RU2756525C1 - Method for discharging a melt with separation of phases using a melting plug - Google Patents

Method for discharging a melt with separation of phases using a melting plug Download PDF

Info

Publication number
RU2756525C1
RU2756525C1 RU2020127087A RU2020127087A RU2756525C1 RU 2756525 C1 RU2756525 C1 RU 2756525C1 RU 2020127087 A RU2020127087 A RU 2020127087A RU 2020127087 A RU2020127087 A RU 2020127087A RU 2756525 C1 RU2756525 C1 RU 2756525C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plug
melting
melt
phases
discharging
Prior art date
Application number
RU2020127087A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вадим Юрьевич Селявский
Дмитрий Александрович Ушаков
Александр Сергеевич Житков
Сергей Геннадьевич Овченков
Артем Олегович Харитонов
Original Assignee
Акционерное общество «Прорыв»
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество «Прорыв» filed Critical Акционерное общество «Прорыв»
Priority to RU2020127087A priority Critical patent/RU2756525C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2756525C1 publication Critical patent/RU2756525C1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C19/00Arrangements for treating, for handling, or for facilitating the handling of, fuel or other materials which are used within the reactor, e.g. within its pressure vessel
    • G21C19/42Reprocessing of irradiated fuel
    • G21C19/44Reprocessing of irradiated fuel of irradiated solid fuel
    • G21C19/48Non-aqueous processes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to methods for improving discharge apparatuses with a melting plug. The invention can be used both in metallurgy and pyrochemical technologies of processing nitride spent nuclear fuel (SNF), e.g., during transportation of molten media from apparatus to apparatus, separation of phases in such processes as "soft chlorination" and electrolysis. The method for discharging the melt includes heating the charge, melting the stopping plug, and discharging the melt. The stopping plug is melted by a heater moved along a vertical axis, the molten metal is discharged after crystallisation of the salt phase, and the plug is made of a low-melting metal.
EFFECT: invention provides a possibility to separate the phases of a low-melting metal and a salt system.
3 cl, 2 ex

Description

Изобретение относится к способам усовершенствования сливных устройств с расплавляемой пробкой.The invention relates to methods for improving fusible plug drainage devices.

Изобретение может быть использовано как в металлургии, так и пирохимических технологиях переработки нитридного отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), например при транспортировке расплавленных сред из аппарата в аппарат, разделение фаз в таких процессах как «мягкое хлорирование» и электролиз. При переработке «маловыдержанного» высокофонового отработавшего ядерного топлива вышеперечисленными технологиями требуется разделение фаз легкоплавкого металла и электролита, уменьшая время контакта персонала, участвующего в переработке ОЯТ с оборудованием для снижения дозовых нагрузок, и использование разделенных сред в дальнейшей технологической цепочке.The invention can be used both in metallurgy and in pyrochemical technologies for reprocessing nitride spent nuclear fuel (SNF), for example, when transporting molten media from apparatus to apparatus, phase separation in processes such as "soft chlorination" and electrolysis. When reprocessing "low-temperature" high-background spent nuclear fuel with the above technologies, phase separation of low-melting metal and electrolyte is required, reducing the contact time of personnel involved in SNF reprocessing with equipment to reduce dose loads, and the use of separated media in the further process chain.

В практике известны способы слива расплавленных металлов и других расплавов (шлаков, штейна) с помощью вакуум-ковшей, шпуров и через летки (В.И. Береговский, Б.Б. Кистяковский. Металлургия меди и никеля. М.: Металлургия, 1972. С. 62, 82-83, 109, 288. А.И. Беляев. Металлургия легких металлов. М.: Металлургия, 1970. С. 228. В.В. Стендер. Прикладная электрохимия. Харьков: Изд-во Харьковского госуниверситета, 1961. С. 432, 439). Щель шпура заделывают огнеупорной глиной, иногда с вкладышами (ломками, втулками, пробками). Для выпуска расплава шпуры прожигают кислородом или пробивают вкладыши. Летки также закрывают огнеупорной массой, иногда с вкладышами. После выпуска металла шпуровые отверстия и летки заделываются вручную или с помощью пневматической пушки. Недостатками данного метода являются сложность в организационном и техническом отношениях, а как следствие применение их в крайне редких случаях или в аварийных ситуациях.In practice, methods are known for draining molten metals and other melts (slags, matte) using vacuum ladles, boreholes and through tap holes (V.I.Beregovsky, BB Kistyakovsky. Metallurgy of copper and nickel. M .: Metallurgy, 1972. P. 62, 82-83, 109, 288. A.I.Belyaev. Metallurgy of light metals. Moscow: Metallurgy, 1970. P. 228. V. V. Stender. Applied electrochemistry. Kharkov: Kharkov State University, 1961.S. 432, 439). The borehole slot is sealed with refractory clay, sometimes with inserts (breaks, bushings, plugs). To release the melt, the holes are burned with oxygen or the liners are pierced. The holes are also covered with a refractory mass, sometimes with liners. After tapping the metal, the bore holes and tap holes are sealed manually or with a pneumatic gun. The disadvantages of this method are the complexity in organizational and technical terms, and as a consequence, their use in extremely rare cases or in emergency situations.

Известен способ передачи электролита в пирохимических методах (Патент US 6800262, опубл. 05.10.2004). Для переноса в рафинировочный электролизер расплавленную смесь LiCl-KCl-UCl3 (электролит), подготовленную в отдельном аппарате, охлаждали и гранулировали под атмосферой инертного газа или в вакууме (без доступа воздуха) для предотвращения ее загрязнения кислородсодержащими соединениями, затем в твердом виде транспортировали в рабочий аппарат электрохимической переработки загрязненного урана (аналога металлического ОЯТ). Как можно видеть, такой способ приготовления электролита является многоступенчатым, сложным в аппаратурном отношении, дорогим и плохо вписывающимся в схему замкнутого топливного цикла. Кроме того, при хранении и транспортировке электролита даже в герметичной таре полностью избежать его контакта с воздухом практически не удается.A known method of transferring electrolyte in pyrochemical methods (Patent US 6800262, publ. 05.10.2004). For transfer to the refining electrolyzer, the molten mixture LiCl-KCl-UCl 3 (electrolyte), prepared in a separate apparatus, was cooled and granulated under an inert gas atmosphere or in vacuum (without air access) to prevent its contamination with oxygen-containing compounds, then in solid form was transported to working apparatus for electrochemical processing of contaminated uranium (analogue of metal SNF). As you can see, such a method for preparing an electrolyte is multistage, complex in terms of equipment, expensive, and poorly fits into a closed fuel cycle. In addition, during storage and transportation of electrolyte, even in a sealed container, it is practically impossible to completely avoid its contact with air.

В качестве прототипа выбран способ слива расплава с расплавляемой при специальном нагреве пробкой из вспомогательного материала с более высокой температурой плавления, описанный в «Устройстве для слива расплава» (АС СССР № 469872, опубл. 05.05.1975). Способ осуществляют следующим образом. После включения нагрева утоненная в месте проточки часть нагревателя разогревается быстрее, чем другие его части. Перед плавкой литейная форма, находящаяся в аппарате, располагается в нем так, что дно формы находится под проточкой в более холодной части нагревателя. После расплавления шихты подъёмник поднимает изложницу и тигель до совмещения проточки на нагревателе с дном формы. При этом пробка попадает в зону более высокой температуры, проплавляется, и расплав из тигля сливается в изложницу. Недостатком является то, что данный способ может быть реализован при полном сливе всего объема расплава и не может быть использован для слива части расплава, и как следствие не может применяться в качестве разделителя фаз на операциях переработки ОЯТ. Также недостатком является применение оснастки с определенными геометрическими размерами, подходящими для конкретного аппарата, так как проточка расположена на заданном расстоянии.As a prototype, a method for draining the melt with a plug melted with special heating from an auxiliary material with a higher melting point, described in the "Device for draining the melt" (AS USSR No. 469872, publ. 05.05.1975), was selected. The method is carried out as follows. After turning on the heating, the part of the heater that is thinned at the groove heats up faster than its other parts. Before melting, the casting mold, which is in the apparatus, is located in it so that the bottom of the mold is under the groove in the colder part of the heater. After melting the charge, the elevator lifts the mold and the crucible until the groove on the heater aligns with the bottom of the mold. In this case, the plug enters the zone of a higher temperature, melts, and the melt from the crucible is poured into the mold. The disadvantage is that this method can be implemented with complete drainage of the entire volume of the melt and cannot be used to drain a part of the melt, and as a result cannot be used as a phase separator in SNF reprocessing operations. Also, the disadvantage is the use of equipment with certain geometric dimensions suitable for a particular apparatus, since the groove is located at a given distance.

Задачей изобретения является разработка способа, позволяющего осуществить передачу расплавленной шихты из исходного тигля (аппарата) в приемный тигель (аппарат), а также разделение фаз металлического легкоплавкого металла и солевой фазы (электролита), тем самым убрать необходимость механического разделения остывших фаз, применимых, например, на пирохимических операциях переработки ОЯТ.The objective of the invention is to develop a method that makes it possible to transfer the molten charge from the original crucible (apparatus) to the receiving crucible (apparatus), as well as to separate the phases of the low-melting metal metal and the salt phase (electrolyte), thereby eliminating the need for mechanical separation of cooled phases, applicable, for example , at pyrochemical operations of SNF reprocessing.

Поставленная задача решается тем, что в способе слива расплава, включающем нагрев шихты, расплавление стопорной пробки и слив расплава, расплавление стопорной пробки осуществляют перемещаемым вдоль вертикальной оси нагревателем, слив расплавленного металла осуществляют после кристаллизации солевой фазы, а пробку изготавливают из легкоплавкого металла.The problem is solved by the fact that in the method for draining the melt, including heating the charge, melting the stopper plug and draining the melt, the stopper plug is melted by a heater movable along the vertical axis, the molten metal is drained after crystallization of the salt phase, and the plug is made of low-melting metal.

Пробку изготавливают из кадмия.The plug is made from cadmium.

Пробку изготавливают из свинца.The plug is made from lead.

Способ осуществляют следующим образом.The method is carried out as follows.

По окончании процесса расплавления шихты в основной части реактора отключают нагрев и охлаждают до температуры кристаллизации расплавленного электролита, далее перемещают нагреватель с помощью подъёмника в область сливного патрубка и нагревают эту зону до температуры расплавления пробки из металлического кадмия или свинца. По достижении заданной температуры пробка расплавляется и стекает вместе с расплавленным металлом из реактора в приемную емкость, которую передают на дальнейшую переработку. Солевая фаза остается в реакторе для следующих операций, либо нагревается и сливается.At the end of the process of melting the charge in the main part of the reactor, the heating is turned off and cooled to the crystallization temperature of the molten electrolyte, then the heater is moved with a lifter to the area of the drain pipe and this zone is heated to the melting temperature of the metal cadmium or lead plug. Upon reaching a predetermined temperature, the plug melts and flows together with the molten metal from the reactor into a receiving vessel, which is transferred for further processing. The salt phase remains in the reactor for further operations, or is heated and drained.

Пример 1Example 1

В реактор загружают предварительно подготовленную оснастку с патрубком донного слива, с наплавленной в нем пробкой из металлического кадмия. Далее подготовленную солевую фазу, состоящую из хлорида лития с заранее известными данными о количестве металлического кадмия, помещают в реактор и включают нагрев. При температуре 650°С производят выдержку в течение 6 часов, после чего реактор охлаждают, оснастку извлекают и констатируют расплавление хлорида лития и неизменное положение кадмиевой пробки. Далее оснастку заново загружают в реактор, перемещают нагреватель с помощью подъемника в область стопорной пробки и нагревают до температуры 350°С. Производят выдержку при данной температуре в течение 2 часов, в результате пробка из металлического кадмия расплавляется и стекает с основной массой расплавленного кадмия в приемную емкость. Нагрев отключают и охлаждают реактор до комнатной температуры, сборку извлекают, оценивают количество отделенного кадмия от массы хлорида лития. Процент отделения кадмия от электролита составляет 98%.The reactor is loaded with a previously prepared tooling with a bottom drain pipe, with a fused metal cadmium plug. Next, the prepared salt phase, consisting of lithium chloride with previously known data on the amount of metallic cadmium, is placed in a reactor and heating is turned on. At a temperature of 650 ° C, an exposure is carried out for 6 hours, after which the reactor is cooled, the tooling is removed and the melting of lithium chloride and the unchanged position of the cadmium plug are noted. Next, the tooling is reloaded into the reactor, the heater is moved with the aid of a lifter to the area of the stopper plug and heated to a temperature of 350 ° C. Exposure is carried out at this temperature for 2 hours, as a result of which the cadmium plug melts and flows down with the bulk of the molten cadmium into the receiving container. The heating is turned off and the reactor is cooled to room temperature, the assembly is removed, the amount of separated cadmium from the mass of lithium chloride is estimated. The percentage of separation of cadmium from the electrolyte is 98%.

Пример 2Example 2

В реактор загружают предварительно подготовленную оснастку с патрубком донного слива, с наплавленной в нем пробкой из металлического свинца. Далее подготовленную солевую фазу, состоящую из хлорида лития с заранее известными данными о количестве металлического свинца, помещают в реактор и включают нагрев. При температуре 650°С производят выдержку в течение 6 часов, после чего реактор охлаждают, оснастку извлекают и констатируют расплавление хлорида лития и неизменное положение свинцовой пробки. Далее оснастку заново загружают в реактор, перемещают нагреватель с помощью подъемника в область стопорной пробки и нагревают до температуры 360°С. Производят выдержку при данной температуре в течение 2 часов, в результате пробка из металлического свинца расплавляется и стекает с основной массой расплавленного свинца в приемную емкость. Нагрев отключают и охлаждают реактор до комнатной температуры, сборку извлекают, оценивают количество отделенного свинца от массы хлорида лития. Процент отделения свинца от электролита составляет 96,3%.The reactor is loaded with a previously prepared tooling with a bottom drain pipe, with a fused metal lead plug. Next, the prepared salt phase, consisting of lithium chloride with previously known data on the amount of metallic lead, is placed in a reactor and heating is turned on. At a temperature of 650 ° C, an exposure is carried out for 6 hours, after which the reactor is cooled, the tooling is removed and the melting of lithium chloride and the unchanged position of the lead plug are noted. Next, the tooling is reloaded into the reactor, the heater is moved with the help of a lift to the area of the stopper plug and heated to a temperature of 360 ° C. Exposure is carried out at this temperature for 2 hours, as a result, the metal lead plug melts and flows down with the bulk of the molten lead into the receiving container. The heating is turned off and the reactor is cooled to room temperature, the assembly is removed, the amount of lead separated from the mass of lithium chloride is estimated. The percentage of lead separation from the electrolyte is 96.3%.

Заявленный способ имеет преимущества перед прототипом: более простые конструкции аппаратов и менее сложное аппаратурно-техническое оформление делают процесс слива расплава более доступным; используется пробка из легкоплавкого материала, что в свою очередь снижает общие затраты на процесс; также способ позволяет разделить фазы легкоплавкого металла и солевой системы, уменьшая время контакта персонала, участвующего в переработке ОЯТ.The claimed method has advantages over the prototype: simpler apparatus designs and less complex hardware and technical design make the process of pouring the melt more accessible; a cork made of low-melting material is used, which in turn reduces the overall cost of the process; Also, the method makes it possible to separate the phases of the low-melting metal and the salt system, reducing the contact time of the personnel involved in SNF reprocessing.

Claims (3)

1. Способ слива расплава, включающий нагрев шихты, расплавление стопорной пробки и слив расплава, отличающийся тем, что расплавление стопорной пробки осуществляют перемещаемым вдоль вертикальной оси нагревателем, слив расплавленного металла осуществляют после кристаллизации солевой фазы, а пробку изготавливают из легкоплавкого металла.1. The method for draining the melt, including heating the charge, melting the stopper plug and draining the melt, characterized in that the stopper plug is melted by a heater movable along the vertical axis, the molten metal is drained after crystallization of the salt phase, and the plug is made of low-melting metal. 2. Способ по п. 1 отличается тем, что пробку изготавливают из кадмия.2. The method according to claim 1 is characterized in that the plug is made of cadmium. 3. Способ по п. 1 отличается тем, что пробку изготавливают из свинца.3. The method according to claim 1 is characterized in that the plug is made of lead.
RU2020127087A 2020-08-13 2020-08-13 Method for discharging a melt with separation of phases using a melting plug RU2756525C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127087A RU2756525C1 (en) 2020-08-13 2020-08-13 Method for discharging a melt with separation of phases using a melting plug

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127087A RU2756525C1 (en) 2020-08-13 2020-08-13 Method for discharging a melt with separation of phases using a melting plug

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2756525C1 true RU2756525C1 (en) 2021-10-01

Family

ID=78000087

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020127087A RU2756525C1 (en) 2020-08-13 2020-08-13 Method for discharging a melt with separation of phases using a melting plug

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2756525C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU469872A1 (en) * 1974-01-18 1975-05-05 Предприятие П/Я Р-6575 Melt Drainer
SU570452A1 (en) * 1975-09-05 1977-08-30 Предприятие П/Я Р-6575 Device for discharging melt from crucible of inductance furnace
RU94036872A (en) * 1994-09-30 1996-08-27 Научно-исследовательская фирма "Противокор" Method and device for control of discharging melt
RU2322326C1 (en) * 2006-09-07 2008-04-20 Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения Российской Академии наук Apparatus for cyclically draining melt
KR20190042740A (en) * 2016-09-13 2019-04-24 웨스팅하우스 일렉트릭 컴퍼니 엘엘씨 Heat pipe molten salt fast reactor with stagnant liquid core

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU469872A1 (en) * 1974-01-18 1975-05-05 Предприятие П/Я Р-6575 Melt Drainer
SU570452A1 (en) * 1975-09-05 1977-08-30 Предприятие П/Я Р-6575 Device for discharging melt from crucible of inductance furnace
RU94036872A (en) * 1994-09-30 1996-08-27 Научно-исследовательская фирма "Противокор" Method and device for control of discharging melt
RU2322326C1 (en) * 2006-09-07 2008-04-20 Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения Российской Академии наук Apparatus for cyclically draining melt
KR20190042740A (en) * 2016-09-13 2019-04-24 웨스팅하우스 일렉트릭 컴퍼니 엘엘씨 Heat pipe molten salt fast reactor with stagnant liquid core

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4248630A (en) Method of adding alloy additions in melting aluminum base alloys for ingot casting
WO2007066428A1 (en) Apparatus and process for producing high-purity silicon
Freti et al. Metallurgy of dross formation on Al melts
US2987391A (en) Method for melting and treating aluminum
US20160312322A1 (en) Device and method for treating metallic materials
JP6216714B2 (en) Process and apparatus for contacting two immiscible liquids at high temperatures by mixing with induction heat and kneading without mixing
RU2756525C1 (en) Method for discharging a melt with separation of phases using a melting plug
ES2725789T3 (en) Preparation of inorganic samples by fusion
US2754347A (en) Apparatus for refining rare refractory metals
Jang et al. Development of continuous ingot casting process for uranium dendrites in pyroprocess
RU2711214C1 (en) Spent fuel reprocessing method of fuel assemblies of nuclear reactor
US3282806A (en) Electrorefining of plutonium
CN103620067B (en) For the treatment of the method for aluminium slag
WO2007146430A2 (en) Apparatus and method for processing metallurgical 'fines' in (eaf) electric arc furnaces
JP2018100910A (en) Separating chemical species and elements chemical species and elements from the same vitrified object, and separating device for the same
JPS6076697A (en) Method and device for filling metallic vessel with radioactive glass molten liquid from glass melting furnace
RU2172787C1 (en) Method of pyrometallurgical processing of wastes, depleted materials and used up articles
EP0512255A1 (en) Method and device for treatment of metal baths by means of a material having a high gas or vapour potential
US2960397A (en) Separation of calcium metal from contaminants
US2937128A (en) Electrolytic apparatus
US3728100A (en) Electric furnace,particularly of the type using a dry crucible to melt highly reactive metals,and method
Mehrjardi et al. Phase chemistry study of the interactions between slag and refractory in coppermaking processes
KR101307696B1 (en) The method for fabricating ingot of the fine uranium electrodeposit in which the salt is distilled
US7066981B2 (en) Assaying method
JP6779466B2 (en) How to separate molten metal and slag