JPS6357147B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、放射性金属廃棄物をエレクトロスラ
グ溶融によつて溶融固化処理するに当たりCa−
Al合金の酸化発熱を利用してスラグの溶融を開
始せしめる、エレクトロスラグ溶融用スラグ溶融
スタート法に関するものである。

溶融スラグ中に電流を流すことによつてジユー
ル熱を発生させ、このジユール熱によつて金属を
溶融させる方法は、エレクトロスラグ溶融法（以
下ESR法という）として金属の溶製、精錬或い
は溶接等の分野において広く利用されている。又
最近本出願人等は、金属廃棄物、特に放射性金属
廃棄物を溶融固化する為の溶融処理装置を開発し
先に特許出願した（特開昭57−184571号）が、こ
こにおいても上述のESR法を利用し、一定の成
果を得ている。

前述の如くESR法は電流を流す為のスラグを
用いるものであるが、固体スラグでは電気抵抗が
過大であつて殆んど電流を流さないので、本法の
実施に当つては、まずスラグを溶融して導電性を
与え、スラグ中に適正電流が流れる様にする必要
があり、一般にこれを「スラグ溶融スタート法」
と称している。スラグ溶融スタート法にはホツト
スタート法とコールドスタート法があり、後者は
更にアークスタート法とサブマージドアークスタ
ート法に分類されるが、これらの方法には夫々一
長一短がある。即ちホツトスタート法はスラグの
溶解設備を別途必要とするものであるからESR
法そのものはスムーズに開始させることができ、
従つて鋼塊底部の品質も良好であるが、設備費及
びその保守管理が問題になると共に、スラグ溶融
設備におけるスラグ溶融スタートをどの様に展開
するかという問題が残されている。アークスター
ト法はダライ粉中に電極を挿入してアークを発生
させ、このアーク熱によつてスラグの溶融を進行
せしめるものであるが、スラグの種類によつては
高融点である為に前述のアーク熱が相対的に不足
し、スラグ溶融スタートが滑らかに進まない場合
もある。最後にサブマージドアークスタート法
は、自溶性のある特殊成分フラツクスを用いる方
法である為、ESR用スラグの成分系を複雑にす
るという欠点があり、これらの欠点を有しないス
ラグ溶融スタート法の開発が望まれている。

特に放射性金属廃棄物を対象とするESR法に
おいては、厳格な条件下で操業が行なわれるの
で、一切の準備作業を含めて溶融スタート作業が
容易であること、並びに確実であること等が望ま
れ、又放射性物質を含む溶融スラグの系外への排
出（放射性物質の拡散）を回避する為溶融スラグ
を繰返し使用する必要があり、各スタート毎にス
ラグ成分系が変動しないことも重要な条件とな
る。

本発明はこの様な事情に着目してなされたもの
であつて、放射性金属廃棄物を対象とする場合に
有用であり、一般金属をも対象とする様なESR
法に利用できるスラグ溶融スタート法の提供を目
的とするものであり、具体的に述べるならば、溶
融スラグの繰返し使用という条件を確保しつつ容
易且つ確実にESR溶融をスタートすることので
きる溶融スタート法の提供を目的とするものであ
る。

即ち本発明に係るスラグ溶融スタート法とは、
放射性金属廃棄物をESR溶融により溶融固化す
るに当たり、ESR法に用いるスラグをCa−Al合
金の酸化発熱によつて溶融する点に要旨を有する
ものである。尚Ca−Al合金を燃焼・発熱させる
手段については一切制限されない。

第１図はCa−Al合金の標準状態図であるが、
金属Caと金属Alを混合して真空中で溶融すると、
混合比率に応じてAl₂CaやAl₃Ca等の合金、更に
はこれにCa等の混合した状態が得られ本発明に
おいてはこれらの全てを用いることができる。そ
して本明細書においてはこれらをスラグ溶融スタ
ート剤と称する。

この様なスラグ溶融スタート剤は、時に塊状で
用いることもあるが、一般的には表面積の大きい
ことが望まれるので、粉粒状で使用することが推
奨される。即ちCa−Al合金は後述するアーク熱
或いはその他の着火によつて燃焼し、夫々の酸化
物（CaOやAl₂O₃）となるものであるかから表面
積の大きいものほど燃焼の進行が容易であり、ス
ラグの溶融後に金属Caや金属Alを残す心配が少
なくなる。

スラグ溶融スタート剤を発熱させる手段として
は、CaやAlの易燃性を利用し、適当な着火源に
よつて直接着火させた後、前述の如く燃焼させる
方法でも良いが、より簡単な手段としてはその導
電性を利用してアークによつて発熱させる方法が
推奨される。第２，３図はアークによつて発熱さ
せる方法の模式図であり、第２図は単極式、第３
図は２本電極式を夫々示す。定盤２の上に筒型の
炉体１が載置されスラグ溶融炉を形成している
が、これ自身をそのままESR炉として展開利用
することもできる。炉内にはESR用スラグ４と
スラグ溶融スタート剤５が積層され、前者で２
層、後者で３層となつているが、これれらの積層
方式、積層厚さ、積層数等については一切制限が
なく、例えば後者の２本電極式では４層以上に形
成しても良い。但しスラグ溶融スタート剤５の燃
焼熱を十分に利用する為には最表面層を常にスラ
グ４で覆つて熱ロスを少なくすることが推奨され
る。この考えとは逆に、最表面層をスラグ溶融ス
タート剤５で形成すると（例えば第３図において
上側のスラグ４の上へ更にスラグ溶融スタート剤
層を形成した場合）、スラグ４はスラグ溶融スタ
ート剤でサンドウイツチされた状態になるので、
材料的及び熱的に若干不利益になるもののスラグ
４の溶融速度は更に早くなる。

いずれにせよスラグ４とスラグ溶融スタート剤
５が交互に積層され、電極３がスラグ溶融スター
ト剤５中に浸漬される。そして第２図の場合は電
極３と定盤２の間に、又第３図の場合は電極３同
士の間に交流又は直流の電源（図では交流）６を
接続し電圧をかけると、スラグ溶融スタート剤５
が導電性の良いCa−Al合金であるから、電極３
と定盤２の間、或いは電極３同士の間に通電が起
こり、茲にアークが発生する。尚第２図に関し電
極３と炉体１の間に電位差をかけることもできる
が、この場合はスラグ４とスラグ溶融スタート剤
５の積層順序を第３図の様に形成しても差し支え
ない。又上記の各説明では、スラグ４とスラグ溶
融スタート剤５を別々の層に形成すると述べた
が、電極間距離が十分に短い場合や、スラグ溶融
スタート剤の相対量が多い場合にはこれらを混合
して１つの層に形成しても差支えない。

上述の様にしてアークが発生すると、アーク熱
によつて周囲のスラグが溶融し始め、且つ酸化性
雰囲気下にアーク熱によつてCa−Al合金が着火
されると共に燃焼が起こり、この燃焼熱によつて
スラグの溶融が進行する。尚アークスタート時点
における電流の流れは若干不安定であるが、電極
先端近傍にスラグプール形成される様になると、
電流が安定しはじめると共にジユール熱によるス
ラグの溶融が更に進行し、所期の目的が達成され
る。そしてこの間Ca−Al合金はいつたん着火さ
れると空気程度の酸化性雰囲気でも急速な燃焼を
起こすので、スラグが溶融された後に金属として
のCaやAlを残すことがなく、溶融スラグの性状
を不安定にする恐れはない。又CaとAlは燃焼に
よつてCaOとAl₂O₃を生成するがESR用スラグが
この様な酸化物を含む系である場合には、スラグ
成分系の乱れが起こらないという利点がある。又
スラグ溶融スタート剤中にSiを含んでいない為、
SiO₂が形成されてスラグ塩基度を低下させると
いう問題も発生しない。従つてスラグの連続使用
が可能となり、金属廃棄物を処理する場合におい
て２次廃棄物の生成が大幅に抑制される。尚Ca
−Al合金はテルミツト剤に比べて格段に安全で
あるから、スラグ溶融スタート作業の危険度も少
なく、その汎用性は極めて高い。

本発明は上記の様に構成されているので、スラ
グの溶融スタートを安全且つスムースに行なわせ
ることができ、又スラグ成分系に対して悪影響を
与えないので、スラグの繰り返し使用が可能であ
り、産業廃棄物の増大を招かないという利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はCa−Al合金系の状態図、第２，３図
は本発明の実施状況を示す説明図である。 ２……定盤、３……電極、４……スラグ、５…
…スラグ溶融スタート剤。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 放射性金属廃棄物をエレクトロスラグ溶融に
   より溶融固化処理するに当たり、エレクトロスラ
   グ溶融に用いるスラグを、Ca−Al合金の酸化発
   熱によつて溶融することを特徴とする放射性金属
   廃棄物のエレクトロスラグ溶融におけるスラグ溶
   融スタート法。