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JPH0636073B2 - Method for melting treatment of a treatment object containing zirconium or zirconium alloy - Google Patents
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JPH0636073B2 - Method for melting treatment of a treatment object containing zirconium or zirconium alloy - Google Patents

Method for melting treatment of a treatment object containing zirconium or zirconium alloy

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JPH0636073B2
JPH0636073B2 JP6804286A JP6804286A JPH0636073B2 JP H0636073 B2 JPH0636073 B2 JP H0636073B2 JP 6804286 A JP6804286 A JP 6804286A JP 6804286 A JP6804286 A JP 6804286A JP H0636073 B2 JPH0636073 B2 JP H0636073B2
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JP
Japan
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zirconium
treated
zirconium alloy
crucible
eutectic material
Prior art date
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JP6804286A
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史明 小松
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Kobe Steel Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明はジルコニウムまたはジルコニウム合金を含む
被処理物を金属製容器の中で溶融処理する方法に関する
ものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for melt-processing an object to be processed containing zirconium or a zirconium alloy in a metal container.

(従来技術) 原子力分野で利用されるジルコニウム単体およびジルコ
ニウム合金で作られた製品の中で代表的なものは以下の
通りである。
(Prior Art) Typical products made of zirconium simple substance and zirconium alloy used in the field of nuclear power are as follows.

(A)核燃料物質である二酸化ウラン燃料をペレット状
に充填する金属管、すなわちジルコニウムと錫の合金で
作られたジルカロイ金属被覆管、 (B)燃料ペレットを充填したジルカロイ金属被覆管を
原子炉に装荷する際に、炉内で水との接触あるいは炉内
への装荷作業性を容易にするためのジルカロイ金属で作
られた角柱状のチャンネルボックス、 (C)使用済燃料の再処理時に剪断処理した短尺の核燃
料被覆管中から濃硝酸と弗化水素酸混合液を用いて燃料
物質を溶解するために使用する塔槽類、すなわちジルコ
ニウム単体あるいはジルコニウムとタンタルの合金で作
られた溶解反応槽ならびにこれらの溶液の濃縮槽、さら
にはこれらの機器に用いられる配管部品、 これらのジルコニウムあるいはジルカロイ金属の製品は
つぎの過程で廃棄物として発生する。チャンネルボック
スは再処理工場へ使用済燃料を搬送する際に取外され、
この際廃棄物として発生する。
(A) A metal tube for filling uranium dioxide fuel, which is a nuclear fuel material, in a pellet form, that is, a zircaloy metal clad tube made of an alloy of zirconium and tin, (B) A zircaloy metal clad tube filled with fuel pellets for a nuclear reactor. When loading, prismatic channel box made of Zircaloy metal to facilitate contact with water in the furnace or loading work into the furnace, (C) Shearing process when reprocessing spent fuel The column tanks used to dissolve the fuel substance from the short nuclear fuel cladding tube using concentrated nitric acid and hydrofluoric acid mixture, that is, a dissolution reaction tank made of zirconium alone or an alloy of zirconium and tantalum, and Concentration tanks for these solutions, as well as piping parts used in these devices, and products of these zirconium or zircaloy metals are Occur as wastes. The channel box was removed when transporting the spent fuel to the reprocessing plant,
At this time, it is generated as waste.

再処理工場では濃厚硝酸液を弗化水素酸混合液中に剪断
した核燃料被覆管の短尺物を浸漬し、内部の使用済核燃
料物質を溶解した時、残渣として被覆管短尺物(ジルカ
ロイハル)が発生する。また溶解反応槽、濃縮槽、配管
等は寿命等の理由で解体された際に発生する。
At the reprocessing plant, a short piece of nuclear fuel clad tube that was sheared from concentrated nitric acid solution in a hydrofluoric acid mixture was immersed, and when the spent nuclear fuel material inside was dissolved, a short piece of clad tube (zircaloyhal) was produced as a residue. Occur. Further, the dissolution reaction tank, the concentration tank, the piping, etc. are generated when they are dismantled for the reason of life etc.

すなわち、ジルコニウム単体ならびにジルコニウム合金
は1800℃以上の高融点を有し、さらに耐食性が他の
金属より優れていることから、最も苛酷な条件で使用さ
れる。この結果、そのもの自体が中性子照射により高放
射化されており、しかも二酸化プルトニウム等の超ウラ
ン元素およびセシウム等の核分裂生成物が未溶解残渣と
して付着している等の特色を有している。その結果特殊
なハンドリングと万一の外乱に際して厳重な貯蔵、管理
とが要求される。
That is, zirconium alone and zirconium alloys have a high melting point of 1800 ° C. or higher and are more excellent in corrosion resistance than other metals, so they are used under the most severe conditions. As a result, the substance itself is highly activated by neutron irradiation, and moreover, transuranium elements such as plutonium dioxide and fission products such as cesium are attached as undissolved residues. As a result, special handling and strict storage and management in the event of disturbance are required.

これらのジルコニウム系の廃棄物については、従来から
減容化と安定化を目的とした種々の処理方法の開発が試
みられてきた。
With respect to these zirconium-based wastes, it has been attempted to develop various treatment methods for the purpose of volume reduction and stabilization.

この処理を困難にしている要因としてつぎの事項があ
る。
The following items are factors that make this process difficult.

(1)高放射化と超ウラン元素付着のため、気密性が要
求される環境下で遠隔操作による特殊なハンドリング技
術が必要となる。
(1) Due to high activation and deposition of transuranic elements, special handling technology by remote control is required in an environment where airtightness is required.

(2)融点が高温(1800℃以上)であること、 (3)500℃以上の温度では酸素や水素ガスを吸収し
たり、Al等の酸化物のルツボで1400℃以上
の温度で溶解する際はルツボが還元する等の化学的活性
作用が強いこと。
(2) The melting point is high (1800 ° C. or higher), (3) Oxygen or hydrogen gas is absorbed at a temperature of 500 ° C. or higher, or the temperature is 1400 ° C. or higher with a crucible of an oxide such as Al 2 O 3. When dissolved, it has a strong chemical activation effect such as reduction of the crucible.

これらの要因を踏まえて、近時減容化と安定化処理とを
行う方法として、熱間静水圧(HIP)を用いる方法が
ある。この方法はアルゴンガス等の不活性ガスを主体と
した圧力媒体と1000℃以上の高温下で三次元的静水
圧を加え、等方圧縮し、拡散接合する方法である。この
方法はハル等の小さい形状の廃棄物に対しては良好な方
法といえるが、チャンネルボックス等の大型の廃棄物に
対しては細かく切断する必要があり、また容器に充填後
に真空脱気する必要がある等の条件が存在し、処理工程
が繁雑である。
Based on these factors, there is a method of using hot isostatic pressure (HIP) as a method of performing recent volume reduction and stabilization treatment. This method is a method in which a three-dimensional hydrostatic pressure is applied at a high temperature of 1000 ° C. or higher to a pressure medium mainly composed of an inert gas such as argon gas, isotropic compression is performed, and diffusion bonding is performed. This method can be said to be good for small-sized waste such as hulls, but large waste such as channel boxes needs to be cut into pieces, and vacuum degassing is performed after filling the container. There are conditions such as necessity, and the processing steps are complicated.

さらにジルカロイハルの別の処理方法として、以下のも
のが知られている。すなわち、 (1)RECENTS DEVELOPPEMENTS DANS LA FUSION PA
R INDUCTION ENCREUSET FROID J REBOUX ETAL CEA,
MARCOULE, FRANCE(1984) (2)CONDIONNEMENT ET DICONTAMINATION DESDECHETS
DE GAINE D'ELEMENTS COMBUSTIBLES NUCLEAIRES P
AR FUSION J.J.FRANCILLON ETALCEA, MARCOULE, FRA
NCE(1982) 上記(1)の方法はジルカロイハルそのものを水冷銅で
作られた角柱水冷鋳型を円筒状の空間で形成されるよう
に周囲に配列させ、この円筒状空間の外側から円筒状空
間を囲むように高周波コイルを巻いて高周波を印加し、
ジルカロイハルを円筒状空間部に供給して溶解する。
Further, the following is known as another treatment method for zircaloyhal. That is, (1) RECENTS DEVELOPPEMENTS DANS LA FUSION PA
R INDUCTION ENCREUSET FROID J REBOUX ETAL CEA,
MARCOULE, FRANCE (1984) (2) CONDIONNEMENT ET DICONTAMINATION DESDECHETS
DE GAINE D'ELEMENTS COMBUSTIBLES NUCLEAIRES P
AR FUSION JJFRANCILLON ETALCEA, MARCOULE, FRA
NCE (1982) In the method of (1) above, zircaloy hull itself is arranged in the periphery so that a prismatic water-cooled mold made of water-cooled copper is formed in a cylindrical space, and from the outside of this cylindrical space, a cylindrical space is formed. Apply a high frequency by winding a high frequency coil to surround the
Zircaloyhal is supplied to the cylindrical space and melted.

この方法では供給したハルに対し高周波が印加されるの
で、1860℃の高い融点を有するハルが溶解できる。
溶解されたハルは円筒状空間の下部から冷却されつつ引
抜かれる。この方法は高融点のハルを直接溶解でき、し
かも供給される供給物の形状、寸法もある程度複雑かつ
大きいサイズのものが処理できるが、問題点は水冷銅鋳
型の寿命と保守管理の困難さにある。すなわち水冷して
いるため、水漏れした時に水蒸気爆発の危険性があり、
また保守の際の点検と、交換作業が困難なことである。
In this method, since a high frequency is applied to the supplied hull, the hull having a high melting point of 1860 ° C. can be melted.
The melted hull is withdrawn from the lower part of the cylindrical space while being cooled. This method can directly melt the hull with a high melting point, and can process the shape and size of the supplied material to a certain extent and large size, but the problem is the life of the water-cooled copper mold and the difficulty of maintenance. is there. That is, since it is water-cooled, there is a danger of steam explosion when water leaks,
In addition, it is difficult to perform inspections and replacements during maintenance.

また上記(2)の方法は、水蒸気爆発の危険性を軽減し
た方法といえる。これは溶解用のルツボとしてグラファ
イト容器を用い、グラファイト製ルツボの周りの高周波
コイルを巻いてグラファイトを加熱することによってル
ツボ内のハルを溶解しようとするものである。しかし、
グラファイトルツボの加熱により内部のハルを間接的に
加熱する方法であるため、1860℃の融点を有するハ
ルはルツボの溶解限界を越えており、溶融することがで
きない。
Further, the above method (2) can be said to be a method that reduces the risk of steam explosion. In this method, a graphite container is used as a melting crucible, and a high-frequency coil is wound around the graphite crucible to heat the graphite to melt the hull in the crucible. But,
Since this is a method of indirectly heating the inner hull by heating the graphite crucible, the hull having a melting point of 1860 ° C. exceeds the melting limit of the crucible and cannot be melted.

これに対し、高融点のジルカロイあるいはジルカロイ金
属を低い温度で溶解する手段が存在する。この方法が共
晶溶融反応である。すなわち共晶反応を利用することに
よって高融点の金属の融点を低下させるもので、ジルコ
ニウムおよびジルカロイ金属の場合、その代表的な共晶
反応生成金属としては、第1表に示す金属の組合せが存
在する {(3)HETALLURGY AND metallurgical ENGINEARING
SERIES “CONSTITUTION OF BINARY ALLOYS" HCGRAW
HILL BOOK CO, INC,(1958)参照}。
On the other hand, there is a means for melting high melting point zircaloy or zircaloy metal at a low temperature. This method is a eutectic melting reaction. That is, the melting point of a high melting point metal is lowered by utilizing the eutectic reaction. In the case of zirconium and zircaloy metal, typical eutectic reaction-forming metals include the combinations of metals shown in Table 1. Do {(3) HETALLURGY AND metallurgical ENGINEARING
SERIES “CONSTITUTION OF BINARY ALLOYS” HCGRAW
HILL BOOK CO, INC, (1958)}.

すなわち、第1表はジルコニウム単体金属を1200℃
以下の融点にすることが可能な添加材の添加条件を示し
ている。ただし、これらの状態図はジルコニウムを対象
とした場合、ジルコニウム金属自体が一般的な金属でな
いだけに十分調査されてなく、また三種類あるいはそれ
以上の組合せによる挙動については未知数であり、第1
表がすべての満足された情報を提供しているものではな
い。
That is, Table 1 shows that zirconium elemental metal is 1200 ° C.
The addition conditions of the additive material that can achieve the following melting points are shown. However, these phase diagrams have not been sufficiently investigated when zirconium metal itself is not a general metal in the case of zirconium, and the behavior of three or more combinations is unknown.
The table does not provide all satisfactory information.

また第2表はジルコニウム金属と共晶材反応条件とを示
し、同表では上記(2)におい示された値で、グラファ
イトルツボで溶解する場合、単に溶融点が低くなっても
グラファイトルツボ材と反応しない組合せを重要視して
おり、この結果銅を採用している。しかしこの方法は上
記(1)と比べ、溶融点を低くでき、かつ水冷部との直
接接触を避けることができたが、何回か同じグラファイ
トルツボで溶解するとグラファイトルツボは浸蝕された
り、また加熱の際の熱衝撃作用によって破損し、ルツボ
が二次廃棄物として発生するという問題がある。
Table 2 shows zirconium metal and eutectic material reaction conditions. In the same table, the values shown in the above (2) indicate that when melting in a graphite crucible, even if the melting point is lowered, Emphasis is placed on non-reactive combinations, and as a result, copper is used. However, this method was able to lower the melting point and avoid direct contact with the water-cooled part compared with (1) above, but if the graphite crucible was melted several times, the graphite crucible would be eroded and heated. However, there is a problem that the crucible is damaged as a result of the thermal shock at the time and the crucible is generated as secondary waste.

放射性廃棄物の処理ではこの二次廃棄物の発生は極力避
けるべきであり、この結果推論としてグラファイトルツ
ボの中で溶解し、そのまま冷却し、グラファイトルツボ
を貯蔵容器(キャニスタ)として溶融物と一緒に貯蔵す
る考えが生じる。この場合グラファイトルツボは機械的
強度に弱いこと、ルツボの開口部に蓋をする場合、溶接
等ができず密封できないこと、熱衝撃による破損の可能
性が残ることに問題がある。
In the treatment of radioactive waste, the generation of this secondary waste should be avoided as much as possible. As a result, it is inferred that it melts in the graphite crucible and is cooled as it is, and the graphite crucible is used as a storage container (canister) together with the melt. The idea of storing arises. In this case, there are problems that the graphite crucible is weak in mechanical strength, that when the opening of the crucible is covered, it cannot be welded or the like and cannot be sealed, and the possibility of damage due to thermal shock remains.

上記ジルコニウム単体およびジルコニウム合金の放射性
廃棄物を減容安定化処理する方法は、HIP法、溶融法
とも実用化を目的として開発されているが、工程が複
雑、処理対象物の範囲が狭い、水蒸気爆発の危険性があ
る、二次廃棄物が発生する等の問題点がある。
The method for stabilizing the radioactive waste of zirconium simple substance and zirconium alloy has been developed for practical use in both the HIP method and the melting method, but the process is complicated, and the range of objects to be treated is narrow. There are problems such as explosion risk and generation of secondary waste.

(発明の目的) この発明の第1の目的は、工程の複雑さを解消し、処理
対象物の範囲を拡げる溶融方法を提供するものである。
(Object of the Invention) A first object of the present invention is to provide a melting method which eliminates the complexity of the process and expands the range of the object to be treated.

この発明の第2の目的は、加熱源として炭化シリコン
(SiC)、ニクロムヒータ等の輻射熱を発生する加熱
方式を採用して水蒸気爆発の危険性を解消した溶融方法
を提供するものである。
A second object of the present invention is to provide a melting method in which the danger of steam explosion is eliminated by adopting a heating method such as silicon carbide (SiC) or a nichrome heater that generates radiant heat as a heating source.

第3の目的は、溶解用ルツボに貯蔵時の貯蔵容器を兼ね
る金属製ルツボを使用する溶融方法を提供するものであ
る。
A third object is to provide a melting method in which a melting crucible uses a metal crucible that also serves as a storage container during storage.

第4の目的は、金属ルツボの溶融温度以下で溶解処理を
行うために、ジルコニウム単体ならびにジルコニウム合
金の融点を低下させる手段として、共晶溶融法を採用し
た溶融方法を提供するものである。
A fourth object is to provide a melting method that employs a eutectic melting method as a means for lowering the melting points of zirconium simple substance and zirconium alloy in order to carry out the melting treatment at a melting temperature of the metal crucible or lower.

(発明の構成) この発明は、ジルコニウムまたはジルコニウム合金を含
む被処理物を共晶材とともに共晶材と同材質で形成され
容器中に収納し、これをプレス装置によって圧縮し、つ
いでこれを金属ルツボ中に収納して加熱炉中で不活性ガ
ス雰囲気下で加熱することによって被処理物を溶解さ
せ、冷却後に上記金属ルツボに蓋を取付けて密封して所
定の貯蔵場所に移すようにしたものである。上記共晶材
としては1200℃以下で被処理物と反応する材料を用
いることが好ましい。また被処理物と共晶材とを収納す
る容器を共晶材と同材質で形成することが好ましい。
(Structure of the Invention) The present invention is to form an object to be treated containing zirconium or a zirconium alloy in a container, which is made of the same material as the eutectic material together with the eutectic material, is compressed by a pressing device, and is then compressed with a metal. It is placed in a crucible and heated in an inert gas atmosphere in a heating furnace to melt the object to be treated, and after cooling, a lid is attached to the metal crucible and the metal crucible is sealed and transferred to a predetermined storage location. Is. As the eutectic material, it is preferable to use a material that reacts with the object to be treated at 1200 ° C. or lower. Further, it is preferable to form the container for containing the object to be treated and the eutectic material with the same material as the eutectic material.

また上記加熱炉中の雰囲気を不活性ガス雰囲気として加
熱すること、加熱炉による加熱温度を1200℃以下に
すること、上記共晶材の添加量を50重量%以下とする
ことさらには被処理物および共晶材をそれぞれ小片に切
断した状態で上記容器に収納することが好ましい。
Further, the atmosphere in the heating furnace is heated as an inert gas atmosphere, the heating temperature in the heating furnace is set to 1200 ° C. or lower, and the addition amount of the eutectic material is set to 50% by weight or lower The eutectic material and the eutectic material are preferably cut into small pieces and housed in the container.

(実施例) この発明は基本的には、ジルコニウムまたはジルコニウ
ム合金を含む廃棄物等の被処理物を共晶材とともに容器
中に収納し、これをプレス装置によって圧縮し、ついで
これを金属ルツボ中に収納して加熱炉中で加熱すること
によって被処理物を溶解させ、冷却後に上記金属ルツボ
に蓋に取付けて密封して所定の貯蔵場所に移すようにし
たものである。
(Embodiment) This invention is basically such that a material to be treated such as a waste containing zirconium or a zirconium alloy is stored in a container together with a eutectic material, compressed by a pressing device, and then placed in a metal crucible. The metal crucible is housed in a metal crucible and heated in a heating furnace to melt the object to be processed, and after cooling, the metal crucible is attached to a lid, sealed and transferred to a predetermined storage place.

上記処理方法において、加熱温度はできるだけ低いこと
が望ましく、鉄を共晶材とした場合には第2表に示すよ
うに溶解温度は947℃であるが、被処理物中には種々
の付着物が含まれ、また被処理物の形状も複雑であって
理想的な反応条件を作りだすことは困難である。さらに
共晶材として利用できる材質の範囲および混合割合を広
げること、金属ルツボの耐熱性等を考慮すると、加熱温
度は1000〜1200℃の範囲内が適当である。
In the above treatment method, it is desirable that the heating temperature is as low as possible. When iron is used as the eutectic material, the melting temperature is 947 ° C. as shown in Table 2, but various deposits are present in the object to be treated. And the shape of the object to be treated is complicated, and it is difficult to create ideal reaction conditions. Further, considering the range of materials that can be used as the eutectic material and the mixing ratio, and the heat resistance of the metal crucible, the heating temperature is appropriately in the range of 1000 to 1200 ° C.

また共晶材の添加量については、減容化の目的から極力
少なくすることが好ましく、50重量%以下にするのが
実際的である。この観点から選定される共晶材として
は、第1表からベリリウム、銅、鉄、マンガン、ニッケ
ルが上げられ、また合金材としてニッケル量が多いSU
S316、インコネル等も採用可能である。これらの形
状も板、箔、線、棒、管あるいは粉粒状のものが採用可
能である。
Further, the amount of the eutectic material added is preferably as small as possible for the purpose of volume reduction, and practically 50% by weight or less. As the eutectic material selected from this point of view, beryllium, copper, iron, manganese, and nickel are listed from Table 1, and SU having a large amount of nickel as an alloy material is used.
S316, Inconel, etc. can also be adopted. As for these shapes, a plate, a foil, a wire, a rod, a tube or a granular material can be adopted.

これらの共晶材を被処理物と良好に反応させるととも
に、共晶材と金属ルツボとの反応を防止し、さらに減容
化を向上させるために、 第1に、被処理物と共晶材とをカプセル容器に収納した
状態でプレス装置により圧縮成形するようにしている。
In order to make these eutectic materials react well with the object to be treated, prevent the reaction between the eutectic material and the metal crucible, and further improve the volume reduction, firstly, the object to be treated and the eutectic material are And are stored in a capsule container and compression molded by a pressing device.

第2にカプセル容器を共晶材で構成する。Secondly, the capsule container is made of a eutectic material.

第3に上記カプセル容器の圧縮体を金属ルツボに入れて
溶融処理する。
Thirdly, the compressed body of the capsule container is put into a metal crucible and melted.

またプレスによる圧縮は金属ルツボ内での充填嵩比重を
高め、処理量を向上させるととも、被処理物と共晶材と
の接触効率を高めている。
Further, the compression by the press increases the bulk density of the filling in the metal crucible and improves the processing amount, and also improves the contact efficiency between the object to be processed and the eutectic material.

また金属ルツボは、貯蔵容器と溶解用のルツボとしての
役割を果すことから、その形状は加工の容易な円筒形が
好ましい。また金属ルツボは被処理物の主成分であるジ
ルコニウム金属および共晶材と少なくとも1200℃以
下では反応しないことが重要である。ルツボの内面には
アルミナ、ジルコニヤ、ボロンナイトライド等の無機物
をコーティングしてもよく、あるいは金属そのものであ
ってもよい。ルツボの材質としてはモリブデン、タンタ
ルが上げられる。すなわち上記(3)の参考資料から、
第3表に示すように、モリブデンおよびタンタルはジル
コニウム、鉄、銅、ニッケルのいずれかの材質と120
0℃以下の温度で接触しても反応しない。
Further, since the metal crucible plays a role as a storage container and a crucible for melting, the shape of the metal crucible is preferably a cylindrical shape which can be easily processed. Further, it is important that the metal crucible does not react with the zirconium metal and the eutectic material which are the main components of the object to be treated at least at 1200 ° C or lower. The inner surface of the crucible may be coated with an inorganic substance such as alumina, zirconia, or boron nitride, or may be the metal itself. Molybdenum and tantalum can be used as the material of the crucible. That is, from the reference material of (3) above,
As shown in Table 3, molybdenum and tantalum are mixed with one of zirconium, iron, copper, and nickel.
It does not react when contacted at a temperature below 0 ° C.

したがって、金属ルツボとしてはモリブテンあるいはタ
ンタルで作られた金属製容器あるいはこれらの材質を内
面にライニングしたもの、例えば合せ材(クラッドし
た)のステンレ鋼製のものを採用する。このステンレス
鋼としては、鉄−クロム−ニッケル合金のオーステナイ
ト系ステンレス鋼、ニッケル量が3.00〜6.00重
量%と少なく、クロム含有量が多くしかもモリブデンが
数%添加されたオーステナイト・フェライト系ステンレ
ス鋼および鉄−クロム合金のフェライト系ステンレス
鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼が存在する。
Therefore, as the metal crucible, a metal container made of molybdenum or tantalum or a container of which the inner surface is lined, for example, a stainless steel of a laminated material (clad) is adopted. As this stainless steel, an austenitic stainless steel of iron-chromium-nickel alloy, an austenitic-ferritic alloy containing a small amount of nickel of 3.00 to 6.00% by weight, a high chromium content and a few% of molybdenum added. There are stainless steel, iron-chromium alloy ferritic stainless steel, and martensitic stainless steel.

一方、製作コストを安価にする手段として、共晶材を線
足することによって上記のオーステナイト・フェライト
系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、マルテン
サイト系ステンレス鋼を直接使用することも可能であ
る。これらのステンレス鋼の主成分は鉄とクロムであ
り、共晶材としてニッケルを選択すると、第4表に示す
ように安全に使用することができる。またコバルト金属
はニッケルが多く含有したオーステナイト系ステンレス
鋼あるいは高ニッケル基耐熱金属で作られた容器の内面
にライニング等をすることによって、これらの材質の容
器も使用することができる。
On the other hand, as a means for reducing the manufacturing cost, it is also possible to directly use the above-mentioned austenite-ferritic stainless steel, ferritic stainless steel, and martensitic stainless steel by adding a eutectic material. The main components of these stainless steels are iron and chromium, and if nickel is selected as the eutectic material, they can be safely used as shown in Table 4. The cobalt metal can be used as a container made of austenitic stainless steel containing a large amount of nickel or a container made of a high nickel-base heat-resistant metal by lining the inner surface of the container.

一方、銅を共晶材にした場合は、第5表に示すように、
鉄およびコバルトが1200℃以下で反応するため、鉄
−クロム系容器あるいはコバルトライニング容器は使用
することができない。
On the other hand, when copper is used as the eutectic material, as shown in Table 5,
Since iron and cobalt react at 1200 ° C. or lower, an iron-chromium container or a cobalt lining container cannot be used.

この他、金属ルツボと共晶溶融金属との直接反応を防止
する手段として、金属ルツボの内面に非金属物質である
アルミナ(Al)あるいは窒化ポロン(BN)等
の無機物をプラズマ溶射法を用いてコーティングしても
よい。
In addition, as a means for preventing a direct reaction between the metal crucible and the eutectic molten metal, an inorganic material such as alumina (Al 2 O 3 ) or boron nitride (BN), which is a non-metal substance, is plasma-sprayed on the inner surface of the metal crucible. May be used for coating.

第1図において、素材としてジルコニウム被処理物1に
は、ジルコニウムと錫の合金であるジルカロイ金属で作
られた核燃料被覆管を使用した。その仕様としてBWR
用(8×8R)サイズのジルカロイ−2巻(外径12.
27、厚さ0.86mm、長さ30mm)の切断した短尺巻
を使用した。
In FIG. 1, a nuclear fuel cladding tube made of zircaloy metal, which is an alloy of zirconium and tin, was used as the material for the zirconium object 1. BWR as its specification
(8 x 8R) size Zircaloy-2 rolls (outer diameter 12.
27, thickness 0.86 mm, length 30 mm) was used.

共晶材2としては純ニッケル板(厚さ0.5mm)を用い
てカプセル容器(内径119mm、高さ230mm、底板付
き)を2個製作するとともに、添加材として、同板を3
〜4cm小片に切断したものを用いた。
As the eutectic material 2, a pure nickel plate (thickness: 0.5 mm) was used to manufacture two capsule containers (inner diameter: 119 mm, height: 230 mm, with a bottom plate).
A piece cut into ~ 4 cm pieces was used.

そして第1図(A)に示すように、ニッケル板で作られ
たカプセル容器3へ、ジルカロイ短尺管からなる被処理
物1とニッケル小片とからなる共晶材2とを適当に混合
するように供給した。この時の供給量は短尺管を1個の
カプセル容器当り2.1kg、ニッケル片を0.19k
gとした。この結果、ニッケルの1個当りのカプセル容
器3中に占める割合は24重量%になった。融点を極力
下げるには17重量%の添加量が望ましいが、ニッケル
添加により融点を1200℃以下にする添加範囲は、第
1表に示したように7〜32重量%の範囲である。ここ
では反応がどのように行われるかが十分把握されていな
いのでこのような添加割合とした。
Then, as shown in FIG. 1 (A), a capsule container 3 made of a nickel plate is appropriately mixed with an object to be treated 1 made of a Zircaloy short tube and a eutectic material 2 made of nickel pieces. Supplied. The amount of supply at this time was 2.1 kg per capsule container for a short tube and 0.19 k for nickel pieces.
It was set to g. As a result, the proportion of nickel in the capsule container 3 was 24% by weight. The amount added is preferably 17% by weight in order to lower the melting point as much as possible, but the addition range of the melting point to 1200 ° C. or lower by addition of nickel is 7 to 32% by weight as shown in Table 1. Here, since it is not fully understood how the reaction is performed, such an addition ratio is used.

つぎに第1図(B)(C)に示すように、被処理物1と
共晶材2とが収納されたカプセル容器3を金型付きのプ
レス装置4へ移送し、2500kg/cm2 の圧力で元の2
30mmの高さのカプセル容器3を高さ53mmまで圧縮変
形させて圧縮体30とした。第1図(D)に示すよう
に、他のカプセル容器についても同様の変形量になるよ
うに圧縮させた。
Next, as shown in FIGS. 1 (B) and (C), the capsule container 3 accommodating the object to be treated 1 and the eutectic material 2 is transferred to a press device 4 with a die, and a 2500 kg / cm 2 Original 2 by pressure
The capsule container 3 having a height of 30 mm was compressed and deformed to a height of 53 mm to obtain a compressed body 30. As shown in FIG. 1 (D), the other capsule containers were also compressed to have the same deformation amount.

ついで第1図(E)に示すように、圧縮されたカプセル
容器(圧縮体30)を、SUS304で作られた金属ル
ツボ5(外径150mm、高さ100mm、厚さ5.6mm)
へ2個重ねて装入した。この場合、金属ルツボ5の内面
にはタンタル、モリブデン等のライニングは特に施さな
かった。
Then, as shown in FIG. 1 (E), a compressed capsule container (compressed body 30) is provided with a metal crucible 5 made of SUS304 (outer diameter 150 mm, height 100 mm, thickness 5.6 mm).
I loaded two of them on top of each other. In this case, the inner surface of the metal crucible 5 was not particularly coated with tantalum or molybdenum.

上記金属ルツボ5を、第1図(F)(G)に示すよう
に、加熱炉6中に装入して加熱した。この加熱炉6は、
輻射熱を生成する加熱源(例えばカーボン)を断熱材
(例えばグラファイト)で囲まれた炉内に配置して構成
されている。この加熱炉6中を密封した状態で内部を1
-2Torr程度に脱気し、炉内にアルゴンガス60を
封入することにより炉内を不活性ガスで満し、加熱源に
通電して加熱した。1050℃まで加熱後、30分保持
し、ついで1100℃に昇温し、ここで90分保持し
た。この後、加熱電源を遮断し、炉内のアルゴンガスを
パージした状態で室温まで冷却した。
The metal crucible 5 was placed in a heating furnace 6 and heated as shown in FIGS. 1 (F) and (G). This heating furnace 6
A heating source (for example, carbon) that generates radiant heat is arranged in a furnace surrounded by a heat insulating material (for example, graphite). The inside of the heating furnace 6 is sealed with 1
After degassing to about 0 -2 Torr and filling the inside of the furnace with argon gas 60, the inside of the furnace was filled with an inert gas, and a heating source was energized for heating. After heating to 1050 ° C., the temperature was maintained for 30 minutes, then the temperature was raised to 1100 ° C., and the temperature was maintained for 90 minutes. After that, the heating power source was cut off, and the furnace was cooled to room temperature while purging with argon gas.

ついで第1図(H)〜(J)に示すように、金属ルツボ
5を加熱炉6から取出して蓋50を取付けることにより
密閉し、除染器7により金属ルツボ5の外表面を除染
し、第1図(K)に示すように所定の貯蔵場所8に貯蔵
する。金属ルツボ5を加熱炉6から取出した状態では、
内部の圧縮体は白色金属色を呈し、また金属ルツボ5は
何ら損傷することはなかった。
Then, as shown in FIGS. 1 (H) to (J), the metal crucible 5 is taken out from the heating furnace 6 and sealed by attaching a lid 50, and the decontamination device 7 decontaminates the outer surface of the metal crucible 5. , As shown in FIG. 1 (K). When the metal crucible 5 is taken out from the heating furnace 6,
The internal compression body had a white metallic color, and the metal crucible 5 was not damaged at all.

第2図は別の実施例を示し、第1図(A)〜(D)の工
程で得られた圧縮体30を、金属ルツボ51へ3個重ね
て装入し、第2図(B)に示すように排気管52を有す
る蓋53を取付けて内部を密封し、第2図(C)に示す
ように加熱炉62中で上記同様に加熱した。この加熱処
理の際に、排気管52を炉外に導出して配管54を通し
てブロワ55により加熱ガスを排出した。ついで金属ル
ツボ5を加熱炉62から取出して第2図(D)(E)に
示すように、カッタ56により排気管52を切断し、切
断部を溶封した後、第2図(F)に示すように所定の貯
蔵場所8に貯蔵する。
FIG. 2 shows another embodiment, in which three compressed bodies 30 obtained in the steps of FIGS. 1 (A) to (D) are placed in a metal crucible 51 in an overlapping manner, and FIG. As shown in FIG. 2, a lid 53 having an exhaust pipe 52 was attached to seal the inside, and as shown in FIG. 2 (C), it was heated in a heating furnace 62 in the same manner as above. During this heat treatment, the exhaust pipe 52 was led out of the furnace, and the heating gas was discharged by the blower 55 through the pipe 54. Then, the metal crucible 5 is taken out from the heating furnace 62, and the exhaust pipe 52 is cut by the cutter 56 as shown in FIGS. 2 (D) and (E), and the cut portion is welded and sealed. It is stored in a predetermined storage area 8 as shown.

(発明の効果) 以上説明したように、この発明はジルコニウムまたはジ
ルコニウム合金を含む被処理物を共晶材とともに容器中
に収納し、これをプレス装置によって圧縮し、ついでこ
れを金属ルツボ中に収納して加熱炉中で加熱することに
よって被処理物を溶解させ、冷却後に上記金属ルツボに
蓋に取付けて密封して所定の貯蔵場所に移すようにした
ものであり、以下のような種々の特徴を有するものであ
る。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, an object to be treated containing zirconium or a zirconium alloy is housed in a container together with a eutectic material, compressed by a pressing device, and then housed in a metal crucible. Then, the object to be treated is melted by heating in a heating furnace, and after cooling, it is attached to the lid of the metal crucible, sealed, and transferred to a predetermined storage place. Is to have.

(1)溶解用ルツボの二次廃棄物を発生させることがな
い。
(1) No secondary waste of melting crucible is generated.

(2)水冷等による水蒸気爆発の危険性がない。(2) There is no risk of steam explosion due to water cooling.

(3)溶解処理の特徴である処理対象物の拡大化が期待
できる。
(3) It can be expected that the processing object, which is a characteristic of the dissolution processing, can be enlarged.

上記の特徴を有することから、今後発生すると予想され
る大量のジルコニウムまたはジルコニウム合金を含む廃
棄物を安全、迅速にかつ確実に工業的に処理することが
できるものである。
Due to the above characteristics, it is possible to safely, promptly and reliably industrially treat a large amount of waste containing zirconium or a zirconium alloy, which is expected to occur in the future.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図(A)〜(K)はこの発明を実施する工程の説明
図、第2図(A)〜(F)は別の実施例を示す工程説明
図である。 1……被処理物、2……共晶材、3……カプセル容器、
4……プレス装置、5,51……金属ルツボ、6,62
……加熱炉、30……圧縮体。
1 (A) to (K) are explanatory views of steps for carrying out the present invention, and FIGS. 2 (A) to (F) are explanatory views of steps showing another embodiment. 1 ... Object to be treated, 2 ... Eutectic material, 3 ... Capsule container,
4 ... Pressing device, 5, 51 ... Metal crucible, 6, 62
...... Heating furnace, 30 ...... Compressed body.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ジルコニウムまたはジルコニウム合金を含
む被処理物を共晶材とともに共晶材と同材質で形成され
た容器中に収納し、これをプレス装置によって圧縮し、
ついでこれを金属ルツボ中に収納して加熱炉中で不活性
ガス雰囲気下で加熱することによって被処理物を溶解さ
せ、冷却後に上記金属ルツボに蓋を取付けて密封して所
定の貯蔵場所に移すことを特徴とするジルコニウムまた
はジルコニウム合金を含む被処理物の溶融処理方法。
1. An object to be treated containing zirconium or a zirconium alloy is housed together with a eutectic material in a container formed of the same material as the eutectic material, and compressed by a pressing device.
Then, this is placed in a metal crucible and heated in an oven under an inert gas atmosphere to dissolve the object to be treated, and after cooling, a lid is attached to the metal crucible, which is hermetically sealed and transferred to a predetermined storage place. A method for melt processing an object to be processed containing zirconium or a zirconium alloy.
【請求項2】上記共晶材として1200℃以下で被処理
物と反応する材料を用いることを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載のジルコニウムまたはジルコニウム合金
を含む被処理物の溶融処理方法。
2. A method for melting treatment of an object to be treated containing zirconium or a zirconium alloy according to claim 1, wherein a material which reacts with the object to be treated at 1200 ° C. or lower is used as the eutectic material. .
【請求項3】被処理物と共晶材とを収納する容器を共晶
材と同材質で形成することを特徴とする特許請求の範囲
第1項または第2項記載のジルコニウムまたはジルコニ
ウム合金を含む被処理物の溶融処理方法。
3. The zirconium or zirconium alloy according to claim 1 or 2, wherein the container for containing the object to be treated and the eutectic material is formed of the same material as the eutectic material. A method for melt processing an object to be processed, which comprises:
【請求項4】加熱炉による加熱温度を1200℃以下に
することを特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項ま
たは第3項記載のジルコニウムまたはジルコニウム合金
を含む被処理物の溶融処理方法。
4. A melting treatment of an object to be treated containing zirconium or a zirconium alloy according to claim 1, 2, or 3, wherein the heating temperature in the heating furnace is 1200 ° C. or lower. Method.
【請求項5】共晶材の添加量を50重量%以下とするこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項または第
4項記載のジルコニウムまたはジルコニウム合金を含む
被処理物の溶融処理方法。
5. An article to be treated containing zirconium or a zirconium alloy according to claim 1, 2, or 4, wherein the amount of the eutectic material added is 50% by weight or less. Melt processing method.
【請求項6】被処理物および共晶材をそれぞれ小片に切
断した状態で上記容器に収納することを特徴とする特許
請求の範囲第1項、第2項、第3項または第5項記載の
ジルコニウムまたはジルコニウム合金を含む被処理物の
溶融処理方法。
6. The object according to claim 1, 2, 3 or 5, wherein the object to be treated and the eutectic material are cut into small pieces and housed in the container. 1. A method for melt processing an object to be treated containing zirconium or a zirconium alloy.
【請求項7】上記金属ルツボにアルミナ、ジルコニヤ等
の無機物をコーティングしたことを特徴とする特許請求
の範囲第1項、第2項、第3項または第5項記載のジル
コニウムまたはジルコニウム合金を含む被処理物の溶融
処理方法。
7. The zirconium or zirconium alloy according to claim 1, 2, 3, or 5 characterized in that the metal crucible is coated with an inorganic material such as alumina or zirconia. A method for melt processing an object.
【請求項8】加熱炉の加熱手段を、輻射熱を生成する加
熱源を断熱材で囲まれた炉内に配置して構成しているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項、第3項
または第5項記載のジルコニウムまたはジルコニウム合
金を含む被処理物の溶融処理方法。
8. The heating means of the heating furnace is configured by disposing a heating source for generating radiant heat in a furnace surrounded by a heat insulating material. Item 3. A method for melting treatment of an object to be treated, which contains zirconium or a zirconium alloy according to Item 3 or 5.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09114378A (en) * 1995-10-17 1997-05-02 Shiyouchiku Kk Sticker of aroma

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