JPH0347480B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、溶融槽構築物から成る溶融槽、炉上
部構造部および溶融槽壁内に設けられていてかつ
セラミツク材から成る直火加熱するための電極と
を備え、これらの構造部分が絶縁物と鋼製容器に
よつて囲繞されている、高レベル放射性廃棄物を
ガラス化するための溶融炉に関する。

公知のパメラー方法（Pamela−Verfahren）
にあつては、僅かに富化された廃棄物濃縮物と硼
珪酸塩ガラスフリツトとの混合物は電気的に直接
加熱されるセラミツク材から成る溶融炉の溶融浴
表面上に載せられる。塩類を熱的に脱硝するため
の液体相成分の蒸発を行うためのおよび形成され
た廃棄物酸化物をガラスに溶解するためのガラス
融解物へのエネルギーの供給はジユールの原理に
より約1150℃に加熱された融解物に直接電流を通
して行われる。電極物質としては、溶融炉内の作
業温度よりも著しく高い溶融範囲と溶融点を有
し、更にガラス溶融物に対して十分に高い耐腐食
性と耐侵食性を有し、かつ作業温度で十分に大き
な機械的な安定性を有し、この温度でガラス溶融
物よりも著しく僅かな比電気抵抗を有する物質が
該当する。この場合、電極材料の選択が例えば作
業温度および溶融物の凝集性のような特別な要求
に従つて定まる。

直接電気的に加熱される溶融炉のために酸化錫
電極を使用することが公知になつている（“Tin
Oxide Electrodes、Their Manufacuture、
Properties And Application To Glass
Furnaces”Glass Works Equipment Ltd.参
照）。

酸化錫電極は泥状の粘土から鋳込み成形され
た、円筒形、正方形或いは長方形のブロツクから
成る。上記の文献には特に、銀から成る電流供給
部を有する酸化錫電極が記載されている。これら
の単個の電極が有効な電極表面を拡大するため、
まとめられて一つの大きなブロツクに、いわゆる
“積重ね体”に形成される。この場合はこれらの
ブロツクは溶融炉の槽の構成部分をなす。電流供
給は以下のようにして行われる。酸化錫電極の背
景が孔を備えており、この孔内に周囲に薄い銀板
が巻付けられている酸化錫ラムが押込まれる。ラ
ムと電極とが同じ材料から成つているので、温度
交番の際にどんな熱的な負荷も生じない。この銀
板はラムを越えて突出しており、電流接続部とし
て使用される。電極を流れることのできる比較的
大きな電流（より多くの100A）が流れる際、こ
の構成にあつては銀金属と酸化錫との間に大きな
移行面が得られる。更に、銀は酸化錫電極の熱い
領域内にまで十分に入込んでおり、したがつて銀
はラムの前側面で溶ける。なぜなら、そこにおい
ては銀融点（963℃）以上の温度が存在している
からである。これによつて、金属から成る電流供
給部と酸化錫から成るセラミツク材料との間の緊
密な電気的な接触が達せられる。電極ブロツクの
長手方向において−溶融物から電極背面方向で−
温度勾配が形成されなければならない。この温度
勾配は電極接ぎ目間を通つてガラスが外部に流出
するのを阻止する。この理由から、また銀の融点
が低いことから、電極背面は冷却されなければな
らない。ガラス工業において一般的な方法は電極
背面から外部の周辺空気への熱伝達を対流で行つ
た。即ち、電極の背面は解放されている。

この公知の電極の構成は、特に高レベル放射性
廃棄物の場合以下の欠点を有している。作業経過
の間に溶融槽材料と電極材料の腐食が進み、高レ
ベル放射性ガラスが酸化錫電極間の接目或いは電
極と溶融槽構築材との間の接目から流出する。極
端な場合、このガラス流出は炉の規制しがたい空
働きを招く。なぜなら、ガラスが潜熱を“伴う”
のでガラス流れを容易に停止できないからであ
る。作業の間、溶融炉の上部炉室内において付加
的に漏洩空気の低減を行い負圧を維持しなければ
ならない。電極の背面が開かれておれば、絶縁物
を介して著しい量の漏れ空気が吸込まれることに
なる。

西ドイツ公開特許公報第2426328号には、鉱質
物質を溶融するための槽型炉が記載されている。
この槽型炉にあつては水によつて冷却されるモリ
ブデン電極が使用される。この公報から、電極の
構成と溶融炉壁内の配設の様式は推察されない。

西ドイツ公開特許公報第2631220号には放射性
成分を有するガラスを溶融固化するための炉が記
載されている。この炉にあつては酸化錫電極或い
はモリブデン電極が使用されている。この公報に
も、電極の構成および溶融炉壁内での配設様式は
詳しく記載されていない。

これら公知の炉にあつては電極は溶融炉表面の
下方に設けられており、したがつて−上記のよう
に−時間の経過と共に溶融したガラスは電極間の
接ぎ目および電極と溶融槽構築物との間の接ぎ目
で流出する。

放射性の廃棄物をガラス化するための公知の溶
融炉にあつては、電極の冷却は電極背面が開かれ
ていて対流により熱放出により或いは強制冷却に
より行われた。この場合、溶融炉がその絶縁部と
共に挿入されている一般に用いられる鋼製容器は
電極背面において閉じられている。重い空気流は
環状ノズルシステムによつて電極背面方向で案内
され、これに伴つて温度は所望の値に保持され
る。この冷却工程を省略した場合、電極背面にお
ける許容しがたい温度上昇が起る危険が生じる。
温度勾配を欠いているので、ガラスは電極の間お
よび傍らで流出する。固有の安全は得られない。
冷却に必要な空気量の著しい割合は付加的にプロ
セス内で生じる他の放射性の空気量に処理され
る。圧縮空気容量流の著しい変動はセラミツク材
の電極材料において熱シヨツクを誘起する。この
電極材料が温度敏感なので、上記のガラス流出を
招く亀裂が生じる。本発明の課題は、冒頭に記載
した様式の溶融炉を、上記の欠点を持たない、溶
融物の流出の危険を回避でき、かつ電極の強制冷
却をもはや必要としないように構成することであ
る。更に、漏れ空気の流出が最小限に留められ、
効率減退が低減され、溶融炉の安定性が総じて増
大される。

上記の課題は本発明により以下のようにして解
決される。即ち、電極が上方から入込んでいてか
つこの電極の上側面と結合されている電流供給部
を備えていること、およびガラス溶融物の水準が
電極の上側面の下方の水準に調節されるように構
成されていることによつて解決される。

本発明による構成によつて、達せられる最大の
ガラス水準が常に電極上縁の下方に存在してい
る。このことは、電極間の接ぎ目および電極と溶
融槽構築物間の接ぎ目においてもはやガラスが浸
出しないことを意味する。これによつて、この浸
出するガラスが金属製の電流供給部と接触するこ
との危険および電流供給部とガラス溶融物との間
での電極の迂回下での電気的な橋絡形成の危険が
回避される。本発明による構成により、電極のた
めに受動的に或いは能動的に働く冷却システムを
設けなくて済む。炉の鋼製の容器は完全に密封し
て形成することができ、これにより漏洩空気が実
際にもはや生じることはない。本発明による構成
により、溶融炉は自体安定する。なぜなら万一電
極の側面においてガラスが流出してもこのガラス
は正確に定められた絶縁物により外側の鋼製の容
器への移動過程で固化してしまうからである。

電極背面を介して行われる熱損失は本発明によ
り形成された溶融炉にあつては従来の炉における
よりも80％だけ少ない。相応して、炉の効率損失
も僅かである。この溶融炉を２年間作動し続けた
場合、−電気量DM0.15／KWhを加えたとしても
−約40000DMの少ない効率損失により費用の節
約が達せられた。

電極内における温度が均一なので、金属製の電
流供給部からセラミツク材の電極材料への熱推移
が全接触面−酸化錫／金属−を介して良好に行わ
れる。例えば銀のような低融点の金属の使用はも
はや必要としない。電極材料内における温度差が
僅かなので、この熱シヨツクに敏感な材料内での
亀裂形成の危険が実際に排除される。たとえ亀裂
が生じたとしても、この亀裂は液状のガラスの表
面張力が僅かなので直ちにガラスによつて充填さ
れる。1100℃におけるガラスの導電性が酸化錫の
導電性より約100の係数だけ小さくはあるが、−１
mmと仮定される−亀裂の厚みはこの帯域内におけ
る効率を著しく阻害しない。このことは局所的な
温度上昇を招く。この亀裂内における温度上昇に
より、ガラスの導電性が増し、ここにおいて発生
するエネルギは再び低減する。実際に、平衡が生
じ、この平衡は材料の物理的な常数、絶縁部の構
成および溶融浴内における温度に依存している。
ガラス溶融物が溶融物水準の領域内において極め
て活発であり、かつ電極材料がこの活性に基いて
ガラス溶融物水準の領域内で洗われることが明ら
かになつた。この欠点は特許請求の範囲第２項お
よび第３項による構成で充分に阻止される。

本発明の他の優れた構成は特許請求の範囲第４
項から第１１項に記載した。

以下に添付図面に図示した実施形につき本発明
を詳説する。

図面は溶融炉２を示している。この溶融炉の溶
融槽４は耐腐食性で耐温性のセラミツク材から成
る槽構築物から形成されている。溶融槽４の上部
には、熱交番に強い耐腐食性の材料から成るいわ
ゆる上方炉６が存在している。溶融槽と上方炉は
多数の絶縁槽８，１０および１２によつて囲繞さ
れている。溶融槽と絶縁槽から成るこの配設は機
密な鋼製の容器１４内に装入されている。

溶融槽４の側壁部１６内にはこの壁部１６の一
部分を形成する電極１８が挿入されている。これ
らの電極１８は正方形の形状を持ち、セラミツク
材、例えば酸化錫から成る。これらの電極は上方
の炉内部に指向している縁部において長方形の段
状の切欠き２０を備えている。したがつて上方に
指向している断面が長方形の、溶融槽壁部１６の
一部分２４を形成している隆起部２２が形成され
る。

隆起部２２内には、即ち電極１８の上側には、
垂直な袋孔２６が形成されており、この袋孔は電
極１８の下方部分２８にまで延びており、この袋
孔内には電極ラム３０が押込まれている。この電
極ラム３０は高い融点を有する金属から成る電流
接続部３２を有している。この電流接続部は隆起
部２２を越えて突出しており、上方炉６の壁と絶
縁層８との間に設けられていてかつ絶縁部３５に
よつて囲繞されている、耐温性で耐腐食性の金属
から成る電流供給部と軽く接触している。

電極ラム３０は薄い金属板で囲繞されており、
この金属板は隆起部２２から突出しており、電流
接続部３２として役立つ。電流接続部３２は特に
電流供給部３４とろう付けされているか或いは溶
接されている。電流接続部３２と電流供給部３４
は一般に異つた材料から成る。

電極ラム３０を囲繞している金属板３２はそこ
に生じる温度が高い−1200℃の溶融温度で約1100
℃である−ので、従来公知の溶融炉におけるよう
な銀の代りに耐高温性で耐腐食性の金属として白
金から成る。

電流供給部３４の金属は例えば耐高温性のクロ
ムニツケル或いは純ニツケルである。クロムニツ
ケルと白金の化合物もしくはニツケルと白金の化
合物は高温ろう付け（1150℃と1300℃の間の作業
温度）によりおよび／又は機械的にねじ結合或い
は押し潰し結合で行われる。

単一の電極の代りに多数の単一の電極から成る
電極ブロツクを設けることができる。これに関し
ては第２図を参照されたい。この第２図において
は二つの電極１８，１８′から成るブロツクが図
示されている。これによつて電極の有効面を増大
することができる。

電流供給部３４と電流接続部３２のためには、
同じ材料を使用してもよい。

電極１８の配設は、上縁３６が常に最大に達し
得るガラス水準３８の上方に存在するように行わ
れる。これにより、電極間の接ぎ目或いは電極と
溶融槽との間の接ぎ目からガラスが滲出せず、金
属の電流供給部と接触し、電流供給部とガラス溶
融物との間の電極迂回での電気的な橋絡が形成さ
れる。

既に上に述べたように、白金は電極ラムを囲繞
している電流接続部のために銀の代りに使用され
る。溶融炉における熱損失が本発明による構成に
より従来の炉におけるよりも著しく低減されるの
で、高価な白金のための付加的な費用が増す。

電極のための冷却は−受動的であろうと能動的
であろうと−必要としない。

【図面の簡単な説明】

第１図はセラミツク材から成る溶融炉中の本発
明によつて形成された電極配設の断面図、第２図
は電極ブロツクの第１図に相当する電極配設の概
略図。 図中符号は、４……溶融槽、１８……電極、２
０……切欠き、２４……溶融槽構築物、３４……
電流供給部、３６……上側面、３８……水準。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶融槽構築物から成る溶融槽、炉上部構造部
   および溶融槽壁内に設けられていてかつセラミツ
   ク材から成る直火加熱するための電極とを備え、
   これらの構造部分が絶縁物と鋼製容器によつて囲
   繞されている、高レベル放射性廃棄物をガラス化
   するための溶融炉において、電極１８が上方から
   入込んでいてかつこの電極の上側面３６と結合さ
   れている電流供給部３４を備えていること、およ
   びガラス溶融物の水準が電極１８の上側面３６の
   下方の水準に調節されるように構成されているこ
   とを特徴とする溶融炉。 ２ 上方の電流供給部３４と結合されている電極
   １８が溶融槽方向に指向している前側面の上縁に
   沿つて溶融槽４の溶融槽構築物２４のための切欠
   き２０を有しており、この場合ガラス溶融物の水
   準３８が電極１８の上側面３６の下方の水準に維
   持されるように構成されている、特許請求の範囲
   第１項に記載の溶融炉。 ３ ガラス溶融物の水準３８が溶融槽構築物のた
   めの切欠き２０の領域内での水準に調節されるよ
   うに構成されている、特許請求の範囲第２項に記
   載の溶融炉。 ４ 電流供給部３４が自体公知の電極棒３０と結
   合されており、この電極棒が電極１８の切欠きを
   区画する隆起した部分２２を形成する下方に指向
   している袋孔２６の上側に押込まれている、特許
   請求の範囲第１項或いは第２項に記載の溶融炉。 ５ 電極棒３０が自体公知の様式で金属板３１に
   よつて囲繞されており、この金属板が電極１８の
   上側面３６を越えて延びており、電極１８の電流
   接続部３２として電流供給部と結合されている、
   特許請求の範囲第４項に記載の溶融炉。 ６ 金属板３１が発生する温度にあつて溶融不能
   な金属から成る、特許請求の範囲第５項に記載の
   溶融炉。 ７ 金属が白金である、特許請求の範囲第６項に
   記載の溶融炉。 ８ 金属板３１が電流供給部３４とろう付けされ
   ているか或いは溶接されているか或いはねじ結合
   或いは押し潰しにより結合されている、特許請求
   の範囲第５項から第７項のいずれか一つに記載の
   溶融炉。 ９ 電流供給部３４が絶縁されて炉６の壁と溶融
   炉２の絶縁部８間に設けられている、特許請求の
   範囲第１項から第８項のいずれか一つに記載の溶
   融炉。 １０ 電流供給部３４がクロームニツケル或いは
   純ニツケルのような耐高温性の金属から成る、特
   許請求の範囲第１項から第９項のいずれか一つに
   記載の溶融炉。 １１ 電流供給部３４と電流接続部３２がクロー
   ムニツケル−鋼或いは純ニツケルのような同じ耐
   高温性の金属から成る、特許請求の範囲第１項か
   ら第１０項のいずれか一つに記載の溶融炉。