JPH11211892A - 溶融装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】溶融物と炉側壁との接触量を低減することによ
り、炉側壁耐火物の寿命を長く、炉の補修頻度の低い導
電性発熱体充填型の高周波溶融炉を提供する。 【解決手段】本発明の溶融炉は、溶解槽を備え、溶解槽
の上部に被溶融物および導電性発熱体の投入口が設けら
れており、溶解槽下部に溶融物の排出口を有し、溶解槽
の内部の底部上に導電性発熱体を積層し、溶解槽の側外
部に高周波コイルが設けられていて、導電性発熱体充填
層と被溶融物の接触面での炉内径を導電性発熱体充填層
での炉内径より細くしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は被溶融物を連続的に
加熱・溶融する装置に関し、特に原子力発電等により発
生する放射性廃棄物および耐用年数を過ぎた原子炉の廃
炉廃材等を連続的に溶融・減容処理する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、原子力発電等により大量の低レベ
ル放射性廃棄物が発生しているため、その保管・埋設場
所の確保が重要となっている。このような状況から、放
射性廃棄物の処理・処分法として、減容性の低いセメン
ト固化処理法に代わり、減容性の高い溶融処理の開発が
進められている。溶融法としては、導電性発熱体を炉内
に充填した高周波溶融炉があるが、このタイプの溶融炉
は、（特開平4−17631号公報）などに記載されている様
に、炉内に導電性発熱体を充填し、炉外に巻かれた誘導
コイルに高周波を流し、導電性発熱体および投入された
金属を加熱し、出湯口から連続的に溶融金属を取り出す
方式を採っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の導電性
発熱体充填型の高周波溶融炉では、（１).表皮効果のた
め炉側壁近傍で発熱密度が一番高くなるので、炉側壁近
傍において被溶融物が溶解しやすく、また、溶融物の粘
性が低下しやすく、また、（２).炉側壁から導電性発熱
体の半径分離れた領域内で最も空間率が高くなるので、
溶融物の一部は炉側壁近傍の高空間率領域を流下し、炉
の内側壁と接触することが知られている。更に、溶融物
は炉内を流下する際に、導電性発熱体と接触を繰り返し
ながら、次第にその流れ領域を広めていく。そのため、
導電性発熱体充填層上部で融解した溶融物の一部は、炉
内を流下する際に炉側壁耐火物と接触する。

【０００４】耐火物は、一般に溶融物と接触することに
より物理的・化学的に浸食される。耐火物の侵食速度は
耐火物の寿命および炉の補修頻度を支配するため、耐食
性の優れた耐火物を採用するのみでなく、炉構造の観点
から溶融物と炉側壁の接触を抑制し、耐火物の寿命延長
を図ることが必要である。特に、放射性廃棄物を溶融対
象とした炉の場合、補修作業者の人体への放射線の影
響，補修のための溶融炉運転停止に伴う設備利用率の低
下，補修による炉維持費の上昇等の観点から、補修頻度
の低下，炉の寿命延長が必要不可欠となっている。

【０００５】本発明の目的は、炉内を流下する溶融物の
炉側壁耐火物への接触を抑制することにより、炉側壁耐
火物の寿命を延長し、炉の補修頻度を低下させることが
できる溶融装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の第１の発明の特徴は、溶解槽を備え、溶解槽の上部に
被溶融物および導電性発熱体の投入口が設けられてお
り、溶解槽下部に溶融物の排出口を有し、溶解槽の内部
の底部上に導電性発熱体を積層し、溶解槽の側外部に高
周波コイルが設けられている高周波溶融炉において、導
電性発熱体充填層と被溶融物の接触面での炉内径を導電
性発熱体充填層での炉内径より細くした点にある。

【０００７】第１の発明によれば、導電性発熱体充填層
と被溶融物の接触面での炉内径を導電性発熱体充填層で
の炉内径より細くしたので、（１).溶解槽の中心部に被
溶融物を投入することができるので、最高温度になる導
電性発熱体充填層の炉側壁近傍上に被溶融物が直接投入
されて溶解し、炉側壁と接触することを防ぐことが可能
であると共に、（２).炉側壁近傍の高空間率領域の上部
が塞がれているので、溶融物の炉側壁近傍流下および炉
側壁との接触を防止することが可能である。このため、
溶融物との接触による耐火物の侵食を大幅に抑制するこ
とが可能である。炉内径変化量は炉側壁近傍の高空間率
領域上部を塞ぐため、導電性発熱体の半径以上である必
要がある。

【０００８】第２の発明の特徴は、上記溶融装置におい
て、導電性発熱体充填層より上部における溶解槽内径を
上部ほど細くした点にある。

【０００９】第２の発明によれば、導電性発熱体充填層
上部における炉内径を上部ほど細くしたので、投入され
た被溶融物が炉側壁に引っかかり、炉内への投入が妨害
される現象（以下、棚つりと称す）を防止することが可
能であり、炉内への被溶融物の投入および溶解処理を円
滑に行うことが出来る。

【００１０】第３の発明の特徴は、上記溶融炉におい
て、導電性発熱体充填層の炉内径を充填層上部ほど細く
した点にある。

【００１１】第３の発明によれば、導電性発熱体充填層
での炉内径を充填層上部ほど細くしているので、溶解槽
の寿命を延長する効果を達成できる。これは、導電性発
熱体充填層と被溶融物の接触面で溶解した被溶融物が、
導電性発熱体と接触しながら流下し、その流れ領域が広
がったとしても、導電性発熱体充填層における炉内径の
変化分だけ炉内空間が広がるため、炉側壁と溶融物の接
触量を低減することができるためである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図を用い
て説明する。図１は、本発明の特徴を最も良く表してい
る溶融装置の図である。

【００１３】図１において、被溶融物および導電性発熱
体の投入口４は溶解槽２の上部に設けられ、溶融物の排
出口５は溶解槽下部に設けられており、溶融処理を連続
的に行う。また、溶解槽内の底に熱源となる導電性発熱
体１を積層し、炉内に投入された被溶融物を溶融する。
導電性発熱体１および被溶融物を誘導加熱するための高
周波コイル３は炉側壁の外部に設置されている。また、
導電性発熱体充填層と被溶融物の接触面の内径を導電性
発熱体充填層での内径よりも導電性発熱体の半径分以上
細くするため、（１).最高温度になる導電性発熱体充填
層の溶解槽側壁近傍上に被溶融物が直接投入されて溶解
するのを防ぐことができ、溶融物と溶解槽側壁との接触
を抑制することが可能であり、（２).溶解槽内の炉側壁
近傍の高空間率領域の上部を塞ぎ、溶融物の溶解槽側壁
近傍流下および溶解槽側壁との接触を防止することが可
能である。これにより、溶融物と溶解槽側壁との接触に
よる耐火物の侵食を大幅に抑制することが出来る。

【００１４】更に、導電性発熱体充填層の溶解槽内径を
充填層上部ほど細くしているので、溶融物が導電性発熱
体と接触しながら溶解槽内を流下し、流れ領域が広まっ
たとしても、その広がりが導電性発熱体充填層内の内径
変化量の以下ならば溶融物と溶解槽側壁との接触を回避
することができ、炉の寿命を延長することが可能であ
る。

【００１５】また、筒状耐火物６にわずかに逆テーパー
を付けてあるので、棚つりが防止性能を向上可能であ
る。さらに、円筒状耐火物６の表面が円滑であれば、棚
つり防止効果が期待でき、被溶融物の投入，溶融処理の
円滑化が可能である。

【００１６】更に、円筒状耐火物６が導電性であるなら
ば、例えばコンクリートのように水分が含まれる被溶融
物を溶融する場合、導電性円筒耐火物６の誘導加熱によ
り含有水分を除去し、水蒸気爆発を防止することが可能
である。また、導電性円筒耐火物内で、溶融物は予加熱
・保温がなされるため、溶融領域での溶融効率が向上さ
れる等の利点がある。もちろん円筒状耐火物は絶縁性物
質により作成されていても、溶融物の炉側壁近傍流下を
抑制し、炉側壁耐火物の寿命を延長する効果は十分得ら
れる。

【００１７】炉運転中に減少した導電性発熱体１の補充
は、通常は被溶融物と共に炉内へ投入することにより行
うが、導電性発熱体１が減少した場合もしくは充填層の
高さが著しく低下した場合は、筒状耐火物６および導電
性発熱体１を全て引き上げ、導電性発熱体１を投入・再
充填した後に筒状耐火物６を挿入することにより行う。
筒状耐火物６の引き上げ，挿入は、炉内温度が下がった
後に、筒状耐火物６の上部に取り付けた金具にクレーン
をかけるか、筒状耐火物の中央部に等間隔に３点以上穴
を開け、ワイヤーかけクレーンにより行う。

【００１８】筒状耐火物６を溶解槽内の導電性発熱体充
填層上部に挿入する構造を採っているため、筒状耐火物
６の脱着が容易にすることができ、炉内の補修・維持性
能、および導電性発熱体１の再充填作業の作業性を向上
させることができる。筒状耐火物６には炉外への引き上
げが容易なように上部に金具９を取り付けるか、又は１
２０°間隔で孔をあけクレーンで引き上げられる構造を
有している。

【００１９】また、筒状耐火物６の炉内への挿入，炉外
への引き上げの際に、溶解槽側壁耐火物と接触し損傷し
ないように、炉側壁耐火物と筒状耐火物の間には隙間を
空ける。筒状耐火物の炉内における支持方法としては、
炉内に充填した導電性発熱体に直接置く方法、もしくは
図１のように溶解槽の内部に複数個突起もしくはリング
状に突起７を張り出し、その上に筒状耐火物６を置く方
法，筒状耐火物に入れた鉄骨と溶解槽上部に設置した金
属円盤を接合し固定する方法により固定される。

【００２０】図２は図１の溶融装置において、円筒状耐
火物６を溶解槽２と一体化し、溶解槽内の導電性発熱体
１の充填層上部を内部に張り出させ、導電性発熱体充填
層と被溶融物の接触面の内径を導電性発熱体充填層の炉
内径よりも導電性発熱体１の半径以上細くしている。こ
のため、図１の溶融装置と同様に、（１).最高温度にな
る導電性発熱体充填層内の溶解槽側壁近傍上に被溶融物
が直接投入されて溶解するのを防ぐことができ、溶融物
と側壁との接触を抑制することが可能であり、（２).炉
側壁近傍の高空間率領域の上部を塞ぎ、溶融物の溶解槽
側壁近傍流下および溶解槽側壁との接触を防止すること
が可能である。これにより、溶融物と溶解槽側壁との接
触による耐火物の侵食を大幅に抑制することが出来る。
溶解槽側壁の張出し長さは、図１の溶融装置と同様に導
電性発熱体の半径以上とする。

【００２１】更に、導電性発熱体充填層の溶解槽内径を
充填層上部ほど細くしているので、図１の溶融装置と同
様に、溶融物が導電性発熱体１と接触しながら溶解槽内
を流下し、流れ領域が広まったとしても、その量が導電
性発熱体充填層内の内径変化量の以下ならば溶融物と溶
解槽側壁との接触を回避することができ、炉の寿命を延
長することが可能である。

【００２２】また、溶解槽内の導電性発熱体充填層の上
部には、わずかに逆テーパーを付けてあるので、棚つり
が防止性能を向上可能である。逆テーパーの角度は０〜
３０度が好ましい。さらに、円筒状耐火物の表面が円滑
であれば、棚つり防止効果が期待でき、被溶融物の投
入，溶融処理の円滑化が可能である。

【００２３】円筒状耐火物を溶解槽と一体化し、溶解槽
内の導電性発熱体１の充填層上部を内部に張り出させる
構造をとっているため、図１の溶融装置とは異なり筒状
耐火物の脱着をする必要がない。このため、引き上げの
際に溶融槽と接触し破損することはなくまた、吊り上げ
用もしくは固定用の金具９，孔，突起等を付ける必要が
ないので、炉構造を簡単にすることが可能である。

【００２４】

【発明の効果】第１の発明によれば、溶解槽内におい
て、導電性発熱体充填層と被溶融物の接触面での溶解槽
内径を導電性発熱体充填層での溶解槽内径より細くして
いるので、（１).最高温度になる導電性発熱体充填層内
の炉側壁近傍上に被溶融物が直接投入されて溶解し、溶
解槽側壁と接触することを防ぐことができると共に、
（２).炉側壁近傍の高空間率領域の上部を塞ぎ、溶融物
の炉側壁近傍流下および炉側壁との接触を防止すること
が可能であり、溶解槽の寿命を延長する効果を達成可能
である。

【００２５】第２の発明によれば、導電性発熱体充填層
上部における溶解槽の内径を上部ほど細くしてあるの
で、棚つりが防止性能を向上可能であり、被溶融物の投
入，溶融処理の円滑化が可能である。

【００２６】第３の発明によれば、溶解槽内において導
電性発熱体充填層の溶解槽内径を充填層上部ほど細くし
ているので、溶融物が導電性発熱体と接触しながら溶解
槽内を流下し、流れ領域が広まったとしても、その量が
導電性発熱体充填層内の内径変化量の以下ならば溶融物
と炉側壁との接触を回避することができ、炉の寿命を延
長することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である溶融装置の断面図。

【図２】本発明の他の実施例として示した溶融装置の断
面図。

【符号の説明】

１…導電性発熱体、２…溶解槽、３…高周波誘導コイ
ル、４…被溶融物および導電性発熱体の投入口、５…溶
融物の排出口、６…筒状耐火物、７…筒状耐火物の支持
突起物、８…筒状耐火物支持金具、９…筒状耐火物吊り
上げ金具。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松田 将省 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 上田 清隆 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶解槽を備え、溶解槽の上部に被溶融物お
   よび導電性発熱体の投入口が設けられており、溶解槽下
   部に溶融物の排出口を有し、溶解槽の内部の底部上に導
   電性発熱体を積層し、溶解槽の側外部に高周波コイルが
   設けられている高周波溶融炉において、導電性発熱体充
   填層と被溶融物の接触面での炉内径を導電性発熱体充填
   層での炉内径より細くしたことを特徴とする溶融装置。
2. 【請求項２】請求項１項の溶融装置において、導電性発
   熱体充填層より上部での炉内径を炉上部ほど細くしたこ
   とを特徴とする溶融装置。
3. 【請求項３】請求項２項の溶融装置において、導電性発
   熱体充填層での炉内径を充填層上部ほど細くしたことを
   特徴とする溶融装置。