KR101016223B1

KR101016223B1 - 방사능에 오염된 스크랩 메탈의 용융제염 처리 시스템

Info

Publication number: KR101016223B1
Application number: KR1020100051111A
Authority: KR
Inventors: 조천휘; 서인석
Original assignee: (주) 액트
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2011-02-25

Abstract

본 발명은 방사능에 오염된 스크랩 메탈(Radioactive Scrap Metal, RSM)의 용융제염 처리 시스템에 관한 것으로서, 원자력시설에서 발생하는 방사능에 오염된 금속폐기물을 용융 제염처리 함으로서 제염된 주괴(鑄塊) 및 방사능을 함유한 슬래그(slag)로 분리하여 제염된 주괴는 재활용하고 방사능을 함유한 슬래그는 방사성폐기물로 처리하는 방사능에 오염된 스크랩 메탈의 용융제염 처리 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 구성은, 상부에 개폐부가 형성된 하우징; 상기 하우징 내부에 설치되며, 상하부가 개구된 상부용융로; 상부가 개구되어 상기 상부용융로의 하부 외주면에 밀착결합되며, 내부로 냉각수가 유출입되는 하부용융로; 상기 하부용융로를 가열하는 히팅부; 상기 하부용융로의 하부에 결합되어 상기 하부용융로를 승강(昇降)시키는 승강부; 상기 상부용융로의 상부에 위치되는 슬래그형성제 투입부; 상기 상부용융로의 상부에 위치되는 방사능오염금속 투입부; 상기 하우징 내부에 발생되는 가스를 필터링시켜 배출시키는 가스배출부; 및 오염된 스크랩 메탈의 용융시 방사능과 결합된 슬래그를 배출시키는 슬래그배출부;를 포함하며, 상기 슬래그형성제 투입부는, 투입호퍼; 상기 투입호퍼를 통해 투입된 슬래그의 중량을 측정하는 중량측정수단; 및 투입된 슬래그를 상기 상부용융로를 통해 상기 하부용융로로 이송시키는 스크류피더;를 포함하여 이루어진다.

Description

방사능에 오염된 스크랩 메탈의 용융제염 처리 시스템{SYSTEM OF MELTING DECONTAMINATION OF RADIOACTIVE SCRAP METALS}

본 발명은 방사능에 오염된 스크랩 메탈의 용융제염 처리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원자력시설에서 발생하는 방사능에 오염된 금속폐기물을 용융 제염처리 함으로서 제염된 주괴(鑄塊) 및 방사능을 함유한 슬래그(slag)로 분리하여 제염된 주괴는 재활용하고 방사능을 함유한 슬래그는 방사성폐기물로 처리하는 방사능에 오염된 스크랩 메탈의 용융제염 처리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 고유가 시대에 원자력 에너지의 이용을 극대화시키기 위해서는 원자력시설에서 발생하는 각종 방사성 폐기물을 안전하게 처리하는 것이 관건이다.

원자력시설의 유지, 보수 및 해체 시 발생하는 폐기물은 금속조각, 콘크리트, 오염토양 등 다양하고 발생량 또한 방대하다.

방사능에 오염된 금속폐기물의 발생원은 원자로의 1차 냉각재 중에 함유된 부식생성물에 오염된 것과 원자로 운전 중에 중성자 조사로 생성된 방사화물로 구분할 수 있으며, 금속표면에 부착된 방사성 오염물은 화학적 및 기계적 제염방법으로 오염물 제거가 가능하다.

그러하나, 방사화생성물은 금속 내부 매트릭스에도 분포되어 있어 표면제염만으로는 제거가 되지 않으므로 표면 오염물과 금속 내부 방사화생성물을 동시에 제거하는 방법이 필요하다.

금속폐기물의 대부분은 열교환기, 습분분리기, 증기발생기와 같은 규모가 큰 장치로부터 발생되어 최종 처분 시 처분공간을 많이 차지하며, 이 중에서 탄소강, 스테인리스강 및 인코넬 등은 재활용 가치가 매우 크다. 이러한 금속조각의 폐기물은 대부분 방사능에 약하게 오염되어 있기 때문에 이중의 대부분은 별도의 처리절차 없이 방출되거나 약간의 제염처리 후 재활용이 가능하다.

방사성 금속폐기물의 제염방법에는 용융제염, 화학제염, 자기연마제염, 전해제염, 초음파제염, 진동연마법 등 다양한 방법이 있고, 상기와 같은 종래의 물리적 연마나 습식전해에 의한 제염은 재료 내부에 분포된 오염물의 제염은 할 수 없으며, 또한, 복잡한 형상의 재료는 잘게 절단해야 하는 불편이 따른다. 이런 이유로 용융제염이 최근에 각광을 받고 있다.

방사성 금속폐기물을 용융제염 함으로서 이의 부피를 감소시키고 제염된 주괴는 원자력시설 내 제한적 또는 무제한적으로 재사용함으로써 자원 재활용을 가능케 한다.

또한, 방사성 금속폐기물의 부피를 감소시키는 것은 방사성폐기물 최종처분에서 추구하는 관리 목표와 잘 부합하고 있다.

금속용융에 의한 제염기술은 유럽을 주축으로 미국과 일본에서 활발히 연구되어 왔으며, 다른 처분방법에 비해 부피 감용비가 가장 높고, 휘발성 핵종이나 금속과 반응성이 적은 핵종은 슬래그 속에 포집하여 제염할 수 있다.

용융공정에서 슬래그는 용융된 합금보다 밀도가 낮으므로 용융표면으로 부상하고, 용융체의 열손실 및 산화되는 것을 방지하며, 불순물과 슬래그 내의 원소들 사이에서 형성된 화합물은 저밀도이기 때문에 슬래그에 존재한다.

용융제염을 가능케 하는 원리는 대상원소가 금속과 슬래그 두 상에서 활동도가 같아지는 평형 쪽으로 분배된다는 것이다. 용융에 의해 금속으로부터 오염물이 제거되는 정도는 오염물과 슬래그 상의 구성 성분 사이에 형성된 화합물의 안정화도에 따라 좌우된다.

즉, 원소들이 슬래그 상에서 안정한 화합물을 형성할 때, 슬래그 상에서의 활동도는 감소하고, 원소의 많은 부분이 활동도 평형을 위해 금속으로부터 슬래그 상으로 이동 분배된다.

유도가열 용융법은 외부 유도 코일에 의해 금속으로 유도된 전류가 도체를 발열시켜 금속을 용융시키는 방법이다. 유도가열 용융로의 장점은 전자기적인 교반에 의해 용융금속 내에서 방사성 핵종이 금속에서 슬래그로 이동한 후 슬래그에서 보다 안정된 산화물을 형성하여 금속으로부터 핵종 제거를 용이하게 한다.

종래 일반적으로 사용되는 유도로는 흑연이나 고온 세라믹으로 노벽이 만들어졌고 이는 고온부식 때문에 주기적으로 교체하는 불편과 내화물이 방사능으로 오염되기 때문에 2차 방사성폐기물을 다량 발생한다.

방사성 금속폐기물 용융처리에서 발생되는 2차 폐기물은 슬래그, 분진, 용융로의 배관 및 필터 등으로 발생량은 용융 처리된 금속양의 5~8 wt%정도이다. 금속성 폐기물의 용융제염은 필터와 슬래그에 포집되는 휘발성이 강한 방사성 핵종 입자를 발생시키며 높은 방사능을 띄고 있기 때문에 이에 대한 주의 깊은 처리가 필요하다.

한편, 유도용해방법으로 독일의 원자력연구시설(CARLA)과 미국의 DOE에서 탄소강, 스테인리스강, 구리, 알루미늄 등 방사성 금속폐기물을 용융시켜 주괴를 만든 후 원자력시설에서 사용되는 폐기물 컨테이너나 방사선 차폐불럭 등으로 활용한 바 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 원자력시설에서 폐기물로 방출된 탄소강, 스테인리스강 및 구리 등 금속폐기물 표면 및 내부에 함유되어 있는 방사능을 제거하여 방사능이 저감된 금속을 재활용하고, 방사성 폐기물의 최종부피를 감용(減容)하기 위한 방사능에 오염된 스크랩 메탈의 용융제염 처리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 금속용융제염 계통은 방사성 분진의 비산을 방지하는 처리방법과 방사능을 함유한 슬래그를 방사성폐기물로 회수하여 관리하는 방사능에 오염된 스크랩 메탈의 용융제염 처리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 방사능에 오염된 스크랩 메탈의 용융제염 처리 시스템은, 상부에 개폐부가 형성된 하우징; 상기 하우징 내부에 설치되며, 상하부가 개구된 상부용융로; 상부가 개구되어 상기 상부용융로의 하부 외주면에 밀착결합되며, 내부로 냉각수가 유출입되는 하부용융로; 상기 하부용융로를 가열하는 히팅부; 상기 하부용융로의 하부에 결합되어 상기 하부용융로를 승강(昇降)시키는 승강부; 상기 상부용융로의 상부에 위치되는 슬래그형성제 투입부; 상기 상부용융로의 상부에 위치되는 방사능오염금속 투입부; 상기 하우징 내부에 발생되는 가스를 필터링시켜 배출시키는 가스배출부; 및 오염된 스크랩 메탈의 용융시 방사능과 결합된 슬래그를 배출시키는 슬래그배출부;를 포함하며, 상기 슬래그형성제 투입부는, 투입호퍼; 상기 투입호퍼를 통해 투입된 슬래그의 중량을 측정하는 중량측정수단; 및 투입된 슬래그를 상기 상부용융로를 통해 상기 하부용융로로 이송시키는 스크류피더;를 포함하여 이루어짐으로써 달성된다.

여기서, 상기 히팅부는 상기 하부용융로의 외주면에 결합되며, 전원을 공급받아 동작하는 고주파코일; 및 상기 고주파코일의 작동을 컨트롤하는 제어부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 승강부는 상단부가 상기 하부용융로의 하단부에 결합되며, 내측에 암나사부가 형성된 승강샤프트; 외주면에 수나사부가 형성되어 상기 승강샤프트의 하단부 내측으로 결합되며, 하단부에 제1베벨기어가 축결합된 승강보조샤프트; 상기 제1베벨기어와 치합되어 연동되는 제2베벨기어가 축결합된 구동모터; 및 상기 승강샤프트가 소정의 저항을 받으며 승강되도록 상기 승강샤프트의 외주면에 결합되는 승걍샤프트 지지대;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

삭제

또한, 상기 가스배출부는 방사선배출제어부에 의해 작동하며, 복수 개의 필터로 구성된 필터링수단; 및 배출되는 가스의 방사능 오염정도를 측정하는 기체 방사선량측정기;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 슬래그배출부는 방사선배출제어부에 의해 작동하며, 상기 방사선배출제어부에 의해 작동되는 개폐밸브가 구비되고, 상기 상부용융로와 연결되어 방사능과 결합된 슬래그를 배출하는 배출관; 상기 배출관을 통해 배출되는 슬래그의 방사능 오염정도를 측정하는 슬래그 방사선량측정기; 상기 슬래그 방사선량측정기를 통해 측정된 슬래그가 저장되는 저장수단; 및 상기 저장수단을 냉각시키는 냉각수단;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 하부용융로의 하단부에는 냉각수 유입배출부가 더 구비되며, 상기 냉각수 유입배출부를 통해 상기 하부용융로의 하부 및 외주면 내부로 냉각수를 공급 및 배출시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하우징의 어느 한 곳에는 산소주입수단이 더 구비되어 상기 상부용융로 및 상기 하부용융로 내부로 산소를 주입하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 상술한 본 발명에 따르면, 내화물, 화학적 및 기계적 제염에 비하여 2차 폐기물 발생 비율을 용융처리 금속양의 5~8 wt%정도로 낮출 수 있으며, 금속 표면 및 매트릭스 내에 분포되어 있는 Co-60이 모재에서 슬래그 상으로 잘 이동되지 않는 경우에도 용융 주괴 내에 골고루 분포하게 되어 희석 효과를 나타내며, 단위 면적당 방사능이(비방사능) 낮아지는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 내화물로 구성되는 용해로를 사용하는 경우 방사성 물질이 내화물에 부착, 오염되므로 정기적인 교체작업을 해야하며, 이때 새로운 2차 방사성 폐기물이 다량 발생하던 종래 기술에 비하여 내부가 수냉된 도전성 구리합금 도가니 용해로를 사용하는 경우 방사능 오염을 최소화할 수 있으며, 방사성 오염물의 부착을 방지할 수 있다.

또한, 종래에는 슬래그와 용융 주괴를 함께 응고시킬 경우 이를 분리하는 작업에서 불필요한 방사선 피폭을 받으며 처리하기 까다로운 분진이 많이 발생하였으나, 본 발명에서는 슬래그를 용융상태에서 출탕하여 별도로 응고 저장함으로써 전술한 바와 같은 불편함을 해소할 수 있다.

또한, 방사능에 오염된 금속을 용융제염 함으로서 귀중한 금속자원을 회수 및 재활용하고 제염된 금속이 허용표면오염도 이하인 경우는 무제한적 산업 원자재로 재활용이 가능하며, 금속의 방사능 함량이 허용표면오염도 이상인 경우에는 제한적으로 원자력 시설 내에서 차폐용기 또는 방사성폐기물 저장용기 등으로 제작하여 사용이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 방사능에 오염된 스크랩 메탈의 용융제염 처리 시스템의 일실시예에 의한 개략적인 구성도,
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 방사능에 오염된 스크랩 메탈의 용융제염 처리 시스템의 일실시예에 의한 승강부의 구조 및 작동상태를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 방사능에 오염된 스크랩 메탈의 용융제염 처리 시스템의 일실시예에 의한 슬래그형성제 투입부의 구조를 나타낸 도면.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.

그러하나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 방사성 물질로 오염된 금속에 슬래그 형성제를 첨가하여 가열용해하고 방사성 물질을 슬래그 상에 추출하고 제염된 금속을 분리·회수하는 시스템으로써, 먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 상부에 기밀을 유지하도록 설치된 개폐부(110)가 형성된 하우징(100); 상기 하우징(100) 내부에 설치되며, 상하부가 개구된 구리합금 재질의 상부용융로(200); 상부가 개구되어 상기 상부용융로(200)의 하부 외주면에 밀착결합되며, 내부로 냉각수가 유출입되는 구리합금 재질의 하부용융로(300); 상기 하부용융로(300)를 가열하는 히팅부(400); 상기 하부용융로(300)의 하부에 결합되어 상기 하부용융로(300)를 승강(昇降)시키는 승강부(500); 상기 상부용융로(200)의 상부에 위치되는 슬래그형성제 투입부(600); 상기 상부용융로(200)의 상부에 위치되는 방사능오염금속 투입부(700); 상기 하우징(100) 내부에 발생되는 가스를 필터링시켜 배출시키는 가스배출부(800); 및 오염된 스크랩 메탈의 용융시 방사능과 결합된 슬래그를 배출시키는 슬래그배출부(900);를 포함하여 이루어진다.

본 발명에서 사용하는 수냉식 구리 도가니 유도로 반응용기(상부용융로, 하부용융로)는 내화물의 노벽을 이용하지 않기 때문에 2차 방사성 폐기물로서의 내화물을 발생하지 않는다.

상기 상부용융로(200) 및 상기 하부용융로(300)는 하방으로 테이퍼지게 형성하는 것이 바람직하며, 이로 인하여 용융작업을 할 때는 슬래그가 부유하는 상기 상부용융로(200)와 밀착시킬 수 있다.

상기 상부용융로(200)를 지지하기 위하여 상부용융로 지지대(210)가 설치되어 있으며, 상기 하부용융로(300)의 하단부에는 냉각수 유입배출부(310)가 더 구비되며, 상기 냉각수 유입배출부(310)를 통해 상기 하부용융로(300)의 하부 및 외주면 내부로 냉각수를 공급 및 배출시키게 된다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 슬래그형성제 투입부(600)는 투입호퍼(610); 상기 투입호퍼(610)를 통해 투입된 슬래그의 중량을 측정하는 중량측정수단(620); 및 투입된 슬래그를 상기 상부용융로(200)를 통해 상기 하부용융로(300)로 이송시키는 스크류피더(630);를 포함하여 이루어진다.

한편, 오염된 상기 스크랩 메탈에서 제염 대상으로 고려되는 핵종은 U-238, Ce-144, Cs-134, Cs-137, Sr-89, Sr-90, Ni-63, Co-58, Co-60, Cr-51 등이다.

용융슬래그 중의 염기성 슬래그 형성제와 산성 슬래그 형성제와의 중량비율을 조절하여 투입하며, 이는 용융 금속 중의 방사성 물질이 슬래그 상으로 이행하는 것을 촉진한다.

즉, 탄소강 및 스테인리스강계 금속을 용해제염하는 경우, 용융 슬래그 중의 염기성 슬래그 형성제와 산성 슬래그 형성제와의 중량비율(염기도)은 0.5~2.0로 조절하며 최적 염기도는 1.7 정도가 바람직하다.

상기 염기성 슬래그 형성제는 CaO, CaF₂, MnO, FeO, Na₂O 등이고, 산성 슬래그 형성제는 SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, MnO₂ 및 CoO 등으로 구성하며, 상기와 같은 슬래그 구성으로 Co-60, Ni-63, Cr-51 등의 핵종을 제거할 수 있다.

산화반응에서 높은 (-)자유에너지 값은 안정한 산화물 형성 확률을 나타낸다. 자유에너지 척도로 볼 때 Co는 Fe보다 산화가 잘 안되므로(Co 산화물이 Fe 산화물보다 불안정) 합금으로 존재하는 철로부터 산화에 의한 방사성 Co-60이 제거될 가능성은 낮으며, 대부분 금속형태로 전환되어 금속상에 존재하게 된다.

그러하나, 주괴 1kg 당 산소 3~5 L/min을 주입하는 용융분위기와 같은 특정조건에서는 Co-60은 슬래그 상으로 분배될 수 있다.

한편, 상기 히팅부(400)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 하부용융로(300)의 외주면에 결합되고, 전원을 공급받아 동작하는 고주파코일(410); 및 상기 고주파코일(410)의 작동을 컨트롤하는 제어부(420);를 포함하여 이루어지며, 용융온도는 CoO가 Co와 O이온으로 분해하지 않는 온도 이하여야 하며, 또한, 슬래그 용융 온도보다는 높아야 하기 때문에 1500~1650 ℃로 조절하는 것이 바람직하다.

미도시 하였으나, 상기 제어부(420)에는 고주파발진기(미도시)가 구비되며, 상기 고주파발진기는 철재 200~300kg 당 상기 고주파코일(410)에 공급하는 입력 전원은 3상, 440V, 60Hz로 하고, 출력전원은 200kW, 출력주파수는 1000~5000Hz로 변화시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 하부용융로(300)의 최고가열온도는 1650 ℃이고, 미도시 하였으나, 입출력 신호제어 장치(미도시)가 설치되며, 상기 하부용융로(300)의 상기 고주파코일(410)로 가열하는 부위는 절연부로 구성된다.

또한, 방사선선별기(710)와 연결된 상기 방사능오염금속 투입부(700)를 통해 원자력시설에 사용 후 폐기할 철계 금속 중 방사능에 오염된 시료만을 선별하고, 이 시료의 5 wt% 정도의 슬래그형성제를 첨가하여 가열 용융하여 방사성 핵종을 제거한다.

한편, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 승강부(500)는 상단부가 상기 하부용융로(300)의 하단부에 결합되며, 내측에 암나사부가 형성된 승강샤프트(510); 외주면에 수나사부가 형성되어 상기 승강샤프트(510)의 하단부 내측으로 결합되며, 하단부에 제1베벨기어(521)가 축결합된 승강보조샤프트(520); 상기 제1베벨기어(521)와 치합되어 연동되는 제2베벨기어(531)가 축결합된 구동모터(530); 및 상기 승강샤프트(510)가 소정의 저항을 받으며 승강되도록 상기 승강샤프트(510)의 외주면에 결합되는 승걍샤프트 지지대(540);를 포함하여 이루어진다.

도 1에는 상기 구동모터(530)를 상기 하우징(100) 외부에 설치하였으나, 당업자에 따라 상기 하우징(100) 내부에 설치할 수 있다.

따라서, 용융작업을 마치고 상기 하부용융로(300)에 형성된 주괴를 상기 하우징(100) 외부로 빼내기 위해서는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 구동모터(530)를 정회전시켜 상기 승강샤프트(510)를 하부로 이송시킨 후, 상기 개폐부(110)를 개방하여 크레인 등의 장비를 이용하여 주괴를 꺼내되, 상기 상부용융로(200)의 내측 통로를 통해 꺼내거나, 향성된 주괴의 크기에 따라 상기 상부용융로(200)의 외측 통로를 이용해서도 꺼낼 수 있다.

주괴를 꺼낸 후에는 상기 구동모터(530)를 역회전시켜 상기 승강샤프트(510)를 도 2에 도시된 바와 같이, 정위치시킨다.

또한, 상기 가스배출부(800)는 방사선배출제어부(1000)에 의해 작동하며, 복수 개의 필터로 구성된 필터링수단(810); 및 배출되는 가스의 방사능 오염정도를 측정하는 기체 방사선량측정기(820);를 포함하여 이루어진다.

상기 필터링수단(810)은 전처리 필터-HEPA 필터-Charcoal 필터-HEPA 필터로 구성하는 것이 바람직하며, 필터링 후 상기 기체 방사선량측정기(820)에 의해 방사선 선량을 측정하여 배출허용기준 미만임을 확인한 후 개폐밸브 등을 개방하여 배출시킨다.

또한, 상기 슬래그배출부(900)는 방사선배출제어부(1000)에 의해 작동하며, 상기 방사선배출제어부(1000)에 의해 작동되는 개폐밸브(911)가 구비되고, 상기 상부용융로(200)와 연결되어 방사능과 결합된 슬래그를 배출하는 배출관(910); 상기 배출관(910)을 통해 배출되는 슬래그의 방사능 오염정도를 측정하는 슬래그 방사선량측정기(920); 상기 슬래그 방사선량측정기(920)를 통해 측정된 슬래그가 저장되는 저장수단(930); 및 상기 저장수단(930)을 냉각시키는 냉각수단(940);을 포함하여 이루어진다.

상기 가스배출부(800) 및 상기 슬래그배출부(900)는 상기 방사선배출제어부(1000)에 연결하여 미리 정해진 기준 값을 벗어나면 개폐밸브를 닫을 수 있어 방사선안전과 제염된 금속의 품질을 유지한다.

상기 배출관(910)의 위치는 슬래그 형성층 하부에 위치케 하고 상기 개폐밸브(911)가 장착되어 소량의 시료를 상기 슬래그 방사선량측정기(920)를 통해 방사선 측정하여 방사성 물질 제염을 나타나는 수치가 오염허용수치 이내로 도달될 때 상기 저장수단(930)에 연결되는 개폐밸브(911)가 개방되도록 한다.

상기 저장수단(930)에 저장된 슬래그 폐기물은 방사성폐기물 이력관리체계에 편입되어 관리된다.

처리공정의 주산물과 부산물의 방사선을 측정하기 위하여 주괴와 용융슬래그 시료를 각각 채취하며, 용융 슬래그에서 방사능함유량이 시간에 따라 더 이상 변화가 없는 상태로 포화되어 있는지를 확인하고, 주괴 시료측정에서는 βγ선의 표면 오염방사능이 허용표면오염도인 40 kBq/m² 이하 인지를 확인한다.

상기 상부용융로(200) 중간 위치에서 상기 배출관(910)를 통하여 소량의 용융 슬래그 시료를 채취하여 슬래그 내에 방사능이 최대로 포화되어 있는지 상기 슬래그 방사선량측정기(920)로 확인한 다음 상기 방사선배출제어부(1000)를 통하여 상기 개폐밸브(911)를 개방하여 이를 상기 저장수단(930)에 주입한다. 주입된 슬래그는 냉각수가 순환하는 상기 냉각수단(940)에 의해 고체화된다.

상기 저장수단(930) 표면에는 향후 이력 관리에 필요한 표지를 부착하고 방사성 폐기물 관리체계에 편입시켜 관리하며, 이에 대한 정보는 상기 방사선배출제어부(1000)에 별도로 저장하여 관리할 수 있다.

한편, 상기 하우징(100)의 어느 한 곳에는 산소주입수단(120)이 더 구비되어 상기 상부용융로(200) 및 상기 하부용융로(300) 내부로 산소를 주입하여 산화분위기를 조성할 수 있다.

상술한 각각의 구성요소들의 작동은 각각 별도의 제어부를 두거나, 상기 방사선배출제어부(1000)와 같이 하나의 제어부를 두어 컨트롤 할 수 있다.

100 : 하우징 110 : 개폐부
120 : 산소주입수단
200 : 상부용융로 210 : 상부용융로 지지대
300 : 하부용융로 310 : 냉각수 유입배출부
400 : 히팅부 410 : 고주파코일
420 : 제어부
500 : 승강부 510 : 승강샤프트
520 : 승강보조샤프트 521 : 제1베벨기어
530 : 구동모터 531 : 제2베벨기어
540 : 승강샤프트 지지대
600 : 슬래그형성제 투입부 610 : 투입호퍼
620 : 중량측정수단 630 : 스크류피더
700 : 방사능오염금속 투입부 710 : 방사선선별기
800 : 가스배출부 810 : 필터링수단
820 : 기체 방사선량측정기
900 : 슬래그배출부 910 : 배출관
911 : 개폐밸브 920 : 슬래그 방사선량측정기
930 : 저장수단 940 : 냉각수단
1000 : 방사선배출제어부

Claims

상부에 개폐부가 형성된 하우징;
상기 하우징 내부에 설치되며, 상하부가 개구된 상부용융로;
상부가 개구되어 상기 상부용융로의 하부 외주면에 밀착결합되며, 내부로 냉각수가 유출입되는 하부용융로;
상기 하부용융로를 가열하는 히팅부;
상기 하부용융로의 하부에 결합되어 상기 하부용융로를 승강(昇降)시키는 승강부;
상기 상부용융로의 상부에 위치되는 슬래그형성제 투입부;
상기 상부용융로의 상부에 위치되는 방사능오염금속 투입부;
상기 하우징 내부에 발생되는 가스를 필터링시켜 배출시키는 가스배출부; 및
오염된 스크랩 메탈의 용융시 방사능과 결합된 슬래그를 배출시키는 슬래그배출부;
를 포함하며, 상기 슬래그형성제 투입부는,
투입호퍼;
상기 투입호퍼를 통해 투입된 슬래그의 중량을 측정하는 중량측정수단; 및
투입된 슬래그를 상기 상부용융로를 통해 상기 하부용융로로 이송시키는 스크류피더;
를 포함하여 이루어진 방사능에 오염된 스크랩 메탈의 용융제염 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 히팅부는,
상기 하부용융로의 외주면에 결합되며, 전원을 공급받아 동작하는 고주파코일; 및
상기 고주파코일의 작동을 컨트롤하는 제어부;
를 포함하여 이루어진 방사능에 오염된 스크랩 메탈의 용융제염 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 승강부는,
상단부가 상기 하부용융로의 하단부에 결합되며, 내측에 암나사부가 형성된 승강샤프트;
외주면에 수나사부가 형성되어 상기 승강샤프트의 하단부 내측으로 결합되며, 하단부에 제1베벨기어가 축결합된 승강보조샤프트;
상기 제1베벨기어와 치합되어 연동되는 제2베벨기어가 축결합된 구동모터; 및
상기 승강샤프트가 소정의 저항을 받으며 승강되도록 상기 승강샤프트의 외주면에 결합되는 승걍샤프트 지지대;
를 포함하여 이루어진 방사능에 오염된 스크랩 메탈의 용융제염 처리 시스템.
삭제
제1항에 있어서, 상기 가스배출부는 방사선배출제어부에 의해 작동하며,
복수 개의 필터로 구성된 필터링수단; 및
배출되는 가스의 방사능 오염정도를 측정하는 기체 방사선량측정기;
를 포함하여 이루어진 방사능에 오염된 스크랩 메탈의 용융제염 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 슬래그배출부는 방사선배출제어부에 의해 작동하며,
상기 방사선배출제어부에 의해 작동되는 적어도 하나의 개폐밸브가 구비되고, 상기 상부용융로와 연결되어 방사능과 결합된 슬래그를 배출하는 배출관;
상기 배출관을 통해 배출되는 슬래그의 방사능 오염정도를 측정하는 슬래그 방사선량측정기;
상기 슬래그 방사선량측정기를 통해 측정된 슬래그가 저장되는 저장수단; 및
상기 저장수단을 냉각시키는 냉각수단;
을 포함하여 이루어진 방사능에 오염된 스크랩 메탈의 용융제염 처리 시스템.
제1항 내지 제3항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하부용융로의 하단부에는,
냉각수 유입배출부가 더 구비되며, 상기 냉각수 유입배출부를 통해 상기 하부용융로의 하부 및 외주면 내부로 냉각수를 공급 및 배출시키는 것을 특징으로 하는 방사능에 오염된 스크랩 메탈의 용융제염 처리 시스템.
제1항 내지 제3항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징의 어느 한 곳에는 산소주입수단이 더 구비되어 상기 상부용융로 및 상기 하부용융로 내부로 산소를 주입하는 것을 특징으로 하는 방사능에 오염된 스크랩 메탈의 용융제염 처리 시스템.