圧力を0.1Pa 以下に5min
間維持した後、チャンバー内に不純物が0.1 %以下のA
rガスを100 リットル/minの供給速度で入れ、大気圧よ
り50 hPa をこえない圧力に維持した。
Material of low temperature crucible: Cu Shape of low temperature crucible: hemisphere with inner radius of 15 cm below intermediate height, cylindrical shape with radius of 15 cm and height of 35 cm above intermediate height Wall thickness of low temperature crucible: 30 mm Slit: direction is gravity Direction of action, width 0.01 cm, length 5
32 pieces are arranged at intervals of about 29 mm along the circumference of 4 cm. Crucible rotation speed: maximum angular rotation speed 50 rad / s High frequency power supply: maximum output 500 kW, frequency 30 kHz Current coil material: Cu (water cooling inside) Current coil: Number of turns 8. Rolling height 40 cm Initial loading Zircaloy material weight: Approx. 50 kg (lump) Lubricating initial loading weight: 2.5 kg Under the above conditions, 200 liters / min and 50 liters of cooling water are supplied to the low temperature crucible and the energizing coil, respectively. While supplying at a flow rate of / min, the high frequency power supply, its switchgear, the exhaust gas treatment device and the cooling water pump of the cooling device were sealed in an atmosphere control chamber. Then, the chamber was evacuated with a vacuum pump for about 20 min, and the atmospheric pressure was reduced to 0.1 Pa or less for 5 min.
For more than 0.1% of impurities in the chamber.
R gas was introduced at a supply rate of 100 liter / min, and the pressure was maintained at 50 hPa or less than atmospheric pressure.

【0060】続いて、高周波電源の出力を徐々に増加
し、最終的に実効値が2 kA、周波数が30 kHz の高周
波電流を通電コイルに供給した。およそ1min 間の通電
で初装入ジルカロイ材料の一部が溶解し、12min 後に大
部分が溶解した。この後、材料の供給装置をから塊状の
ジルカロイ材料と別にチャンバー内に設けた潤滑剤の供
給装置から潤滑剤との追加装入を開始した。15分の時間
を掛けて、溶融体が坩堝外に飛散しないようにジルカロ
イ材料50kgおよび潤滑剤 2.5kgを少量づつ坩堝内に装入
した。装入と共に、ジルカロイ材料は直ちに溶解し、溶
融体は冷却壁から離反して卵状に隆起し、電磁撹拌を受
けている様子が確認できた。また、溶融体の周囲には潤
滑剤が分布している様子が認められた。このときの溶融
体の温度は1800〜1850℃程度であった。
Subsequently, the output of the high frequency power source was gradually increased, and finally, a high frequency current having an effective value of 2 kA and a frequency of 30 kHz was supplied to the energizing coil. A part of the initially charged zircaloy material was dissolved by applying electricity for about 1 minute, and most of it was dissolved after 12 minutes. After that, additional charging of the lubricant was started from the lubricant supply device provided in the chamber separately from the bulk zircaloy material from the material supply device. Over a period of 15 minutes, 50 kg of zircaloy material and 2.5 kg of lubricant were charged into the crucible little by little to prevent the melt from scattering outside the crucible. At the time of charging, the Zircaloy material was immediately dissolved, and the melt was separated from the cooling wall to rise like an egg, and it was confirmed that it was subjected to electromagnetic stirring. In addition, it was confirmed that the lubricant was distributed around the melt. At this time, the temperature of the melt was about 1800 to 1850 ° C.

【0061】この後、高周波電源からの通電を停止する
と共に、低温坩堝を最初の3min 間は20rad/s の角速度
で回転させ、その後、毎分0.5rad/sで減速し、10min 後
に溶融体がないことを確認して角速度を0rad/s とし
た。減速過程において遠心力が消失し、容器の側壁に存
在していた未凝固の溶融体は重力の作用により坩堝側壁
に沿って下がり、容器状の溶融体の底部に集積した。そ
の後約20min 間冷却して完全に固化させ、中空で底付き
ジルカロイ製の収容容器として取り出した。
After that, the energization from the high frequency power source was stopped, the low temperature crucible was rotated at an angular velocity of 20 rad / s for the first 3 min, and then decelerated at 0.5 rad / s per minute, and after 10 min, the melt was melted. The angular velocity was set to 0 rad / s after confirming that it did not exist. The centrifugal force disappeared during the deceleration process, and the unsolidified melt existing on the side wall of the container fell along the side wall of the crucible due to the action of gravity and accumulated at the bottom of the container-like melt. After that, it was cooled for about 20 minutes to be completely solidified and taken out as a hollow container with a bottom made of zircaloy.

【0062】得られた収容容器は、外径30cm、円筒部の
高さ30cm、ドーム外径15cm、平均肉厚4.5cm 、全重量10
0kg で、その低部は突状であった。
The obtained container has an outer diameter of 30 cm, a cylindrical portion height of 30 cm, a dome outer diameter of 15 cm, an average wall thickness of 4.5 cm, and a total weight of 10 cm.
At 0 kg, the bottom was projecting.

【0063】収容容器の内側には、CaF2およびMgF2を主
成分とする非金属の固化体が認められた。収容容器の外
側には非金属の固化体は認められなかったが、低温坩堝
の内側にはスリットに差し込んだ形で類似の非金属の固
化体が認められた。これを分析したところ、大部分は潤
滑剤の組成と同じもので、他にランタニド系の酸化物が
若干含まれていた。
Inside the container, a non-metal solidified body containing CaF 2 and MgF 2 as main components was observed. No non-metal solidified body was found on the outside of the container, but a similar non-metal solidified body was found inside the low temperature crucible in the form of being inserted into the slit. When this was analyzed, most of them had the same composition as the lubricant, and some lanthanide-based oxides were also contained.

【0064】低温坩堝の素材であるCuは、低温坩堝の内
側から得られた非金属固化体から検出されず、1800〜18
50℃程度の温度で操業しても低温坩堝の定期交換等の保
守を必要とせず、高温運転に長時間耐えられる見通しを
得た。
The material of the low temperature crucible, Cu, was not detected in the non-metal solidified body obtained from the inside of the low temperature crucible,
Even if it was operated at a temperature of about 50 ° C, it was possible to withstand high temperature operation for a long time without requiring maintenance such as regular replacement of the low temperature crucible.

【0065】このように低温坩堝部品の定期交換が少な
いことは、二次汚染廃棄物による環境に対する汚染を最
小にできることを意味するので、本発明方法は汚染され
た金属固化体を処理するプロセスとして極めて優れてい
る。
Since the periodical replacement of the low temperature crucible component is small as described above, it means that the pollution of the environment by the secondary contaminated waste can be minimized. Therefore, the method of the present invention is used as a process for treating the contaminated metal solidified body. Very good.

【0066】[0066]

【発明の効果】本発明方法によれば、汚染された材料を
用いて、環境から遮蔽して汚染物質の収容容器を製造す
ることができる。装置の構造が簡単であり、保守が容易
である上に、二次汚染廃棄物の発生量を最小にすること
が可能である。
According to the method of the present invention, it is possible to manufacture a container for containing a pollutant by using a contaminated material and shielding it from the environment. The structure of the device is simple, the maintenance is easy, and the amount of secondary contaminated waste can be minimized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明方法を実現するための装置の構成例と第
一段階の処理工程(溶解)の概念を示す図である。(a)
は縦断面図、(b) は坩堝の平面図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an apparatus for realizing a method of the present invention and a concept of a processing step (dissolution) in a first step. (a)
Is a vertical sectional view, and (b) is a plan view of the crucible.

【図2】本発明方法の第二段階の処理工程(遠心鋳造)
の概念を示す図である。
FIG. 2 is a second treatment step (centrifugal casting) of the method of the present invention.
It is a figure which shows the concept of.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:低温坩堝、 2:通電コイル、 3:高
周波電源、4:高周波電流の開閉装置、5:材料供給装
置、6:雰囲気調整チャンバー、7:不活性ガス供給装
置、 8:冷却装置、 9:回転装置、10:スリッ
ト、 11:セグメント、 12:固化体材料、
13:溶融体、 14:収容容器、 15:排
ガス処理装置
1: Low temperature crucible, 2: Energizing coil, 3: High frequency power supply, 4: High frequency current switching device, 5: Material supply device, 6: Atmosphere adjusting chamber, 7: Inert gas supply device, 8: Cooling device, 9: Rotating device, 10: slit, 11: segment, 12: solidified material,
13: Melt, 14: Storage container, 15: Exhaust gas treatment device

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】スリットにより互いに電気的に絶縁された
セグメントの集合体からなる導電性冷却壁を備えた低温
坩堝、この坩堝を多重に周回してなる通電コイル、この
コイルに高周波電流を供給する高周波電源、高周波電流
の開閉装置、低温坩堝に金属固化体を供給する材料供給
装置、雰囲気調整チャンバー、不活性ガスの供給装置、
セグメントの冷却装置、低温坩堝の回転装置および排ガ
ス処理装置を備えた装置を用いる収容容器の製造方法で
あって、低温坩堝に供給した金属固化体の材料を誘導溶
解した後、通電コイルへの高周波電流の供給を遮断する
と共に、この坩堝を鉛直軸の回りに回転させることによ
り金属固化体製の収容容器を製造する方法。
1. A low temperature crucible having a conductive cooling wall made of an assembly of segments electrically insulated from each other by a slit, a current-carrying coil formed by multiplying the crucible in multiple turns, and a high-frequency current is supplied to the coil. High-frequency power source, high-frequency current switchgear, material supply device for supplying solidified metal to low-temperature crucible, atmosphere control chamber, inert gas supply device,
A method of manufacturing a container using an apparatus equipped with a segment cooling device, a low-temperature crucible rotating device, and an exhaust gas treatment device, after induction melting of the material of the solidified metal supplied to the low-temperature crucible, and then high frequency to the energizing coil. A method for manufacturing a container made of a solidified metal by cutting off the supply of electric current and rotating the crucible around a vertical axis.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104567367A (en) * 2014-12-30 2015-04-29 朱兴发 Double-power-source bottom pouring centrifugal vacuum induction melting and casting furnace
CN113421679A (en) * 2021-06-21 2021-09-21 中国原子能科学研究院 Radioactive waste treatment system

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