RU2145126C1 - Ingot of radioactive metal wastes and its production process - Google Patents
Ingot of radioactive metal wastes and its production process Download PDFInfo
- Publication number
- RU2145126C1 RU2145126C1 RU98101998A RU98101998A RU2145126C1 RU 2145126 C1 RU2145126 C1 RU 2145126C1 RU 98101998 A RU98101998 A RU 98101998A RU 98101998 A RU98101998 A RU 98101998A RU 2145126 C1 RU2145126 C1 RU 2145126C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ingot
- crucible
- melting
- fuel assembly
- fuel
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ядерной технологии и может быть использовано для дезактивации и компактирования радиоактивных металлических отходов, образующихся при регенерации ядерного топлива из тепловыделяющих сборок (ТВС) атомных реакторов и при демонтаже оборудования АЭС и радиохимических заводов. The invention relates to nuclear technology and can be used to deactivate and compact radioactive metal waste generated during the regeneration of nuclear fuel from fuel assemblies (FAs) of nuclear reactors and during the dismantling of equipment of nuclear power plants and radiochemical plants.
Для изготовления оболочек тепловыделяющих элементов (твэлов), чехлов и концевых деталей ТВС используют циркониевые сплавы, нержавеющую сталь и инконель. Для изготовления различного реакторного и химического оборудования используют, в основном, нержавеющую сталь. For the manufacture of cladding of fuel elements (fuel elements), covers and end parts of fuel assemblies, zirconium alloys, stainless steel, and Inconel are used. For the manufacture of various reactor and chemical equipment, mainly stainless steel is used.
В процессе регенерации ядерного топлива на радиохимическом заводе производят отрезку длинномерных концевых деталей ТВС, рубку чехла и твэлов активной зоны ТВС на куски размером до 40 мм и растворение ядерного топлива. Образующиеся металлические отходы хранят во временных хранилищах. In the process of nuclear fuel regeneration at a radiochemical plant, a piece of long end parts of a fuel assembly is cut, a cover and fuel rods of a fuel assembly core are cut into pieces up to 40 mm in size and nuclear fuel is dissolved. The resulting metal waste is stored in temporary storage.
Для подготовки к захоронению образующихся на АЭС и заводах радиоактивных металлических отходов (РАМО) по технико-экономическим показателям наиболее перспективным является способ их переплавки с использованием солевых флюсов. Этот способ позволяет не только в 5-6 раз уменьшить объемы отходов, но и на 2-3 порядка очистить (дезактивировать) металл от ряда долгоживущих радионуклидов, находящихся, в основном, на поверхностях РАМО. According to technical and economic indicators, the most promising method for their smelting using salt fluxes is the most promising method for preparing for the burial of radioactive metal waste (RAMO) generated at nuclear power plants and plants. This method allows not only 5-6 times to reduce the volume of waste, but also by 2-3 orders of magnitude to clean (deactivate) the metal from a number of long-lived radionuclides located mainly on the surfaces of RAMO.
Технологию дезактивации и компактирования РАМО путем их переплавки в электродуговых или индукционных печах интенсивно разрабатывают в Германии, США, Японии, России и других странах. The technology for decontamination and compaction of RAMO by remelting them in electric arc or induction furnaces is being intensively developed in Germany, the USA, Japan, Russia and other countries.
Известен способ обработки радиоактивного металлического скрапа путем электрошлакового переплава. В водоохлаждаемую литейную форму загружают послойно сплав Al с Ca в качестве добавки для стартового нагрева РАМО и флюс. С помощью нерасходуемого электрода пропускают ток для поджигания сплава Al-Ca с последующим расплавлением флюса. Подняв электрод, в форму загружают отходы, нагнетают инертный газ, погружают конец электрода в расплавленный флюс и пропускают ток до расплавления РАМО [1]. A known method of processing radioactive metal scrap by electroslag remelting. An Al-Ca alloy is added layer-by-layer to the water-cooled mold as an additive for starting heating of RAMO and flux. Using a non-consumable electrode, a current is passed to ignite the Al-Ca alloy, followed by melting of the flux. Raising the electrode, the waste is loaded into the mold, an inert gas is injected, the end of the electrode is immersed in the molten flux and current is passed until the RAMO is melted [1].
При расплавлении РАМО некоторая часть радионуклидов переходит в образующийся шлак. Затем проводят раздельный слив шлака и частично дезактивированного металла с формированием компактных слитков, которые направляют на захоронение или повторное использование (для низкоактивных РАМО). During the melting of RAMO, some of the radionuclides go into the resulting slag. Then separate discharge of slag and partially deactivated metal is carried out with the formation of compact ingots, which are sent for disposal or reuse (for low-active RAMO).
Недостатками этого способа являются: необходимость введения значительных количеств флюса и стартовой добавки, что проводит к образованию объемных вторичных отходов; образование в процессе плавки РАМО пыли и аэрозолей, что требует применения громоздкой системы газоочистки; сложность аппаратурного оформления процесса применительно к условиям "горячих" камер с дистанционным управлением и демонтажом оборудования. The disadvantages of this method are: the need for the introduction of significant quantities of flux and starting additives, which leads to the formation of bulk secondary waste; the formation of dust and aerosols during the melting of RAMO, which requires the use of a bulky gas purification system; the complexity of the hardware design of the process in relation to the conditions of the "hot" cameras with remote control and dismantling of equipment.
Известен также способ дезактивации и уменьшения объема радиоактивных металлических отходов, например циркаллоевых оболочек твэлов, с помощью электрошлакового переплава. Переплаву подвергают скрап, содержащий 80-95 мас.% Zr и 5-20 мас. % одного или более элементов Fe, Ni, Cr. Температура плавления отходов снижается вследствие образования легкоплавкой эвтектики. There is also known a method of decontamination and reduction of the volume of radioactive metal waste, for example, zirconium cladding of fuel rods, using electroslag remelting. Scrap containing 80-95 wt.% Zr and 5-20 wt. % of one or more elements Fe, Ni, Cr. The melting point of the waste decreases due to the formation of a low-melting eutectic.
Большое влияние оказывают на процесс даже незначительные изменения в составе смеси. Затем проводят раздельный слив шлака и частично дезактивированного металла с формированием компактных слитков. [2]. Even minor changes in the composition of the mixture have a great influence on the process. Then, separate slag and partially deactivated metal are drained to form compact ingots. [2].
Недостатками этого способа также являются применение добавок, что увеличивает объемы отходов, и сложность аппаратурного оформления для условий радиохимического завода. The disadvantages of this method are the use of additives, which increases the volume of waste, and the complexity of the hardware design for the conditions of the radiochemical plant.
Известен способ переплавки радиоактивных металлических отходов в поворотной индукционной печи с огнеупорным тиглем [3]. Способ включает операции получения в тигле расплава нерадиоактивного металла, добавления и расплавления скрапа радиоактивных металлов и рафинирующего флюса, слива образующегося шлака и части дезактивированного металла и использования оставшегося в тигле металла в качестве предварительного расплава для следующей плавки. A known method of smelting radioactive metal waste in a rotary induction furnace with a refractory crucible [3]. The method includes the steps of obtaining a non-radioactive metal melt in a crucible, adding and melting scrap of radioactive metals and refining flux, draining the resulting slag and part of the deactivated metal, and using the remaining metal in the crucible as a preliminary melt for the next melting.
Недостатками этого способа являются: ограниченный срок службы огнеупорного тигля и изложниц, что приводит к образованию дополнительных неперерабатываемых отходов; образование значительных количеств пыли и аэрозолей при сливе шлака и металла, что требует применения громоздкой системы газоочистки; громоздкость и сложность аппаратурного оформления процесса для условий дистанционного управления и демонтажа оборудования. The disadvantages of this method are: the limited life of the refractory crucible and molds, which leads to the formation of additional non-recyclable waste; the formation of significant amounts of dust and aerosols during the discharge of slag and metal, which requires the use of a bulky gas cleaning system; the bulkiness and complexity of the hardware design of the process for conditions of remote control and dismantling of equipment.
Наиболее близкой к заявляемому изобретению является технология дезактивации и компактирования высокоактивных металлических отходов (оболочек твэлов и концевых деталей ТВС), разработанная в Центре ядерных исследований Франции [4]. Closest to the claimed invention is a technology for the decontamination and compaction of highly active metal waste (cladding of fuel rods and end parts of fuel assemblies) developed at the Center for Nuclear Research in France [4].
По этому способу отрезки оболочек твэлов и концевые детали ТВС перерабатывают отдельно (отрезки оболочек твэлов плавят в индукционной печи с "холодным" тиглем, а концевые детали ТВС плавят в "горячем" керамическом тигле сталеплавильной поворотной индукционной печи). According to this method, the sections of the cladding of the fuel rods and the end parts of the fuel assemblies are processed separately (the sections of the claddings of the fuel rods are melted in the cold crucible induction furnace, and the end parts of the fuel rods are melted in the “hot” ceramic crucible of the steelmaking rotary induction furnace).
Плавильная установка для переплавки оболочек твэлов включает индукционную печь с "холодным" тиглем, размещенные над тиглем устройства для загрузки в тигель оболочек твэлов и флюса и размещенный со стороны донной части тигля механизм вытягивания слитка из тигля. "Холодный" тигель выполнен в виде цилиндрической сборки расположенных рядом друг с другом и электроизолированных друг от друга медных труб, по которым циркулирует охлаждающая вода. Верхняя часть тигля окружена соленоидным индуктором для формирования электромагнитного поля в плавильной зоне. The melting installation for remelting the cladding of the fuel rods includes an induction furnace with a "cold" crucible, devices placed above the crucible for loading the cladding of fuel rods and flux and a mechanism for pulling the ingot from the crucible placed on the bottom of the crucible. The “cold” crucible is made in the form of a cylindrical assembly of copper pipes located next to each other and electrically insulated from each other, through which cooling water circulates. The upper part of the crucible is surrounded by a solenoid inductor to form an electromagnetic field in the melting zone.
Механизм вытягивания слитка из тигля выполнен в виде водоохлаждаемого медного поршня, который размещен с некоторым зазором в нижней части тигля и связан с механизмом его перемещения в вертикальном направлении по оси тигля. The mechanism for pulling the ingot from the crucible is made in the form of a water-cooled copper piston, which is placed with a certain gap in the lower part of the crucible and is connected with the mechanism of its movement in the vertical direction along the axis of the crucible.
Механизм вытягивания и удаления слитка смонтирован на столе, который приводится в движение винтовым приводом от электромотора. Вытягиваемый слиток окружен вращающимся телескопическим кожухом, который служит для сбора шлака. The mechanism for pulling and removing the ingot is mounted on a table, which is driven by a screw drive from an electric motor. The drawn ingot is surrounded by a rotating telescopic casing, which serves to collect slag.
Способ дезактивации и компактирования оболочек твэлов реализуется в этой установке следующим образом. Процесс плавки металла начинают на массивной металлической детали (темплете), которую ввинчивают в верхнюю часть водоохлаждаемого поршня и перемещают вверх так, чтобы она оказалась в плавильной зоне тигля - напротив индуктора. После расплавления темплета в плавильную зону подают куски оболочек твэлов из циркониевых сплавов и/или нержавеющей стали, а также рафинирующие флюсы в виде прессованных таблеток размером 8-9 мм. The method of deactivation and compaction of the cladding of the fuel rods is implemented in this installation as follows. The metal melting process begins on a massive metal part (template), which is screwed into the upper part of the water-cooled piston and moved up so that it is in the melting zone of the crucible - opposite the inductor. After the template is melted, pieces of the claddings of the fuel elements made of zirconium alloys and / or stainless steel are fed into the melting zone, as well as refining fluxes in the form of pressed tablets of 8-9 mm in size.
При переплавке отходов из нержавеющей стали используют флюсы CaF2 (75%) - MgF2 (25%) или CaF2 (75%) - Ca0 (25%). При переплавке отходов из циркониевых сплавов используют чистый CaF2, а при совместной переплавке сплавов циркония и нержавеющей стали используют флюс CaF2 (50%) - BaF2 (50%). Количество вводимого флюса составляет 1-3 % от массы металла.When melting waste from stainless steel, fluxes of CaF 2 (75%) - MgF 2 (25%) or CaF 2 (75%) - Ca0 (25%) are used. When remelting waste from zirconium alloys, pure CaF 2 is used , and in the joint remelting of zirconium alloys and stainless steel, CaF 2 flux (50%) and BaF 2 (50%) are used. The amount of flux introduced is 1-3% by weight of the metal.
По мере расплавления оболочек твэлов проводят перемещение водоохлаждаемого поршня вниз с вытягиванием кристаллизующегося слитка из плавильной зоны. При проведении плавки металла образующийся из флюсов и оксидной пленки на оболочках твэлов шлак распределяется по периферии расплава и обеспечивает электрическую, тепловую и механическую изоляцию расплавленной части металла и сформированного слитка. As the cladding of the fuel rods is melted, the water-cooled piston is moved down with the crystallizing bar being pulled out of the melting zone. During metal melting, the slag formed from fluxes and an oxide film on the cladding of the fuel elements is distributed around the periphery of the melt and provides electrical, thermal, and mechanical insulation of the molten metal part and the formed ingot.
При выходе из плавильной зоны тигля металл и тонкая пленка шлака на его поверхности затвердевают. Большая часть шлака механически не связана со слитком и свободно отделяется от него при выходе слитка из тигля. После вытягивания слитка заданной длины прекращают подачу оболочек твэлов и флюса, отключают индуктор и извлекают слиток. When leaving the crucible melting zone, the metal and a thin film of slag on its surface harden. Most of the slag is not mechanically bound to the ingot and is freely separated from it when the ingot leaves the crucible. After pulling the ingot of a given length, the supply of the cladding of fuel rods and flux is stopped, the inductor is turned off and the ingot is removed.
Слиток, полученный в результате применения этой технологии, имеет цилиндрическую форму (диаметр 180 мм, высота до 1270 мм). На нижнем торце слитка остается наконечник из неактивного материала, обработанный для резьбового соединения с поршнем механизма вытягивания слитка. По 3 таких слитка помещают в контейнер диаметром 435 мм и высотой 1350 мм, разработанный во Франции для захоронения высокорадиоактивных отходов. The ingot obtained as a result of applying this technology has a cylindrical shape (diameter 180 mm, height up to 1270 mm). At the bottom end of the ingot there remains a tip of inactive material, machined for screw connection with the piston of the ingot pulling mechanism. Three such ingots are placed in a container with a diameter of 435 mm and a height of 1350 mm, developed in France for the disposal of highly radioactive waste.
Концевые детали и решетки ТВС плавят без флюса в индукционной печи с огнеупорным тиглем, из которого металл отливают в формы, получая слитки массой 280 кг. По два таких слитка помещают в один контейнер для захоронения отходов. The end parts and grids of the fuel assemblies are melted without flux in an induction furnace with a refractory crucible, from which the metal is cast into molds, producing ingots weighing 280 kg. Two such ingots are placed in one container for landfill.
Известная технология переплавки металлических отходов имеет ряд существенных недостатков, к которым относятся: использование двух установок для переработки крупных и мелких отходов; необходимость использования в начале плавления отходов массивной металлической детали из неактивного металла, который является балластом, снижающим эффективность захоронения; сложность транспортировки слитков в контейнер, предназначенный для захоронения отходов; громоздкость механизма вытягивания слитка и сложность его монтажа и демонтажа. The known technology for the remelting of metal waste has a number of significant drawbacks, which include: the use of two plants for the processing of large and small waste; the need to use at the beginning of the melting of waste massive metal parts of inactive metal, which is a ballast that reduces the efficiency of disposal; the difficulty of transporting ingots into a container intended for waste disposal; the bulkiness of the mechanism for pulling the ingot and the complexity of its installation and dismantling.
Технической задачей данного изобретения является устранение перечисленных недостатков. The technical task of this invention is to remedy these shortcomings.
Решение поставленной задачи достигается тем, что слиток из радиоактивных металлических отходов, полученный по технологии совместной рафинирующей плавки сплавов циркония и/или нержавеющей стали в индукционной печи с "холодным" тиглем, выполнен в форме усеченного конуса, в верхнее основание которого вплавлена донной частью верхняя концевая деталь тепловыделяющей сборки (ТВС) атомного реактора. The solution to this problem is achieved by the fact that the ingot of radioactive metal waste obtained by the technology of joint refining of alloys of zirconium and / or stainless steel in an induction furnace with a "cold" crucible is made in the form of a truncated cone, the upper end of which is fused to the upper base part of a fuel assembly (FA) of an atomic reactor.
В частном варианте выполнения слитка он сформирован в результате переплавки всего металла, содержащегося в одной, двух или трех ТВС. In a particular embodiment, the ingot is formed as a result of the remelting of all the metal contained in one, two or three fuel assemblies.
В другом частном варианте выполнения слитка угол при вершине усеченного конуса составляет от 0.5 до 1.0 градуса. In another particular embodiment of the ingot, the angle at the apex of the truncated cone is from 0.5 to 1.0 degrees.
Решение поставленной задачи достигается также тем, что в известном способе получения слитка из радиоактивных металлических отходов в индукционной печи с "холодным" тиглем (включающим формирование в тигле исходного расплава на охлаждаемом поддоне, загрузку в зону плавления и расплавление рафинирующих флюсов и отходов из сплавов циркония и/или нержавеющей стали, формирование слитка заданной длины и удаление из тигля полученных слитка и шлака) окончательное формирование слитка осуществляют путем вплавления в него сверху донной части верхней концевой детали ТВС. The solution to this problem is also achieved by the fact that in the known method of producing an ingot from radioactive metal waste in an induction furnace with a "cold" crucible (including the formation of the initial melt in the crucible on a cooled tray, loading into the melting zone and melting of refining fluxes and waste from zirconium alloys and / or stainless steel, the formation of an ingot of a given length and the removal of the ingot and slag obtained from the crucible) the final formation of the ingot is carried out by fusion into it from above the bottom hen end part of the fuel assembly.
По частному варианту выполнения способа формирование исходного расплава осуществляют путем расплавления нижней концевой детали (хвостовика) ТВС, а формирование средней зоны слитка осуществляют путем расплавления нарубленных оболочек твэлов и рафинирующих флюсов наплавлением слитка при перемещении индуктора вверх относительно продольной оси тигля. In a particular embodiment of the method, the formation of the initial melt is carried out by melting the lower end part (shank) of the fuel assembly, and the formation of the middle zone of the ingot is carried out by melting the chopped claddings of the fuel rods and refining fluxes by depositing the ingot while moving the inductor upward relative to the longitudinal axis of the crucible.
По другому частному варианту выполнения способа для транспортировки слитка в контейнер, предназначенный для захоронения отходов, используют головку, применяемую для транспортировки ТВС. According to another particular embodiment of the method for transporting an ingot to a container intended for waste disposal, a head is used that is used for transporting fuel assemblies.
Примеры осуществления. Examples of implementation.
Слиток из дезактивированных металлических отходов получают по технологии совместной рафинирующей плавки оболочек твэлов и концевых деталей ТВС в индукционной печи с "холодным" тиглем последовательным расплавлением сначала хвостовика ТВС, являющегося стартовым материалом для образования первичного расплава, затем наплавлением слитка из расплавляемых кусков оболочек твэлов при перемещении индуктора вверх по мере увеличения высоты слитка, затем вплавлением в верхнюю часть слитка нижней части головки ТВС. Получаемый по этой технологии слиток выполнен в форме усеченного конуса, в верхнее основание которого вплавлена головка ТВС, предназначенная для транспортировки и размещения слитка в контейнере с помощью стандартного байонетного захвата. An ingot from deactivated metal wastes is obtained using the technology of joint refining of cladding of fuel cladding and end parts of fuel assemblies in an induction furnace with a cold crucible by sequentially melting the shank of the fuel assembly, which is the starting material for the formation of the primary melt, and then fusing the ingot from the molten pieces of the cladding of the fuel rods when moving the inductor up as the height of the ingot increases, then fusion into the upper part of the ingot of the lower part of the head of the fuel assembly. The ingot obtained by this technology is made in the form of a truncated cone, in the upper base of which the fuel assembly head is fused, designed for transportation and placement of the ingot in the container using a standard bayonet catch.
По частному варианту получения слитка он формируется в результате переплавки металлических отходов, образующихся при переработке 2 шт. - ТВС реактора типа ВВЭР - 440 (общая масса оболочек твэлов и концевых деталей ТВС 140 кг) или 3 шт. ТВС реактора типа БН - 600 (общая масса металла 150 кг), и имеет следующие размеры: нижний диаметр - 190 мм; верхний диаметр - 175 мм и высота около 730 мм. According to the private version of the ingot, it is formed as a result of remelting of metal waste generated during the processing of 2 pcs. - fuel assemblies of the WWER-440 type reactor (total mass of fuel cladding and end parts of fuel assemblies is 140 kg) or 3 pcs. The fuel assemblies of a BN-type reactor are 600 (total metal mass 150 kg), and has the following dimensions: lower diameter - 190 mm; the upper diameter is 175 mm and the height is about 730 mm.
По другому частному варианту получения слитка он формируется в результате переплавки металлических отходов, образующихся при переработке 1 шт. ТВС реактора типа ВВЭР - 1000 (общая масса металла 267 кг) или 2 шт. ТВС реактора типа PWR (общая масса металла 269 кг) и имеет размеры: нижний диаметр - 300 мм, верхний диаметр - 275 мм и высота - 625 мм. According to another particular embodiment of the ingot, it is formed as a result of remelting of metal waste generated during the processing of 1 pc. FAs of the WWER-1000 type reactor (total metal mass 267 kg) or 2 pcs. The fuel assemblies of the PWR type reactor (total metal mass 269 kg) and have dimensions: lower diameter - 300 mm, upper diameter - 275 mm and height - 625 mm.
На фиг. 1 и 2 приведена форма слитка, получаемого по заявляемому изобретению. In FIG. 1 and 2 shows the shape of the ingot obtained by the claimed invention.
Полученный в соответствии с изобретением слиток представляет собой усеченный конус (1) с углом α при вершине от 1.0 до 2.0 градусов, причем верхняя часть слитка (2) сформирована верхней концевой деталью (головкой) ТВС, которая своей нижней частью (3) вплавлена в слиток и подходит под типовой байонетный захват, используемый для транспортировки ТВС. The ingot obtained in accordance with the invention is a truncated cone (1) with an angle α at an apex of 1.0 to 2.0 degrees, the upper part of the ingot (2) being formed by the upper end part (head) of the fuel assembly, which is fused into the ingot with its lower part (3) and fits the typical bayonet mount used to transport fuel assemblies.
Способ получения слитка осуществляют следующим образом. Снизу в тигель вводят верхнюю концевую деталь (головку) ТВС и закрепляют ее на захвате толкателя. Поднимают толкатель вверх и вводят верхнюю концевую деталь в верхнюю вакуумную камеру, так чтобы она располагалась над тиглем. Устанавливают нижнюю концевую деталь (хвостовик) ТВС на "холодном" поддоне и вводят поддон в нижнюю часть тигля. Осуществляют вакуумирование внутреннего объема установки, после чего заполняют этот объем инертным газом. Затем производят подачу охлаждающей воды в секции тигля, индуктора, поддона. От генератора (тиристорного преобразователя частоты) подают напряжение на индуктор, производят прогрев и расплавление нижней концевой детали ТВС с образованием жидкой металлической ванны. В полученный расплав через питатели вводят куски радиоактивных металлических отходов и флюс в соотношении 20:1. По мере расплавления поступающих материалов и увеличения уровня расплава осуществляют постепенное перемещение индуктора вверх до заданного положения, определяемого высотой слитка. После этого включают подачу толкателя и вводят в расплав нижней частью верхнюю концевую деталь ТВС. Выключают генератор и верхнюю концевую деталь ТВС вплавляют (вмораживают) в расплав. The method of obtaining the ingot is as follows. From below, the upper end part (head) of the fuel assembly is introduced into the crucible and secured to the pusher grip. Raise the pusher up and enter the upper end piece into the upper vacuum chamber, so that it is located above the crucible. Install the lower end part (shank) of the fuel assembly on the "cold" pan and introduce the pan into the bottom of the crucible. The internal volume of the installation is evacuated, and then this volume is filled with an inert gas. Then produce a supply of cooling water in the section of the crucible, inductor, pan. Voltage is supplied to the inductor from the generator (thyristor frequency converter), heating and melting of the lower end part of the fuel assembly with the formation of a liquid metal bath are performed. Pieces of radioactive metal waste and flux in a ratio of 20: 1 are introduced into the obtained melt through feeders. As the incoming materials melt and the melt level increases, the inductor is gradually moved up to a predetermined position, determined by the height of the ingot. After that, the feed of the pusher is turned on and the upper end part of the fuel assembly is introduced into the melt with the lower part. The generator is turned off and the upper end part of the fuel assembly is melted (frozen) into the melt.
После завершения формирования слитка прекращают подачу воды и инертного газа. Включают привод поддона, на котором сформирован слиток, и выводят его из тигля. Толкатель используют при необходимости минимального перемещения слитка в начальный момент извлечения слитка из тигля. Шлак, имеющийся на поверхности слитка и содержащий основное количество радиоактивного загрязнения, после извлечения из тигля и остывания самопроизвольно отделяется от слитка и его направляют в сборник для дальнейшей утилизации. After completion of the formation of the ingot, the flow of water and inert gas is stopped. The drive of the pan on which the ingot is formed is turned on, and it is removed from the crucible. The pusher is used if necessary, the minimum movement of the ingot at the initial moment of extraction of the ingot from the crucible. The slag present on the surface of the ingot and containing the main amount of radioactive contamination, after extraction from the crucible and cooling, spontaneously separates from the ingot and is sent to the collection for further disposal.
Слиток закрепляют на тележке и перемещают из-под установки под манипулятор с байонетным захватом. Опускают захват, производят зацепление его с головкой верхней концевой детали ТВС, вмороженной в верхнюю часть слитка, освобождают крепление слитка на тележке и транспортируют слиток в контейнер для захоронения отходов. Опускают слиток в контейнер. В контейнере располагают три слитка, после чего производят герметизацию контейнера и отправляют его на захоронение. The ingot is fixed on the trolley and moved from under the installation under the manipulator with a bayonet catch. The grip is lowered, it is engaged with the head of the upper end part of the fuel assembly, frozen in the upper part of the ingot, the ingot is secured to the trolley and the ingot is transported to the waste disposal container. Lower the ingot into the container. Three ingots are placed in the container, after which the container is sealed and sent for burial.
Конкретные примеры осуществления заявляемого изобретения приведены ниже. Specific embodiments of the claimed invention are given below.
Пример 1. Переплавке подвергают необлученные имитаторы металлических отходов, образующихся при переработке 1 шт. ТВС российского реактора типа ВВЭР-1000. На поддон "холодного" тигля (больший диаметр - 300 мм; меньший диаметр - 275 мм и высота - 625 мм) помещают нижнюю концевую деталь ТВС массой около 60 кг, изготовленную из нержавеющей стали. После расплавления детали производят порционную загрузку и расплавление 184 кг нарубленных оболочек всех твэлов этой ТВС из циркониевого сплава и 9 кг гранулированного флюса системы: CaF2 - MgF2 - CaO. После завершения плавления кусковых отходов в верхнюю часть расплава с помощью толкателя опускают верхнюю концевую деталь ТВС длиной 400 мм, массой 23 кг, изготовленную из нержавеющей стали. Погружение верхней концевой детали ТВС в расплав производят на глубину 200 мм, оставляя нерасплавленной ее верхнюю часть - головку длиной 200 мм. После остывания в тигле сформированного слитка его выталкивают на поддоне из тигля в транспортную тележку и цикл переплавки металлических отходов повторяют.Example 1. Re-exposed are non-irradiated simulators of metal waste generated during processing of 1 pc. FAs of the Russian VVER-1000 type reactor. A lower end piece of a fuel assembly weighing about 60 kg, made of stainless steel, is placed on a cold crucible pallet (larger diameter 300 mm; smaller diameter 275 mm and height 625 mm). After melting the parts, batch loading and melting of 184 kg of chopped cladding of all fuel elements of this fuel assembly made of zirconium alloy and 9 kg of granular flux of the system: CaF 2 - MgF 2 - CaO is performed. After the melting of lumpy waste is completed, the upper end part of the fuel assembly with a length of 400 mm, weighing 23 kg, made of stainless steel, is lowered into the upper part of the melt using a pusher. Immersion of the upper end part of the fuel assembly into the melt is carried out to a depth of 200 mm, leaving its upper part - the head 200 mm long - unmelted. After cooling the formed ingot in the crucible, it is pushed out on the pallet from the crucible into the transport carriage and the metal waste re-melting cycle is repeated.
Пример 2. Переплавке подвергают необлученные имитаторы металлических отходов, образующихся при переработке 2 шт. ТВС российского реактора типа ВВЭР-440 или европейского реактора PWR. На поддон "холодного" тигля с размерами: нижний диаметр -190 мм, верхний диаметр - 175 мм и высота - 750 мм, помещают нижнюю концевую деталь ТВС, изготовленную из нержавеющей стали с размерами: длина - 700 мм, описанный диаметр - 170 мм и с массой - 14 кг. Производят расплавление этой детали с образованием ванны исходного расплава. Затем с помощью механизма толкателя в расплав загружают и поочередно расплавляют верхнюю и нижнюю концевые детали второй ТВС. После этого производят загрузку и расплавление 96 кг нарубленных оболочек твэлов, изготовленных из циркониевых сплавов, от двух ТВС и 4 кг флюса, состав которого приведен в примере 1. Example 2. Remelting is subjected to non-irradiated simulators of metal waste generated during processing of 2 pcs. FAs of a Russian VVER-440 reactor or a European PWR reactor. On the pallet of the "cold" crucible with dimensions: lower diameter -190 mm, upper diameter 175 mm and height 750 mm, place the lower end part of the FA made of stainless steel with dimensions: length 700 mm, the described diameter 170 mm and with a mass of 14 kg. This part is melted to form a bath of the initial melt. Then, using the pusher mechanism, the upper and lower end parts of the second fuel assembly are loaded and alternately melted. After that, they load and melt 96 kg of chopped claddings of fuel rods made of zirconium alloys from two fuel assemblies and 4 kg of flux, the composition of which is given in example 1.
После завершения плавления кусковых отходов в верхнюю часть расплава с помощью толкателя опускают верхнюю концевую деталь ТВС длиной 350 мм, массой 7 кг и описанным диаметром нижней части 170 мм, изготовленную из нержавеющей стали. Причем погружение верхней концевой детали ТВС в расплав производят на глубину 150 мм, оставляя нерасплавленной ее верхнюю часть с головкой длиной 200 мм, которая сопрягается с типовым байонетным захватом. After the melting of lumpy waste is completed, the upper end part of the fuel assembly with a length of 350 mm, a mass of 7 kg and the described diameter of the lower part of 170 mm, made of stainless steel, is lowered into the upper part of the melt using a pusher. Moreover, the immersion of the upper end part of the fuel assembly in the melt is carried out to a depth of 150 mm, leaving its upper part with a head 200 mm long, which mates with a typical bayonet grip, not melted.
Пример 3. Переплавке подвергают необлученные имитаторы металлических отходов, образующихся при переработке 3 шт. ТВС реактора типа БН - 600. На поддон "холодного" тигля (больший диаметр - 190 мм; меньший диаметр - 175 мм и высота - 750 мм) помещают нижнюю концевую деталь ТВС, изготовленную из нержавеющей стали, длиной 700 мм, размером "под ключ" 96 мм (описанный диаметр 110 мм) и массой 7.3 кг. Производят расплавление исходной загрузки крупных отходов, затем с помощью толкателя в зону плавления загружают и расплавляют поочередно верхние и нижние детали от двух других ТВС с общей массой 22.6 кг. После этого производят загрузку из дозаторов и плавление мелких отходов
- нарубленных оболочек твэлов, изготовленных из нержавеющей стали, от 3 шт. ТВС массой 116 кг и 5 кг рафинирующего флюса системы CaF2 - MgF2 - CaO - SiO2 - Al2O3 - В2O3.Example 3. Re-exposed are non-irradiated simulators of metal waste generated during processing of 3 pcs. A fuel assembly of a BN-600 type reactor. A lower end part of a fuel assembly made of stainless steel with a length of 700 mm and a turnkey size is placed on a cold crucible tray (larger diameter - 190 mm; smaller diameter - 175 mm and height - 750 mm) "96 mm (described diameter 110 mm) and a mass of 7.3 kg. The initial loading of large waste is melted, then, using the pusher, the upper and lower parts from the other two fuel assemblies with a total weight of 22.6 kg are loaded and melted alternately from the other two fuel assemblies. After that produce loading from the dispensers and the melting of small waste
- chopped cladding of fuel rods made of stainless steel, from 3 pcs. FAs weighing 116 kg and 5 kg of refining flux of the CaF 2 - MgF 2 - CaO - SiO 2 - Al 2 O 3 - B 2 O 3 system .
После завершения плавления мелких отходов в верхнюю часть расплава с помощью толкателя опускают верхнюю концевую деталь ТВС длиной 320 мм, массой 4 кг и описанным диаметром нижней части 110 м, изготовленную из нержавеющей стали. Как и в примерах 1 и 2, вплавление верхней концевой детали ТВС в слиток производят, оставляя свободной ее верхнюю часть с головкой, сопрягаемой с байонетным захватом. After the melting of the small waste is completed, the upper end part of the fuel assembly with a length of 320 mm, a weight of 4 kg and the described diameter of the lower part of 110 m, made of stainless steel, is lowered into the upper part of the melt using a pusher. As in examples 1 and 2, the fusion of the upper end part of the fuel assembly into the ingot is carried out, leaving its upper part free with the head mating with the bayonet catch.
Приведенные выше данные показывают, что при переработке радиоактивных металлических отходов по заявляемому изобретению получают монолитный слиток из дезактивированного металла в виде усеченного конуса, имеющего в верхней части головку, приспособленную под стандартный байонетный захват, применяемый в атомной промышленности. The above data show that when processing radioactive metal waste according to the claimed invention, a monolithic ingot of deactivated metal is obtained in the form of a truncated cone having a head in the upper part adapted for standard bayonet capture used in the nuclear industry.
При реализации заявляемого способа получения слитков из переплавляемых РАМО устраняется необходимость использования двух отдельных установок для переработки мелких и крупных отходов; значительно уменьшаются объемы вторичных отходов за счет устранения металлических добавок и малостойких керамических тиглей; упрощается аппаратурное оформление процесса переплавки отходов и его дистанционное управление; упрощается проблема транспортировки слитков в контейнер, предназначенный для захоронения отходов. When implementing the proposed method for producing ingots from remelted RAMO, the need to use two separate plants for processing small and large wastes is eliminated; significantly reduced volumes of secondary waste due to the elimination of metal additives and low-resistance ceramic crucibles; simplified hardware design of the waste remelting process and its remote control; the problem of transporting ingots into a container intended for waste disposal is simplified.
Использованная литература
1. Патентная заявка Японии N 88-057147, G 21 F 9/30.References
1. Japanese patent application N 88-057147, G 21 F 9/30.
2. Патентная заявка Японии N 84-023299, G 21 F 9/28. 2. Japan Patent Application N 84-023299, G 21 F 9/28.
3. Авторское свидетельство СССР N 1648214, G 21 F 9/30, 1989 г. 3. USSR author's certificate N 1648214, G 21 F 9/30, 1989
4. P. Пиццинато, Ж-П. Рути, Р. Карабалло, Н. Жак-Франкильон. Отчет КАЭ Франции "Компактирование отходов активных оболочек твэлов методом высокотемпературной плавки в холодном тигле", N EUR 14569, Брюссель, 1993 г. 4. P. Pizzinato, J.P. Ruthie, R. Caraballo, N. Jacques-Franquillon. Report of the French CAE "Compaction of the waste of active cladding of fuel elements by the method of high-temperature melting in a cold crucible", N EUR 14569, Brussels, 1993
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98101998A RU2145126C1 (en) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | Ingot of radioactive metal wastes and its production process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98101998A RU2145126C1 (en) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | Ingot of radioactive metal wastes and its production process |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU98101998A RU98101998A (en) | 1999-12-20 |
| RU2145126C1 true RU2145126C1 (en) | 2000-01-27 |
Family
ID=20201901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98101998A RU2145126C1 (en) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | Ingot of radioactive metal wastes and its production process |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2145126C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2481659C2 (en) * | 2011-03-22 | 2013-05-10 | Юрий Иванович Сорокин | Complex processing method of solid radioactive waste using method of melting in direct-current electric furnace |
| RU2765028C1 (en) * | 2018-09-13 | 2022-01-24 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method for recycling radioactive waste generated during destruction of irradiated fuel assemblies of fast neutron reactors by induction slag remelting in cold crucible |
| RU2790544C1 (en) * | 2021-12-16 | 2023-02-22 | Частное Учреждение По Обеспечению Научного Развития Атомной Отрасли "Наука И Инновации" (Частное Учреждение "Наука И Инновации") | Method for remelting structural materials of shells of spent fuel rods and structural materials of spent fuel assemblies |
-
1998
- 1998-02-04 RU RU98101998A patent/RU2145126C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Пиццинато Р. и др. Компактирование отходов активных оболочек твэлов методом высокотемпературной плавки в холодном тигле. / Отчет КАЭ FR, N EUR 14569, Брюссель, 1993. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2481659C2 (en) * | 2011-03-22 | 2013-05-10 | Юрий Иванович Сорокин | Complex processing method of solid radioactive waste using method of melting in direct-current electric furnace |
| RU2765028C1 (en) * | 2018-09-13 | 2022-01-24 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method for recycling radioactive waste generated during destruction of irradiated fuel assemblies of fast neutron reactors by induction slag remelting in cold crucible |
| RU2790544C1 (en) * | 2021-12-16 | 2023-02-22 | Частное Учреждение По Обеспечению Научного Развития Атомной Отрасли "Наука И Инновации" (Частное Учреждение "Наука И Инновации") | Method for remelting structural materials of shells of spent fuel rods and structural materials of spent fuel assemblies |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5082603A (en) | Method of treatment of high-level radioactive waste | |
| EP2797082B1 (en) | Method for processing solid radioactive waste | |
| RU2145126C1 (en) | Ingot of radioactive metal wastes and its production process | |
| RU109281U1 (en) | Induction Crucible Furnace | |
| EP0640992B1 (en) | Method of melting treatment of radioactive miscellaneous solid wastes | |
| JP3018684B2 (en) | Radioactive waste treatment method | |
| Clites | The inductoslag melting process | |
| JPS5847300A (en) | Method and apparatus for solidifying radioactive waste by ceramics | |
| US3508914A (en) | Methods of forming and purifying nickel-titanium containing alloys | |
| JPH0749182A (en) | Method for melting solidification and cooling crucible therefor | |
| JP2000292594A (en) | Radioactive waste melting processor and processing method | |
| RU2765028C1 (en) | Method for recycling radioactive waste generated during destruction of irradiated fuel assemblies of fast neutron reactors by induction slag remelting in cold crucible | |
| Westphal et al. | Production of metal waste forms from spent fuel treatment | |
| RU2200766C2 (en) | Method of recovering ceramic nuclear fuel from fuel element packets | |
| Jackson | Vacuum-induction melting, refining, and casting of uranium and its alloys | |
| RU2249270C2 (en) | Method for decontaminating radioactive metal wastes by electroslag remelting | |
| US3205068A (en) | Process for the purification of uranium and particularly irradiated uranium | |
| JPS5923299A (en) | Method of volume-decreasing and decontaminating radioactive metal waste | |
| RU2194783C1 (en) | Method of ceramic nuclear fuel recovery from fuel elements and fuel assemblies | |
| Jacquet-Francillon et al. | Hull melting | |
| Steunenberg | PYROMETALLURGICAL PROCESSING OF FAST BREEDER FUEL. | |
| CA1241201A (en) | Magnesium reduction of uranium fluoride in molten salts | |
| Winsch et al. | EBR-II Skull Reclamation Process | |
| Nelson et al. | Cladding hull decontamination and densification process. Part 2. Densification by inductoslag melting | |
| CN112414126A (en) | Method for melting hundred kilogram grade oxide and metal powder mixture at ultrahigh temperature |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080205 |