Brevet FR2514545A1 — publié le 19830415

"Procédé pour la réalisation d'une enveloppe coulée, étanche et homogène pour un frt dont le contenu est hautement radio- actif ainsi que dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé " La présente invention concerne un procédé pour la réalisation d'une en:7 eloppe métallique coulée, étanche et homogène, pour un Met dont le contenu est hautement radio- actif, tel que par exemple une coquille en acier avec des déchets hautement radio-actifs enrobés dans du verre fondu. L'invention concerne également un dispositif convenant pour la mise en oeuvre de ce procédé. Le stockage final de déchets radio-actifs dans des formations de sel profondes est basé sur le concept con- sistant à isoler ces déchets de la biosphère par plusieurs barrières se succédant l'une derrière l'autre Les barriè- res importantes sont le produit, la formation de sel et la couverture montagneuse environnante Selon les concepts ac- ceptés jusqu'à ce jour, aucune fonction de barrière n'est associée au conteneur de déchets Les emballages jusqu'à maintenant connus ne constituent pas un moyen d'inclusion étanche, et sont en conséquence en principe exposés à la corrosion, si bien que la possibilité de prévoir le temps de résistance de ces emballages est limitée, La présente invention a pour but de proposer un procédé grâce auquel un enveloppement, homogène de tous cÈtés, 2.- de substances présentant des risques pour l'environnement, par exemple de déchets hautement radio-actifs enrobés en coquilles, soit possible au moyen de matériaux susceptibles d'être coulés, et de créer également un dispositif convenant pour la mise en oeuvre de ce procédé. A cet effet, l'invention concerne un procédé pour réaliser une enveloppe métallique coulée, étanche et homogène, pour un fût fermé de façon étanche avec un contenu hautement radio-actifs tel que par exemple-une coquille en acier avec des déchets hautement radio-actifs enrobés dans du verre fondu, avec des éléments combustibles consumés ou bien avec un bottier, procédé caractérisé en ce qu'il com- porte les étapes suivantes: a) introduction de la coquille dans un moule de dimensions géométriques plus grandes, b) positionnement de la coquille dans le moule en ménageant un intervalle par rapport aux parois à l'aide d'un dis- positif de suspension comportant un emplacement préféren- tiel de rupture, c) coulée du produit fondu dans le moule autour de la co- quille jusqu'à ce que l'emplacement préférentiel de rup- ture soit au moins complètement recouvert, d) rupture de l'emplacement préférentiel de rupture par traction et/ou rotation de la suspension, e) refroidissement complet ou solidification complète de la suspension, f) démoulage du produit fondu solidifié avec la coquille en- robée dans ce produit. L'invention prévoit également comme autre étape, éventuellement supplémentaire, du procédé,: g) refroidissement, en visant la solidification du produit fondu jusqu'à l'emplacement préférentiel de rupture et autour de cet emplacement. Il est alors avantageux que le refroidissement accompagné d'une solidification du produit fondu, commandé 3.- à partir du bas vers le haut et en profondeur, résultent d'une action de refroidissement ou de chauffage, et que la rupture de l'emplacement préférentiel de rupture s'effectue en fonction d'une indication de niveau de remplissage ou d'un ordre de commande fonction du temps Enfin, l'invention propose en ce qui concerne le procédé que le refroidisse- ment et la solidification supplémentaires soient également commandés par une action de refroidissement ou de chauffage, et qu'après solidification complète du produit fondu, la structuee fondue obtenue soit ensuite amenée à une tempéra- ture tempérée. Un dispositif convenant pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé, conformément à la présente invention, en ce que: h) le moule est constitué d'un cylindre placé verticalement, avec un fond et est entouré d'une bo te à moule, dont la hauteur correspond au moins à la hauteur de la struc- ture devant être coulée dans le moule, i) le fond du moule comporte en direction de l'espace inter- ne du moule, un orifice d'alimentation qui est relié par un conduit en pente avec l'orifice de coulée sur la face supérieure de la boîte à moule, k) le moule est muni d'un couvercle amovible comportant des canaux d'échappement d'air et traversé par la tige de levage pénétrant dans le moule, d'un dispositif de levage, 1) la tige de levage comporte à son extrémité inférieure, un dispositif de maintien pour saisir une coquille, et cette tige de levage est susceptible d'être déplacée lon- gitudinalement du haut vers le bas en pouvant 4 tre bloquée à différents niveaux, et/ou d'être mise en rotation au- tour de son axe longitudinal, m) au-dessus du dispositif de maintien de la tige de levage un emplacement préférentiel de rupture estménagé sur cette tige, n) le cylindre constituant le moule est entouré à l'intérieur 4.- de la botte à moule d'un moyen de refroidissement et/Qu de chauffage à un ou plusieurs étages, o) le cylindre constituant le moule, le fond du cylindre et la structure coulée sont susceptibles d'être séparés-les uns des autres après la coulée, p) à l'extrémité inférieure de la tige de levage est incor- poré un moyen de chauffage dont la zone de chauffage se trouve essentiellement au-dessous du niveau du produit fondu. Les emballages réalisés selon le procédé confor- me à l'invention présentent essentiellement les avantages suivants e stabilité mécanique optimale, moyen d'inclusion résistant à la corrosion, possibilité optimale de prévision du temps de résistance de I'emballage, grâce à la transposition de recherches concernant la corrosion d'échantillons de matériaux sur un emballage original, réalisation économique de fortes épaisseurs de parois d'em- ballages pour un endommagement des surfaces par la corro- sion susceptible d'être bien maîtrisé, de fortes épaisseurs de parois d'emballages permettent des épaisseurs plus réduites de parois de protection des conteneurs de transport et aboutissent à des simplifica- tions dans la technique de stockage, le milieu de stokage est protégé contre les radiations. L'invention va être expliquée plus en détail en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels t la figure 1 représente une coquille contenant les déchets radio-actifs, la figure 2 représente le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé d'inclusion par coulée de la co- quille, La coquille 6 est constituée, conformément à la figure 1, d'un conteneur 2 en acier inoxydable fermé au 5.- moyen d'un couvercle soudé 3 et rempli de déchets haute- ment radio-actifs 1 dans un moulage de verre de silicate de bore Le couvercle 3 porte un champignon de prise 4 pour la manoeuvre de la coquille Au fond du conteneur 2, un poids d'équilibrage 5 peut être rapporté en supplément, ce poids d'équilibrage servant à l'équilibrage lors du processus de coulée ultérieur Autour de la coquille 6 peut encore 4 tre rapportée une protection 13 contre les contraintes de fusion et de retrait, sous la forme par exemple de laine de céramique (voir figure 2). La construction ou le dispositif pour le procédé de coulée, est représeritée sur la figure 2 et montre la coquille 6 ou bien le fat de déchets équilibré dans le mou- le de coulée Celui-ci est constitué du tube cylindrique en acier 7, de la botte de fond 8 servant de fermeture du moule vers le bas avec le contour de prise 9 formé dans ce fond, contour grâce auquel une tète de prise sera cons- tituée sur la structure coulée à venir Autour du tube 7 est prévue la botte à moule 10 comportant une entrée de coulée 11 Celle-ci ainsi que la botte à moule 10 doit se situer au moins aussi haut que le bord supérieur à venir de la structure coulée 12 dans le moule De l'entrée de coulée 11 un canal en pente 14 descend obliquement vers le bas et débouche dans l'espace intérieur du moule ou bien a 5 du tube 7, dans lequel il est raccordé à l'orifice 15 dans la botte de fond 8, cet orifice constituant en même temps l'alimentation du moule Au point le plus bas du canal in- cliné 14 dans le fond 8, ou bien en un autre emplacement favorable, il peut encore être prévu un piège à scories 16. Autour du tube en acier 7 est disposé dans la boite à moule , un chauffage ou un refroidissement 17, grâce auquel le refroidissement ou bien la solidification de la structure coulée 12, peut 4 tre commandé vers le haut et en profondeur. Le chauffage ou bien le refroidissement 17 peut être r 6 ali- sé en un seul étage ou en plusieurs étages, si bien que le 6.- produit fondu peut se solidifier par échelons ou bien éga- lement de façon continue Comme matériau de coulée pour le produit fondu ou bien pour la structure de coulée 12, de la fonte à sphérules, de la fonte au silicium, un alliage au nickel ou bien un autre matériau approprié, peut être mis en oeuvre. Le tube en acier 7 est fermé avec un couvercle amovible 18, qui comporte des canaux d'échappement d'air 19, et qui est traversé par la tige de levage 20, mobile longi- tudinalement et mobile en rotation, d'un dispositif de leva- ge 21 A l'extrémité inférieure 22 de la tige de levage 20, est rapporté un dispositif de maintien pour la coquille 6, dispositif qui peut par exemple être constitué d'un boulon vissé dans le champignon de prise 24 de la coquille 6 A la partie inférieure 22 de la tige de levage 20, est prévu un chauffage 27 dont la zone de chauffage se trouve essen- tiellement au-dessous du niveau 28 du produit fondu, pour pouvoir influencer avec précision la solidification dans cet- te zone Entre l'extrémité 22 et le boulon 25 est ménagé un emplacement préférentiel de rupture 23 comportant une résis- tance à la traction plus réduite que la tige de levage 20. Cet emplacement préférentiel de rupture 23 peut par exemple être réalisé en un matériau à bas point de fusion tandis que le reste de la suspension est réalisé en un matériau à haut point de fusion. Le déroulement du procédé pour la réalisation de la structure coulée est le suivant: constitution de la botte de fond 8 avec la botte à moule 10 et le tube en acier 7, couplage du Mût de déchets ou bien de la coquille 6 à la suspension 25 de la tige de levage 20, introduction de la suspension 25 avec le fût de déchets 6 et le couvercle 18 dans le dispositif de levage 21, par exemple à partir du c 8 tés réglage de la distance souhaitée 26 et blocage de la tige de 7.- levage 20, mise en place du couvercle 18 avec le dispositif de levage 21, la suspension 25 et le fût de déchets 6 sur le tube en acier 7, coulée du matériau en fusion par l'intermédiaire de l'entrée de coulée 11 et en observant le niveau de remplissage, après l'achèvement du processus de coulée, le dispositif de levage 21 est mis en fonctionnement par un ordre de commande dépendant du niveau de remplissage ou bien du temps et la tige de levage 20 est sortie du produit en fu- sion, ce qui entratne simultanément la rupture de l'empla- cement préférentiel de rupture 23, tandis qu'après une so- lidification contr 8 lée ou bien une mise à température modé- rée, grâce au dispositif de refroidissement ou de chauffage 17, le démoulage et la séparation des masselottes de coulée peuvent être effectués, l'extraction pouvant s'effectuer seulement lorsque la masse coulée est solidifiée jusqu'à un niveau et/ou une profondeur suffisants. On résume maintenant les caractéristiques par- ticulières du procédé: a) la mise en oeuvre de moyens d'inclusion, homogènes de toute part, pour des fêts, b) l'équilibrage du fit de déchets avec le produit fondu, c) la suspension avec un emplacement de rupture préféren- tiel pour positionner le f Mt en vue de son inclusion de tous c 8 tés, d) le dispositif de levage pour sortir la suspension du pro- duit fondu, e) la commande en fonction du temps ou du niveau de remplis- sage pour séparer la suspension et la sortir, f) le refroidissement ou bien le chauffage pour commander le processus de solidification du produit en fusion. R E V E N D I C AT I O N S 1. Procédé pour réaliser une enveloppe métal- lique coulée, étanche et homogène, pour un fût fermé de fa- çon étanche avec un contenu hautement radio-actif, tel que par exemple une coquille en acier avec des déchets haute- ment radio-actifs enrobés dans du verre fondu, avec des éléments combustibles consumés ou bien avec un bottier, procédé caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivan- tes: a) introduction de la coquille dans un moule de dimensions géométriques plus grandes b) positionnement de la coquille dans le moule en ménageant un intervalle par rapport aux parois à l'aide d'un dis- positif de suspension comportant un emplacement préfé- rentiel de rupture, c) coulée du produit fondu dans le moule autour de la co- quille jusqu'à ce que l'emplacement préférentiel de rup- ture soit au moins complètement recouvert, d) rupture de l'emplacement préférentiel de rupture par traction et/ou rotation de la suspension e) refroidissement complet ou solidification complète de la suspension f) démoulage du produit fondu solidifié avec la coquille en- robée dans ce produit. 2 Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comporte l'étape suivante: g) refroidissement, en-visant la solidification du produit fondu jusqu'à l'emplacement préférentiel de rupture et autour de cet emplacement. 3 Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce que le refroidissement avec solidification (e) du produit fondu résulte d'une ac- tion de refroidissement ou bien de chauffage en étant com- mandé à partir du bas vers le haut 4 Procédé selon l'une quelconque des reven- 7:: 1 _; 4545 dications 1 à 3, caractérisé en ce que la rupture de l'em- placement préférentiel de rupture résulte selon le cas, d'une indication de l'état de remplissage ou bien d'un ordre de commande en fonction du temps. 5 Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que le refroidissement et la solidification supplémentaires (g) résultent égale- ment d'une action de refroidissement ou bien de chauffage. 6. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5 t caractérisé en ce que, après solidification complète du produit fondu, la structure fondue obtenue est ensuite amenée à une température tempérée. 7. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce que la coquille, dans le cas o les poids spécifiques de la coquille et du produit fondu sont différents, est équilibrée avec le produit fondu. 8. Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon les revendications 1 à 7, dispositif caracté- risé en ce que: h) le moule est constitué d'un cylindre ( 7) placé verticale- ment, avec un fond ( 8), et est entouré d'une botte à moule ( 10), dont la hauteur correspond au moins à la hau- teur de la structure ( 12) devant 9 tre coulée dans le moule, i) le fond ( 8) du moule comporte en direction de l'espace interne du moule, un orifice d'alimentation ( 15) qui est relié par un conduit en pente ( 14) avec l'orifice de coulée ( 11) sur la face supérieure de la botte à moule ( 10) k) le moule est muni d'un couvercle amovible ( 18), compor- tant des canaux d'échappement d'air ( 19) et traversé par la tige de levage ( 20), pénétrant dans le moule, d'un dispositif de levage ( 21), 1) la tige de levage ( 20) comporte à son extrémité inférieu- re ( 22) un dispositif de maintien ( 24) pour saisir une 10._ coquille ( 6), et cette tige de levage est susceptible d'être déplacée longitudinalement du haut vers le bas en pouvant être bloquée à différents niveaux, et/ou d'être mise en rotation autour de son axe longitudinal, m) au-dessus du dispositif de maintien ( 24) de la tige de levage ( 20), un emplacement préférentiel de rupture ( 23) est ménagé sur cette tige, n) le cylindre ( 7) constituant le moule est entouré à l'in- térieur de la botte à moule ( 10) d'un moyen de refroidis- sement et/ou de chauffage ( 17) à un ou plusieurs étages, o) le cylindre ( 7) constituant le moule, le fond ( 8) du cy- lindre et la structure coulée ( 12) sont susceptibles d'8 tre séparés les uns des autres après la coulée, p) à l'extrémité inférieure de la tige de levage ( 20) est incorporé un moyen de chauffage ( 27) dont la zone de chauffage se trouve essentiellement au-dessous dt niveau du produit fondu ( 28), 9. Dispositif selon la revendication 8, carac- térisé en ce que: q) au-dessous de l'orifice d'alimentation ( 15) dans le moule, il est prévu dans le fond ( 8) un piège à scories ( 16), r) le piège à scories ( 16) est disposé entre le conduit en pente ( 14) et l'orifice d'alimentation ( 15).