(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
るつぼ基部（９）と、るつぼ（２）を収容するためのるつぼチャンバー（３）とを含む可動性を有する熔解装置（１）であって、
前記るつぼ基部（９）がチャンバー底部（１６）を備え、前記るつぼチャンバー（３）がシェル（１５）を備え、
前記るつぼ（２）と共に前記るつぼ基部（９）を、第１位置から第２位置に移動するための輸送手段（７）を備え、
前記るつぼ（２）が、前記第１位置で前記るつぼチャンバー（３）の外部に配置され、前記第２位置で前記るつぼチャンバー（３）内に配置され、
前記チャンバー底部（１６）及び前記シェル（１５）が前記第２位置で気密性のある炉の筐体（１０）を形成するように構成されており、
前記るつぼ基部（９）及びその上に配置された前記るつぼ（２）を伴う前記輸送手段（７）が、前記るつぼ（２）が前記るつぼチャンバー（３）の下部の位置から取り除かれ、他のるつぼが前記るつぼチャンバー（３）内に導入されるように動作し、
前記るつぼチャンバー（３）の上部に配置された充填装置（４）を備え、
安定化要素（１４）が、前記るつぼチャンバー（３）内に配置され、熔解プロセス中、前記るつぼ（２）を補強し、
前記安定化要素（１４）の形状が、るつぼ壁（１１）の形状に合うように形成されている
ことを特徴とする熔解装置（１）。
【請求項２】
前記充填装置（４）は気密性がある
ことを特徴とする請求項１に記載の熔解装置（１）。
【請求項３】
前記るつぼチャンバー（３）が前記るつぼ（２）を加熱するヒータを備える
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の熔解装置（１）。
【請求項４】
前記ヒータが誘導加熱ヒータである
ことを特徴とする請求項３に記載の熔解装置（１）。
【請求項５】
前記るつぼ基部（９）内に、前記るつぼ（２）の下部に配置された収集皿（６）を備える
請求項１〜４のいずれか１項に記載の熔解装置（１）。
【請求項６】
モジュラーとして構成されている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の熔解装置（１）。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の熔解装置で資材を集約する方法であって、
ａ．るつぼ（２）に集約される資材を充填する充填ステップと、
ｂ．熔解される前記資材の少なくとも一部を熔解するために、熔解される前記資材を前記るつぼ（２）内で加熱する加熱ステップと、
ｃ．熔解される資材の追加分を再充填する再充填ステップと、
ｄ．熔解した前記資材を前記るつぼ（２）内でブロック（８）に固化する固化ステップと
を含む方法。
【請求項８】
酸化性でない雰囲気が前記加熱ステップ中に前記るつぼチャンバー（３）内を占めている
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記加熱ステップ、前記再充填ステップ、及び、前記固化ステップ中に、前記るつぼ（２）が前記るつぼチャンバー（３）内に配置されている
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記るつぼ（２）を、前記固化ステップ後に前記るつぼチャンバー（３）から取り除いて冷却する冷却ステップを含み、他のるつぼが前記冷却ステップ中に前記るつぼチャンバー（３）内に導入される
ことを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記るつぼチャンバー（３）内の酸素分圧が１０ｋＰａ未満である
ことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記充填ステップ、前記加熱ステップ、及び、前記再充填ステップは真空下及び／又は制御された雰囲気下で１つのるつぼ内で行われる
ことを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚染されたスクラップを集約するための熔解装置及び当該熔解装置を用いて行うことができる集約方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラント、研究センター、ウラン濃縮プラント、及び再処理プラントのような核プラントを解体している間、例えば、「低レベル放射性廃棄物」のカテゴリーに分類されるような汚染されたスクラップが蓄積される。これらのスクラップは、場合によっては、再熔解処理によって除染され、通常の資材サイクルに送り出されてもよい。さらに、中レベルに汚染されたスクラップ及び高レベル放射性スクラップが蓄積されるかもしれない。これらのスクラップは、もはや通常の資材サイクルに送り返されることはできず、保管施設において処理される必要がある。保管のコストをできるだけ低く維持するためには、蓄積された多量のスクラップを、熔解によって多量のブロックに集約することが必要である。本発明は、この課題に特化した熔解装置と当該装置に関連する方法を示すものある。
【０００３】
核設備を解体している間、汚染エリアに設置されている又は放射性媒体と接触している容器、パイプ、結合器具、計器、貯蔵ラック、内張り、さらにはプラットフォーム、足場、階段などの金属の構造部材のような処理設備は保管施設において処理される必要がある。これらの構成要素は、適切な処置によって解体中に切断され、塊状のスクラップやチップの混合物として蓄積される。資材は、どのような場合でも分類されておらず、炭素鋼、ステンレス鋼、銅、黄銅、アルミニウム、マグネシウム、カドミウムなどの種々の材質の混合物である。集約していない資材を貯蔵すると、多くの隙間が残り、保管施設の容量を増加させ、それゆえにコストも増加するだろう。さらに、そのようなスクラップの山は、放射性核種が剥離し得る又は放出され得る表面領域を非常に多く有する。
【０００４】
現在、核プラントからのスクラップを熔解させるために、開放型の誘導炉として設計され、液状の熔解物が型に注がれる熔解装置が知られている。当該発明による熔解装置の発明者は、先行技術の課題の解決に下記の制約があることを認めてきた。
・プラントからの排気ガスは、室内に放出され、複雑な排気ガス浄化システムによって処理される必要がある。
・これらのプラントのるつぼは、耐火性セラミックスで作製されるが、熱及び機械的なストレスのためにすり減り易く、一連の熔解プロセス後に取り除かれる必要がある。このプロセスにおいて、セラミックス製のるつぼは破壊され、規定の残余片に粉砕される。そして、さらに、大量の汚染されたくずやちりが２次的な廃棄物として得られる。
・これらのプラントの核管理区域は比較的広い。
・公知のプラントは、放射性の汚染されたスクラップを輸送する必要がある固定プラントである。
・マグネシウムのような反応性金属を含むスクラップは融解できない。
・カドミウムのような有害な気体を生じるスクラップの構成要素は、制限された方法でのみ融解できる。
・揮発性の放射性同位体を留め置くことができない。
・そのようなプラントの解体は非常に複雑である。
【０００５】
従来の公知の熔解設備は、全て、広い管理区域が設けられた中核的な処理センターに配置されている。これは、汚染された資材が取り壊し場所から廃棄物処理センターに輸送される必要があり、核資材の輸送量が大きいためにコストが増加することを意味している。
【０００６】
ドイツ国特許出願公開第3404106（A1）号には、原子力プラントの金属構成要素を再生利用するためのプロセスが開示されており、熔解炉に導入されるるつぼが開示されている。熔解炉は炉容器底部を備える炉容器を含む。しかし、炉は密閉されていない。かわりに、排気ガスの一部は、吸引フードによって吸い込まれる。当該熔解炉は、それゆえに、環境の汚染を防ぐための手段を備えた広い安全区域でのみ運転され得る。したがって、ここで開示された設備は、可動性を有するユニットとして用いられることができない。
【０００７】
ドイツ国特許出願公開3331383（A1）号には、原子力プラントの金属構成要素を再生利用するための設備が開示されている。当該設備は真空にひかれた室内で運転される必要があり、密閉したり、移送したりできない。
【０００８】
上述の様に数多くの熔解装置が先行技術から知られている。すべてに共通することは、熔解装置が移動できない又は移動するのに非常に大きな費用を要することである。それゆえに、処理されるスクラップは、常に、熔解装置に輸送される必要があった。しかし、放射性を有する資材の輸送は危険であり、たびたび住民からの反対にあう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明の目的は、放射性を有する汚染資材の体積を減らし、放射性を有する資材の輸送を顕著に減らすことを可能にする熔解装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
当該目的は請求項の主題によって達成される。本発明は、請求項に規定される新規な可動性を有する熔解装置及び方法によって改良された方法を提供する。本発明は、核施設の解体によって得られる放射性を有する汚染資材（以下、「熔解される資材」という）の体積の削減を達成できる設備及び方法を提供する。設備は経済的に運転され、運転中に人間の健康と環境への危険を生じない。
【００１１】
本発明による熔解装置は、るつぼ基部と、るつぼを収容するのに適したるつぼチャンバーとを備える可動性を有する熔解装置である。るつぼ基部はチャンバー底部を含み、るつぼチャンバーはシェルを備える。熔解装置は、るつぼチャンバー外部の第１位置からるつぼチャンバー内部の第２位置（さらに熔解位置）に、るつぼと共にるつぼ基部を移動し得る輸送手段を備える。チャンバー底部とシェルは、第２位置において合わさり、ガス漏れのない炉の筐体を形成するように構成されている。
【００１２】
るつぼは、るつぼチャンバー外部の場所からるつぼチャンバー内部の場所へ及びその逆方向へ移動され得る。運転中に、るつぼが輸送手段によってるつぼチャンバー内を上方に向かって持ち上げられ得るために、輸送手段は、好ましくはるつぼチャンバーの下に配置される。輸送手段は、シザーリフトテーブルであってもよい。他には、送り軸、又は油圧シリンダ及びトラックガイドによって作動されるリフトテーブルが用いられてもよい。
【００１３】
るつぼは、好ましくはるつぼ基部上に配置される。るつぼは、好ましくは耐熱資材、特にセラミックス、黒鉛、黒鉛混合粘土、又はこれらの混合物で作製される。るつぼは好ましくは円筒形状をしており、当該円筒の外側面はるつぼ壁によって区切られ、基部領域はるつぼ底部によって区切られる。るつぼは、輸送手段を用いることによって、第２位置から第１位置へと移動されてもよい。それによって、一方ではメンテナンスのためにるつぼ及びるつぼ基部に近づきやすくなり、他方ではるつぼを内容物と共に取り外すことが容易になる。るつぼはるつぼチャンバーから取り外されることができ、他のるつぼがるつぼチャンバー内に導入されることができる。そして、長い冷却期間を待つ必要がなく、高い実用性が得られる。すなわちるつぼは、交換可能なるつぼが好ましい。好ましくは安定化要素又は底板によって補強される比較的薄いるつぼ壁及び比較的薄いるつぼ底部のために、運転中に、るつぼを比較的容易に扱うことができる。るつぼが不良な場合でも余計な出費を抑えつつ処分することができる。
【００１４】
るつぼ基部の構成要素は、好ましくは、るつぼが配置され得る底板である。底板はるつぼを補強する。この方法で、るつぼ底部は、るつぼが重量を増すことなく支持される。底板は、十分な安定性を確保するために、好ましくはるつぼ底部よりも厚い。好ましい実施形態では、底板はるつぼ底部の2倍以上厚い。底板は、好ましくは、耐熱性材、特にセラミックスで作られる。
【００１５】
るつぼ基部は好ましくは収集皿を備える。収集皿は、るつぼが破損した場合、るつぼから漏れるであろう熔解物を収集するために用いられる。るつぼの破損のために熔解物が漏れた場合、熔解物は、輸送可能なるつぼ基部内の収集皿に処分され、輸送手段によって運び出される。そして熔解装置は、メンテナンスなしで、継続して運転されることができる。るつぼ基部だけは処理される必要がある。収集皿は、好ましくは耐火性の材料で作られる。
【００１６】
シェルは、好ましくは、るつぼチャンバーの外殻を構成する。シェルは、気密性のある炉の筐体を作ることを助ける。この目的のために、シェルは閉じた殻である。しかし、シェルは、るつぼを導入するための少なくとも1つの開口を有し、好ましくは、熔解される資材を再充填するための少なくとも1つのチャンバー開口を有する。さらに、シェルは、ヒータのリードを通すための1つ以上の開口を備えていてもよい。さらに、シェルは、吸い出し装置と接続可能な開口を備えていてもよい。シェルは、好ましくは、金属、特に、鉄で形成されている。
【００１７】
チャンバー底部は、シェルと合わさり気密性のある炉の筐体を形成するように構成されている。チャンバー底部は、好ましくは、シェルと同じ材料で形成される。チャンバー底部は、好ましくは、るつぼ基部を下側からシールする。るつぼ基部の他の構成要素、特に、底板及び収集皿は、チャンバー底部の内側、言い換えると、熔解位置でるつぼチャンバーに面する側に配置される。チャンバー底部とシェルとが互いに隣接する場所に、好ましくは、少なくとも1つのシール要素が配置される。シール要素は炉の筐体をシールする。シール要素は、好ましくは、ゴム‐弾性資材で作られたリップ・シールである。
【００１８】
るつぼチャンバーは、るつぼを収容するように形成される。るつぼは、好ましくは、熔解プロセスの間、るつぼチャンバー内に配置された安定化要素によって安定化される。安定化要素は、るつぼがるつぼチャンバー内に配置されるとき、るつぼ壁が受ける熔解物の静水圧を緩和するように構成されている。そして熔解位置において、安定化要素は、るつぼとシェルの間に位置する。安定化要素は、好ましくは、底板と共通の接触部を形成する。安定化要素は、特に、熔解プロセス中に生じる高い負荷に耐性がある。安定化要素は、好ましくは、るつぼが熔解位置から移動される場合に、引き出されるように構成されている。安定化要素の形状は、るつぼ壁の形状に合うように形成されている。
【００１９】
熔解装置はさらに、るつぼ内で処理される資材を加熱するのに適したヒータを備える。具体的には、ヒータは、るつぼチャンバーの一部である。ヒータは、好ましくは、誘導加熱ヒータ及び／又は抵抗加熱ヒータである。ヒータは、好ましくは、るつぼチャンバーの一部である。ヒータは、好ましくは、熔解物が漏れ出るような場合でさえヒータと熔解物とが接触するリスクがないような、るつぼから最も短い距離で配置される。1つの実施形態では、ヒータは誘導加熱ヒータである。これは、熱がるつぼ内に直接生成されるために、集約される資材が非常に早く加熱されるという利点を有する。他の実施形態では、ヒータは抵抗加熱ヒータである。これは、熔解物の近傍で冷却水を使用する必要がないという利点を有する。このことは水蒸気爆発のリスクを最小限にする。ヒータは、好ましくは、ヒータに通じるリード以外は実質的にシェル内に配置される。
【００２０】
さらに、本発明による熔解装置は、好ましくは、集約されるスクラップをるつぼ内に充填することに適した充填装置を備える。充填装置は、好ましくは、熔解される資材が上部からるつぼチャンバー、そして、るつぼへと降ろされ得るように、運転中に、るつぼチャンバーの上部に配置される。このプロセスは、汚染の危険を避けるために、遠隔操作によって実行され得る。るつぼに熔解位置で充填きるようにするために、るつぼチャンバーのシェルは、好ましくは、チャンバー開口を備える。チャンバー開口は、好ましくは、シェルの上部領域に配置される。チャンバー開口は、蓋のような任意の閉鎖要素によって閉鎖され得る。好ましくは、るつぼチャンバーの一部であるゲート（schleuse）がチャンバー開口上に配置されている。
【００２１】
ゲートは、好ましくは、密閉シールされる。そして、集約される資材は、ダストや蒸気を室内に逃すことなく、るつぼへと降ろされ得る。ゲートはるつぼチャンバーの一部である。るつぼへの充填は、るつぼが熔解位置にあるとき、言い換えれば、シェル及びチャンバー底部が合わさって気密性のある炉の筐体を形成するとき、ゲートを通して行われる。この方法で、密閉シールされたゲートによって、熔解される資材は、環境を汚染することなく、るつぼへと降ろされ得る。ゲートは、気密性のある炉の筐体と充填装置の間に配置されている。
【００２２】
充填装置は、例えば、充填かごを回転できるクレーンをチャンバー開口の上部の位置に備えていてもよい。熔解される資材がチャンバー開口を通ってるつぼへと流通するために、この充填かごを下げることができる。他の充填装置も考えられる。特に、好ましくはレール上をチャンバー開口の上部の位置から受け取り位置へ移動され得る移動可能な充填運搬車が考えられる。充填運搬車は、充填かごが受け取り位置で、例えば、輸送装置の近くの地上レベルの位置から上方へと引かれ得るケーブル引きシステムを備えることができ、そして、るつぼの充填プロセスはチャンバー開口上の位置で行われ得る。充填運搬車、レール、及び、ケーブル引きシステムは、充填装置の一部である。
【００２３】
充填運搬車には、好ましくは、充填かごがガイドされ得るハウジング設けられている。そして、さらに、充填運搬車は密閉シールされ得る。充填運搬車のハウジングは、ゲートへ熔解される資材を降ろす間に、ダストや蒸気を逃さないようにするために、ゲートの上部と接するように構成されている。
【００２４】
本発明による熔解装置は、好ましくは、排気ガス浄化装置を備えている。このシステムは、接続要素、例えば、パイプを介してるつぼチャンバーに接続され得る。排気ガス浄化システムは、るつぼチャンバーモジュールの一部であってもよく、充填モジュールの一部であってもよい。しかし、排気ガス浄化システムは、分離して配置されることもできる。
【００２５】
好ましくは、熔解装置は、気密性のある炉の筐体を真空引きするために適した真空ポンプを備えている。真空ポンプは、接続要素、例えば、パイプを介してるつぼチャンバーに接続され得る。ある実施形態では、排気ガス浄化システムは、真空ポンプの下流側に配置されている。排気ガス浄化システムからの排気ガスは、核設備にすでに備えられている排気ガス処理システムに供給され得る。
【００２６】
本発明による好ましい熔解装置は、るつぼ基部上のるつぼが、下部から運ばれ、固定され得る固定炉システムである。さらに、密閉シールされたゲートと共に運転される充填装置が好ましくは備えられている。これにより、充填装置の完全な遠隔操作が熔解室のビデオ監視と関連して可能となる。
【００２７】
本発明による熔解装置は、例えば核プラントが解体されている場所で、核管理区域を有する既存の建屋内に一時的にセットアップされ得る可動性を有するシステムとして構成されている。熔解装置を運転するための補助システムは、管理区域外に設置され得るコンテナに配置され得る。そのような補助システムは、例えば、熔解電力の供給、冷却水の分配、処理ガスの供給、及び、制御盤を備える配電盤などのシステムである。
【００２８】
作業の完了後、本発明によるこの熔解装置は、好ましくは、モジュール式の設計となっているので、再び解体され、使用する他の場所へと輸送され得る。
【００２９】
本明細書での“モジュール式の設計”とは、熔解装置が、各々が別々に適切に輸送され得る部品やアセンブリに容易に解体され得ることを意味している。本願の熔解装置の構成は、放射性を有する資材に接触するかもしれない熔解装置の各部品がカプセル化されて輸送され得るシステムへの関心を満たす。ここで、必要とされる補助システムは、適切な輸送コンテナ内に既に設置されており、熔解装置のモジュールは、輸送コンテナ内に容易に置かれ得る。そして、輸送中における人体や環境に対する負荷は、確実に防止される。従来技術による熔解装置は、合理的なコストで解体できない。さらに、これらの解体は、解体に従事する労働者に対して高い汚染の危険性を有する。
【００３０】
本発明による熔解装置は、好ましくは、複数のモジュールを含む。これらは、好ましくは、少なくとも１つのチャンバーモジュール、充填モジュール、及び、輸送モジュールである。これらモジュールでは、いくつかの構成要素が、各モジュールが単独で容易に輸送されるように、それぞれ、結合されている。
【００３１】
そして、熔解装置は、好ましくは、少なくとも１つのチャンバーモジュールを備える。チャンバーモジュールは、実際の熔解プロセスがその中で行われるので、最も重要なモジュールである。チャンバーモジュールは、るつぼチャンバーを備える。充填モジュールは、少なくとも充填装置を含む。輸送モジュールは、少なくとも輸送手段を含む。
【００３２】
るつぼ基部は、モジュールの一部ではなく、単独で輸送される。本発明による熔解装置は、いくつかの異なるるつぼ基部を用いて運転され得る。そして、熔解プロセスに続いて、るつぼが配置されたるつぼ基部が、るつぼチャンバーから取り除かれてもよく、その後すぐに、他のるつぼが配置された他のるつぼ基部がるつぼチャンバー内に導入され得る。これは、特に経済的な手順を可能にする。
【００３３】
プロセスフローを最適化するために、輸送モジュールは、さらに、輸送装置がレールシステム上を移動可能なように構成され得る。そのような実施形態は、好ましくは、るつぼを備えるるつぼ基部を、積載位置でるつぼと共に積載することができ、るつぼチャンバー下部の第１位置に移動し、熔解位置に上昇させ、熔解プロセス後に第１位置に再度下降させ、最終的に荷下ろし位置に運ぶように構成されている。これは、第１るつぼで熔解プロセスが行われている間に、既に第２るつぼが積載位置で積載され得るという利点を有する。一旦、第１るつぼの中身が熔解され第１るつぼを備える第１るつぼ基部が荷下ろし位置に移動されると、第２るつぼを備える第２るつぼ基部が熔解位置に運ばれ得る。そして、２つのるつぼ基部が同時に使用され得る。
【００３４】
熔解装置の輸送後、モジュールは、熔解装置をセットアップするために、容易に、互いに再接続され得る。ここで輸送モジュールは、好ましくは、チャンバーモジュールの下部に設置される。充填モジュールは、好ましくは、チャンバーモジュールの上部に配置される。モジュールを容易に輸送できるようにするために、好ましくは、支持要素がモジュールに設けられる。支持要素は、モジュールを補強し、輸送中のダメージに対して、モジュール内の個々の構成要素を守る。支持要素は例えば鉄骨である。
【００３５】
個々のモジュールのサイズは、好ましくは、これらが容易に輸送され得るように選択される。輸送に先駆けて、例えば、チャンバーモジュールは、輸送モジュールから、そして任意に充填モジュールから分離され、分離した状態で輸送される。好ましくは、モジュールは、これらが容易にトラック又はワゴンに積載されるように構成されている。有利な実施形態は、これらが２０フィート又は４０フィートの標準的なコンテナ内に積載され得るようなサイズに形成されたモジュールを対象とする。このことは、各モジュールが、好ましくは、長さが５．７１ｍ未満、幅が２．３５２ｍ未満、高さが２．３８５ｍ未満であることを意味している。好ましくは、各モジュールの重量は、２００００ｋｇ、好ましくは１００００ｋｇ、さらに好ましくは５０００ｋｇを超えないものとすべきである。
【００３６】
本発明による熔解方法は、
ａ．熔解される資材をるつぼに充填する充填ステップ、
ｂ．るつぼ内の熔解される資材を加熱する加熱ステップ、
ｃ．任意の、熔解される資材の追加分をるつぼ内に再充填する再充填ステップ、
ｄ．ブロックを形成するためにるつぼ内で熔解された資材を固化する固化ステップ、
を含む。
【００３７】
るつぼの充填は、好ましくはるつぼチャンバー上に配置された充填装置によって実行され得る。あるいはまた、るつぼは、るつぼチャンバー外で少なくとも部分的に充填されてもよい。それから、るつぼは、熔解される資材と共にるつぼチャンバー内に移動される。第１バッチが熔解された後、１つ以上のさらなるバッチが充填装置を使用して充填され得る。そして、るつぼの容量が最適に利用され得る。もし必要ならば、熔解装置は、るつぼの充填に先駆けて、セットアップされる。最初の充填は、熔解位置以外の場所（言い換えるなら、るつぼチャンバー外）、例えば、スクラップ保管庫内の積載位置で行われてもよい。ここで、シート状金属の樽を備えるるつぼに、熔解される資材が含まれるように充填することが考えられる。これにより、るつぼのダメージが取り除かれる。最終的に、シート状金属の樽は熔解される資材と共に熔解される。
【００３８】
充填装置を使用した充填の間、熔解される資材は、例えば充填かごによってチャンバー開口を通して、気密性のある炉の筐体内に設置されたるつぼの中に充填される。この目的のために、充填かごは、降ろされて、その中身がるつぼの中に導入されてもよい。このとき、るつぼは、すでに熔解された資材を含んでいてもよい。チャンバー開口は、ゲートとして構成され得る。
【００３９】
プロセスの制御に依存して、るつぼは、るつぼチャンバー内に導入されたときに、既に、集約されるスクラップを含んでいてもよい。充填装置によって、その後、さらなる熔解される資材が、るつぼの充填度をより高めるようにするために、再充填され得る。本発明による方法は、好ましくは、熔解される資材の第１バッチが既にるつぼ内で熔解された後に、熔解される資材を再充填する再充填ステップを含む。熔解プロセスの手段によって資材の体積は削減され、るつぼには他のバッチの集約される資材のためのスペースが用意される。
【００４０】
熔解される資材は、好ましくは、少なくとも１０００℃、より好ましくは少なくとも１３５０℃、特に好ましくは少なくとも１５００℃の温度に加熱される。当然に、選択される温度は熔解される資材に依存する。加熱後、熔解される資材は、資材ができるだけ完全に熔解するために、所定の時間、高い温度で維持される。加熱と共に始まり、固化の直前に終了する熔解プロセスは、好ましくは、少なくとも４時間、より好ましくは少なくとも６時間継続する。選択された時間が短すぎると、熔解は、完全でないかもしれない。さらに、るつぼに大きなストレスを加える局所的な過加熱がるつぼ内又はるつぼで起こり得るので、急激な加熱は避けられるべきである。急激な加熱は、るつぼの浸食を増幅する強すぎる対流を引き起こすかもしれない。そして、るつぼの寿命が減少するだろう。
【００４１】
しかし、１６時間、特に１０時間を超える熔解時間が必要ないことが明らかになった。このような熔解時間で熔解は完全であり、熔解時間がより短い方が低コストで有利であるからである。上述の温度でも熔解されない融点の高い構成要素が熔解される資材の中に存在したとしても、資材の中の空隙は、熔解したより融点の低い資材によって満たさるだろう。
【００４２】
熔解される資材の熔解は、熔解位置に配置されたるつぼ内で、言い換えるなら、気密性のある炉の筐体内で行われる。この位置で、熔解装置は、るつぼチャンバーとるつぼ基部とがシェル及びチャンバー底部によって気密性のある炉の筐体を形成するように構成されている。したがって、熔解プロセスは、真空下又は熔解される資材の酸化を防ぐ不活性ガス雰囲気下で行うことができる。このことにより、例えばマグネシウムやカドミウムを含むような反応性金属スクラップでさえ集約され得る。さらに、揮発性の生成物の形成が抑制される。
【００４３】
るつぼが取り除かれる前に、好ましくは不活性ガスと、場合によりるつぼに含まれている熔解物の副産物とは吸引され、好ましくは排気ガス浄化を受ける。排気ガス浄化は排気ガス浄化システムを用いて行われ得る。排気ガス浄化システムは、結露トラップであってもよい。例えば、フィルタリング、特にＨＥＰＡフィルタを使用するフィルタリングといった他の浄化方法も考えられる。
【００４４】
熔解される資材の汚染物質はるつぼ内での真空加熱前処理で除去される。汚染物質は、例えば、水蒸気、溶媒、上薬、オイル、油脂、及び／又は、プラスチックである。
【００４５】
プロセスは、好ましくは、真空下又は不活性ガス下で資材特有の要件に応じて実行される。これは、熔解される資材の反応性の構成要素が、大気下で実行した場合に避けられない爆発や揮発性酸化物の形成を起さないようにすることを確実にする。
【００４６】
チャンバー開口は、好ましくは、熔解処理の間、閉鎖要素によって閉じられている。閉鎖要素は、るつぼの内容物によって環境を汚染することなく熔解される資材をるつぼに充填できるようにするゲートの一部であってもよい。この手段は、熔解装置周辺の管理区域を相当小さく保つのに役立つ。さらに、熔解される資材は、最初のスクラップの集約によってその分体積が縮小された場合、運転中に再充填される。そして、再充填中でさえ、真空状態又は不活性ガス雰囲気が炉の筐体内で維持される。
【００４７】
熔解された資材の固化は、好ましくは、るつぼが炉の筐体内に配置されている間に実行される。ここで、資材は、既に少なくとも部分的に冷却され、ブロックを形成している。ブロックがこの位置で大気の温度まで冷却される必要はない。安全に取り除くことができる程度に冷却されていれば十分である。室温に冷却する冷却ステップは、好ましくは、他の場所、例えば、上述の荷下ろし位置で行われる。その間に、任意に他のるつぼ基部上に既に配置された他のるつぼが、るつぼチャンバー内に導入されてもよい。
【００４８】
ブロックは、るつぼから取り除かれてもよく、るつぼと共に処理されていてもよい。るつぼからブロックを除去する前に、るつぼは、第２位置からるつぼチャンバー外の第１位置に輸送手段によって移動される。るつぼは第２位置から第１位置へと下げられることが好ましい。これは、るつぼが下方に移動することによってるつぼチャンバーから取り除かれることを意味している。るつぼはるつぼチャンバーの下部領域から取り除かれ得る。これは、輸送手段によって、又は、別に設けられた更なる輸送手段を使用することによってなされる。特別な実施形態では、輸送手段は、るつぼ基部及びその上に配置されたるつぼと一緒に移動でき、特にレール上を移動できる。るつぼはるつぼチャンバーの下部領域から取り除かれるので、他のるつぼがるつぼチャンバー内に導入され得る。これは、るつぼチャンバー内の余熱を利用し、熔解装置を適切に利用することを可能にする。荷下ろし位置での冷却、ブロックの除去、及び、積載位置での再充填の間に、新たな熔解プロセスが既に他のるつぼで行われていることができる。
【００４９】
さらに、熔解装置は、るつぼが破損した場合に、熔解物がるつぼ基部に存在する収集皿に降ろされるという利点を有する。収集皿で熔解物は固化される。欠陥のあるるつぼを有するるつぼ基部は、るつぼチャンバーから取り除かれ、集約プロセスは、他のるつぼ基部上に配置された他のるつぼで継続され得る。
【００５０】
熔解プロセス中に、実質的に酸素が存在しない雰囲気がるつぼチャンバー内を占めている。これは、チャンバー内に占める酸素分圧が１０ｋＰａ未満、より好ましくは、１ｋＰａ未満であることを意味している。これは、るつぼ内を真空状態にすること又は不活性ガス雰囲気にすることのいずれかによって達成され得る。窒素は揮発性酸化物の形成を効果的に抑制でき、高価でないので、好ましい不活性ガスは窒素である。
【００５１】
交換可能なるつぼを使用することによって高い実用性を有するので、熔解装置は、同じスループットを有しながら、他のシステムの場合よりもサイズを小さくできる。これは同時に輸送を容易にする。さらに、各熔解プロセス後にるつぼの点検が可能であるので、るつぼ、そして熔解装置全体をより軽量に構成できる。従来の熔解装置では、プロセス中に点検することができないような継続的な運転において、るつぼが部分的に使用されるので、るつぼは極めて堅牢に構成されていた。
【００５２】
熔解プロセスの終了後、熔解された資材は、るつぼ内で固化することができ、空隙を有さず、そして、熔解前の資材と比較して顕著に高い密度を有するブロックを形成する。
【００５３】
ブロックの冷却後、好ましくはるつぼ内で、ブロックはるつぼから除去され、例えば標準化された廃棄パッケージ（例えば、金属シートで形成された樽）に移される。るつぼは、好ましくは、標準的な廃棄パッケージにフィットするブロックが得られるように構成される。ブロックは好ましくは、直径約４００〜６００ｍｍ、高さ約８００〜１０００ｍｍの円柱体である。
【００５４】
寿命を迎えたるつぼは、破壊されることなく、最終処分のために、固化されたブロックと共に、同様に標準化されたより大容量の廃棄パッケージ内に供給される。
【００５５】
炉の筐体及び充填装置の気密性は、新規の集約熔解の開始時、好ましくは、加熱前に、短い圧力上昇テストによって確かめられ、確実にされ得る。炉の筐体は、好ましくは、密閉シールされる。これは、２０ｍｂａｒの真空時における１時間の圧力の上昇が２０ｍｂａｒ未満であることを意味している。同じことが、好ましくは、ゲート、特に、充填装置に対しても適用される。
【００５６】
本発明による熔解方法は、さらに、熔解される資材のバッチに対する充填、加熱、熔解、任意の再充填、及びブロックへの固化の各ステップが、好ましくは真空及び／又は制御された雰囲気下で、１つの交換可能なるつぼ内で行われることを特徴とする。好ましい金属ブロックは、最終処分又は保存のためのさらなる改良の後に、任意に使用され得る。熔解方法の発明的な特徴は、熔解物がるつぼ外に放出されないことである。
【００５７】
本発明による熔解装置は、従来の熔解装置に対して多数の有利な点を提供する。
・可動性を有する熔解装置が集約される資材がある場所に輸送され得るので、未処理の核スクラップは公共の交通ルートで輸送される必要がない。
・集約された資材の固化されたブロックを保管コンテナに直接導入することができ、さらなるモールドは必要とされない。
・熔解、再充填、及び、ブロックへの固化は密閉シールされ、酸素が実質的に除去された炉の筐体内で実行され、管理区域への蒸気やダストの放出は防止される。
・蒸気やダストは排気ガス浄化システム内に留め置かれる。
・熔解装置は、好ましくは、るつぼの破損が生じた場合に、熔解物の漏洩物が好ましくは冷却されていない収集皿へ、水蒸気爆発又は環境の汚染の危険性無しに安全に降ろされるように構成されている。
・るつぼの耐火性材が破壊される必要がなく、二次的な廃棄物が生じず、管理区域を削減できる。
・システムは現場に既存の管理区域を使用し、追加の解体費用が生じない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】るつぼチャンバー及び第１位置においてるつぼ基部を備えるるつぼの断面図を示す。
【図２】輸送装置（図示しない）を使用することによってるつぼが第２位置（熔解位置）に運ばれたとき、どのようにシェルと共にチャンバー底部が気密性のある炉の筐体を形成するかを示す断面図である。
【図３】本発明の可動性を有する熔解装置を示す断面図である。
【図４】輸送の準備ができた状態の可動性を有する熔解装置を示す。
【図５】補助システムを備えたセットアップされた可動性を有する熔解装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
図面に関する以下の記載は、熔解装置及びその構成要素の好ましい実施形態に関する。
【００６０】
図１はるつぼチャンバー３及び第１位置においてるつぼ基部９を備えるるつぼ２の断面図を示す。るつぼ２は第１位置、言い換えれば、るつぼチャンバー３の外に配置されている。るつぼ基部９は、るつぼ２の下部に配置され、るつぼ２が漏れやすくなった場合に、熔解された資材を受け取るのに適した収集皿６を含む。るつぼ２、るつぼチャンバー３、及び、るつぼ基部９は示された位置に提供される。
【００６１】
るつぼ２は、特に黒鉛、黒鉛混合粘土、又は、セラミックスなどの耐火性材でなるるつぼ壁１１及びるつぼ底部１２を備える。るつぼ壁１１及びるつぼ底部１２は比較的薄く構成されている。これは、るつぼ２の重量が従来のるつぼの重量よりも小さいという利点を有する。これはるつぼ２の取り扱いを容易にする。るつぼは、特に、るつぼ底部１２の下部に配置された底板１３によって、そして、るつぼチャンバー３の一部として形成された安定化要素１４によって、運転中に掛かる高い負荷に耐えるために必要な安定性を獲得する。安定化要素１４は、るつぼ２を下げるために、熔解プロセス後に、取り除かれ得る。
【００６２】
るつぼチャンバー３は、さらに、好ましくはるつぼチャンバー３の外側の境界を表すシェル１５を備える。
【００６３】
るつぼ基部９は、るつぼ基部９が第２位置にあるときに、るつぼチャンバー３のシェル１５と共に、密閉シールされた空間を形成するように構成されたチャンバー底部１６を備える。
【００６４】
必要な密閉シールを達成するために、チャンバー底部１６が閉じられたときに気密性のある炉の筐体を形成するように設けられたシール要素１７はシェル１５の下端及びチャンバー底部１６の上端に配置される。
【００６５】
るつぼチャンバー３の上部領域には、熔解される資材をるつぼ２に充填するためのチャンバー開口１８を備える。チャンバー開口１８は閉鎖要素１９によって閉鎖される。閉鎖要素１９はゲートの一部であってもよい。
【００６６】
図２は、同様に、輸送装置（図示しない）を使用することによってるつぼ２が第２位置（熔解位置）に運ばれたとき、どのようにシェル１５と共にチャンバー底部１６が気密性のある炉の筐体１０を形成するかを示す断面図である。シール要素１７は気密性のある炉の筐体１０の密閉シールを行う。閉鎖要素１９もまた、好ましくは気密性を保つように構成される。
【００６７】
底板１３と安定化要素１４は共通の接触部２０を形成していることがわかる。これにより、るつぼ２は、集約プロセスの間、安定化される。しかし、それにもかかわらず、るつぼ２が熔解物の漏出を伴うようなダメージを受けた場合、収集皿６は熔解物を収集する。それから、シェル１５又はチャンバー底部１６のどちらもそれによって悪い影響を受けないので、熔解物は気密性のあるセル１０に安全に封入される。このような場合、漏洩した熔解物が収集皿６で固化されるまで待つことができ、安全に取り除かれることができる。漏洩した熔解物が収集皿６で冷却され続けている間に、他のるつぼ基部上の他のるつぼを、既に、るつぼチャンバー３内に導入することができ、集約プロセスを継続できる。
【００６８】
図３は、本発明の可動性を有する熔解装置１を示す断面図である。熔解装置がモジュール構造を有していることがわかる。チャンバーモジュール２１は輸送モジュール２２の上部に配置される。チャンバーモジュール２１の上部には充填モジュール２３が示されている。モジュールは、プラントの解体現場で互いから容易に分離され、分離した状態で輸送され得るように構成されている。
【００６９】
チャンバーモジュール２１は、特に、構成要素を有するるつぼチャンバー３を備えていることがわかる。この図では、さらに、るつぼチャンバー３、及び、排気ガス浄化システム及び／又は真空ポンプ（図示せず）を備えるゲート２５に接続される接続要素２４が示されている。
【００７０】
基部モジュール２２は、本実施形態ではシザーリフトテーブルである輸送手段７を備えている。
【００７１】
個々のモジュールが、ここでは鉄骨として構成された支持要素２６によって安定化されていることがよく理解されるだろう。結果として、モジュールは、輸送し易い形状と安定性を獲得し、熔解装置の組み立ての複雑さを減少させる。
【００７２】
さらに、ゲート２５を介してるつぼチャンバー３に接続された充填モジュール２３が示されている。充填モジュール２３はレール上を移動可能なハウジングを含む充填運搬車を備える充填装置を含む。
【００７３】
図４は輸送の準備ができた状態の可動性を有する熔解装置を示す。
【００７４】
図５は補助システムを備えたセットアップされた可動性を有する熔解装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７５】
１    可動性を有する熔解装置
２    るつぼ
３    るつぼチャンバー
４    充填装置
５    ヒータ
６    収集皿
７    輸送手段
８    ブロック
９    るつぼ基部
１０  気密性のある炉筐体
１１  るつぼ壁
１２  るつぼ底部
１３  底板
１４  安定化要素
１５  シェル
１６  チャンバー底部
１７  シール要素
１８  チャンバー開口
１９  閉鎖要素
２０  接触部
２１  チャンバーモジュール
２２  輸送モジュール
２３  充填モジュール
２４  接続要素
２５  ゲート
２６  支持要素
【図１】
0006353854.tif 000002
【図２】
0006353854.tif 000003
【図３】
0006353854.tif 000004
【図４】
0006353854.tif 000005
【図５】
0006353854.tif 000006