FR2503598A1

FR2503598A1 - Appareil et procede pour fondre et traiter des residus metalliques

Info

Publication number: FR2503598A1
Application number: FR8206367A
Authority: FR
Inventors: Katsuyuki Ohtsuka; Ryukichi Mizuno; Koji Yanagida; Kazuo Kitagawa; Atsuhiro Ochiai; Minoru Harada; Hiroshi Matsumoto; Shigeomi Izuhara
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1981-04-14
Filing date: 1982-04-13
Publication date: 1982-10-15
Also published as: FR2503598B1; DE3213764C2; CA1183187A; GB2099340A; GB2099340B; DE3213764A1; US4591454A

Abstract

L'APPAREIL PERMET DE TRAITER EN SYSTEME FERME DES RESIDUS METALLIQUES RADIOACTIFS. IL COMPREND: A)UN MOULE 1 CYLINDRIQUE REFROIDI A L'EAU, A FOND OUVERT, DIVISE SENSIBLEMENT EN SON MILIEU EN DEUX PARTIES 1A, 1B MOBILES L'UNE PAR RAPPORT A L'AUTRE; B)UN CHARIOT 3 DISPOSE EN DESSOUS DU MOULE 1; C)UN GODET 4 ELEVATEUR DISPOSE AU-DESSUS DU MOULE 1 POUR CHARGER UNE MATIERE A TRAITER DANS LE MOULE 1; D)DES OBTURATEURS 10A, 10B POUR FERMER OU OUVRIR LE PASSAGE ENTRE LE MOULE 1 ET LA POSITION D'ATTENTE D'ELEVATION DU GODET ELEVATEUR 4; E)AU MOINS UNE ELECTRODE 8 NON CONSOMMABLE DESTINEE A ETRE INSEREE DANS LE MOULE; ET F)UN CONDUIT 12 D'ALIMENTATION DE GAZ PROTECTEUR.

Description

La présente invention concerne un appareil pour fondre

et traiter des résidus métalliques tels, que des résidus métal-

liques radioactifs de centrales nucléaires et des déchets mé-

talliques d'installations polluées ainsi qu'un procédé de fu-

sion et de traitement utilisant un tel appareil. Elle se rap- porte plus particulièrement à un appareil et à un procédé pour fondre et traiter des résidus métalliques,capables de

réduire de façon sûre et efficace le volume des résidus mé-

talliques pollués dans un système fermé.

Avec les développements (le la technologie concernant

les applications de l'énergie atomique, la quantité de dé-

chets métalliques radioactifs est en augmentation et il en

est de même pour les déchets métalliques d'installations pol-

luées. A l'heure actuelle ces déchets sont scellés dans des

boites métalliques, des conteneurs et analogues et sont em-

magasinés dans le lieu même, mais la capacité de stockage li-

mitée nécessite une réduction de volume.

Pour les résidus radioactifs combustibles, on a mis en oeuvre une technique de traitement avec réduction du volume

par incinération auquel cas des incinérateurs pour les rési-

dus combustibles radioactifs sont installés ou programmés

dans des centrales nucléaires et des établissements de re-

cherche sur l'énergie atomique. De la même façon que pour les

matières incombustibles, on utilise pour les résidus métalli-

ques radioactifs un procédé de réduction de volume compre-

nant une fragmentation et une compression, mais on ne peut

pas dire que l'on obtient une réduction de volume suffisan-

te. En ce qui concerne les procédés de traitement pour la réduction de volume de divers résidus métalliques, on connaît des procédés de fusion et de traitement. Avec ces procédés, il est possible d'obtenir une forte densité de réduction de volume des résidus métalliques et la très grande résistance

mécanique de la masse solidifiée refroidie procure des avan-

tages comme une manipulation aisée et rarement l'apparition de phénomènes de nouvelle diffusion (effluent, désintégration et dispersion etc... des métaux nuisibles). De tels procédés de fusion et de traitement comprennent le procédé de fusion

électrique sous laitier, le procédé de fusion haute fréquen-

ce, le procédé de fusion à arc et plasma, le procédé de fu-

sion à l'arc avec électrodes non consommables, le procédé de

fusion par induction sous laitier etc....

On peut donc envisager l'application de ces procédés

de fusion et de traitement à des résidus métalliques radio-

actifs, mais pour la mise en oeuvre pratique de tels procé-

dés, il est nécessaire d'empêcher une pollution radioacti-

ve pendant l'opération de fusion et de traitement.

La présente invention a pour objet:

- un appareil pour fondre et traiter des résidus métal-

liques nuisibles comme des résidus contenant des éléments radioactifs, d'une manière sûre sans pollution radioactive;

- un appareil capable de fondre et de traiter, de fa-

çon efficace, des résidus métalliques dans un système fer-

mé en utilisant le procédé de fusion électrique sous laitier; - un appareil agencé pour faciliter l'assemblage d'un

moule qui constitue un four de fusion, le chargement des ré-

sidus métalliques et du laitier dans ledit moule et l'inser-

tion d'une électrode non consommable pour le chauffage;

- un procédé qui assure un démarrage uniforme et ra-

pide de la fusion du laitier lorsque les résidus métalliques

doivent être fondus et traités en utilisant cet appareil.

D'autres avantages et caractéristiques de la présen-

te invention ressortiront de la description détaillée ci-

apres. Les points les plus importants de l'appareil selon la présente invention résident en ce qu'il s'agit d'un appareil

de fusion électrique sous laitier et de traitement des rési-

dus métalliques comprenant: (a) un moule cylindrique refroidi à l'eau, à fond

ouvert, divisé selon deux parties sensiblement en son mi-

lieu, lesdites parties étant agencées pour être déplacées

lors de l'assemblage dans les directions d'ouverture rela-

tives du moule; (b> un chariot disposé en dessous du moule et mobile

dans une direction croisant le sens de déplacement dudit mou-

le divisé; (c) un godet élévateur disposé au des-

sus du moule pour charger une matière à traiter dans le mou-

le; (d) des obturateurs pour fermer ou ouvrir le passage

entre le moule et la position d'attente d'élévation du go-

det élévateur; (e) une électrode non consommable susceptible d'être levée et destinée à être insérée dans le moule et (f) un conduit d'alimentation de gaz protecteur pour

alimenter un gaz protecteur dans le moule.

Le procédé de fusion et de traitement selon la présen-

te invention comprend essentiellement les caractéristiques ci-après:

(a) l'étape d'assemblage sur la surface supérieure d'-

un chariot d'un moule cylindrique refroidi à l'eau et

à fond ouvert, divisé en deux parties sensiblement en son mi-

lieu, lesdites parties étant mobiles lors de l'assemblage et dans les directions relatives d'ouverture du moule; (b) l'étape de chargement d'un initiateur de fusion de

laitier (appelé ci-après agent d'amorçage de fusion du lai-

tier) et de laitier dans le moule selon des couches en uti-

lisant un godet élévateur pour charger une matière à trai-

ter disposée au-dessus dudit moule; (c) l'étape d'élévation du godet élévateur vers sa position isolée et l'isolement du godet et du moule l'un par rapport à l'autre par des obturateurs;

(d) l'étape d'abaissement de l'électrode non consomma-

ble susceptible d'être levée, disposée au-dessus du moule à travers une ouverture dans l'obturateur jusqu'à ce que son extrémité antérieure atteigne la couche d'agent d'amorçage de fusion, de passage de l'électricité à travers celle-ci pour enflammer l'agent d'amorçage de fusion de laitier,afin

de démarrer la fusion du laitier et de continuation de pas-

sage de l'électricité pour fondre le laitier;

(e) l'étape d'élévation de l'électrode non consomma-

ble vers sa position isolée d'ouverture des obturateurs et de chargement des résidus métalliques dans le moule en utilisant ledit godet élévateur et (f) l'étape de fermeture des obturateurs, d'insuffla-

tion de gaz inerte dans le moule, d'abaissement de l'élec-

ce que

trode non consommable jusqu'à/son extrémité antérieure soit im-

mergée dans la couche de laitier en fusion et de passage de

l'électricité pour fondre les résidus métalliques par ef-

fet Joule.

Grâce à la présente invention, les métaux encore ra-

dioactifs et les résidus métalliques pollués par radioac-

tivitésont fondus et traités dans un état entièrement scel-

que lé. De plus, étant donné/les polluants se déplacent dans

le laitier lors de l'opération de fusion électrique sous lai-

tier, le taux de radioactivité des métaux eux-mêmes peut ê-

tre considérablement abaissé tandis que le traitement et l'emmagasinage sont fortement facilités par la réduction de

volume. La masse compactée de métal dont le taux de radio-

activité a été abaissé par élimination des polluants par le laitier peut être déversée sans nécessiter de scellement

ou dans certains cas elle peut être réutilisée. La présen-

te invention est donc très efficace pour-être utilisée en

tant qu'un appareil pour fondre et traiter des résidus mé-

talliques radioactifs mais i]. va sans dire qu'elle est ap-

plicable à un traitement de réduction de volume d'autres

résidus métalliques nuisibles.

L'invention sera illustrée en se reportant aux dessins annexés sur lesquels: Fig. 1 est un croquis, en partie arrachée, illustrant, à titre d'exemple un appareil de fusion et de traitement

selon la présente invention.

Fig. 2 estune coupe prise suivant la ligne II-II de

la figure 1.

Fig. 3 est une coupe prise suivant la ligne III-III

de la figure 1.

Fig. 4 est une vue illustrant comment une masse soli-

difiée est prélevée après achèvement de l'opération de fu-

sion et de traitement.

Fig. 5 est une coupe schématique illustrant un pro-

cédé d'amorçage de fusion dulaitier. Fig. 6 est un diagrame de phase du système d'alliage Ca-AI. Fig. 7 est une coupe schématique d'un autre procédé d'amorçage de fusion dulaitier et Fig. 8 est une coupe schématique illustrant un autre

procédé d'amorçage de fusion dulaitier.

Les figures 1 à 3 illustrent un mode de réalisation de la présente invention. La figure 1 est un croquis en partie arrachée, la figure 2 estune coupe prise suivant la ligne II-II de la figure 1 et la figure 3 est une coupe prise suivant la ligne III-III de la figure 1. Un moule 1 est divisé dans le sens longitudinal selon deux parties la, lb sensiblement en son milieu, lesdites parties ayant des surfaces coniques internes 1 a', 1 b'dont la distance s'agrandit vers le plan de division comme illustré sur la figure 1. Les parties de moule sont refroidiesà l'eau comme illustré sur la figure 2 et sont agencées pour être déplacées de manière alternative l'une par rapport à

l'autre dans le sens des flèches a, b au moyen d'une sour-

ce de commande appropriée. Une plaque de surface 2 ou d'ex-

trémité refroidie par de Il'eau est disposée sur le côté ouvert

inférieur du moule 1 et supportée sur un chariot 3. Le mou-

le 1 et la plaque 2 sont, de préférence, réali-

sées en cuivre du fait de ses très hautes conductibilités ther-

mique et électrique ainsi que de sa grande durabilité. Le chariot 3 peut quelquefois ne pas

recevoir la plaque de surface, auquel cas un agent d'a-

morçage de l'arc est utilisé pour démarrer la fusion é-

lectrique sous laitier. Si le chariot reçoit la plaque

de surface, la démarrage de l'arc peut être effectué di-

rectement par le procédé à l'arc avec la plaque de surface sans utiliser un quelconque agent d'amorçage de l'arc. Pour cette raison, il est souhaitable que la plaque de surface

soit réalisée en une matière conductrice de l'électricité.

Un godet 4 pour charger la matière à traiter est disposé au-dessus du moule et est agencé pour être abaissé vers le moule au moyen d'un cylindre 5. La matière à traiter est chargée dans le godet à partir d'une trémie oscillante 6

par l'intermédiaire d'une goulotte 7. Le symbole de réfé-

rence 7' désigne un obturateur. Des électrodes non consomma-

bles 8a et 8b pourla fusion électrique sous laitier sont disposées sur les côtés opposés du godet 4 et maintenues

par des cylindres 9a et 9b par l'intermédiaire d'isola-

teurs, lesdites électrodes étant susceptibles d'être éle-

vées. Il est prévu de disposer entre le moule 1 et le go-

det 4 des obturateurs lOa et lOb sous la forme de plaques

pour les isoler l'un de l'autre, lesdits obturateurs é-

tant agencés pour être ouverts ou fermés par des cylindres

lla et l1b ainsi qu'un conduit/1calimentation de gaz pro-

tecteur dirigé vers le moule et disposé en dessous des-

dits obturateurs. Le godet 4 et les électrodes non consom-

mables 8a et 8b sont logés dans un couvercle 13 disposé au-dessus du moule pour isoler l'atmosphère de traitement de l'air extérieur, les poussières et les gaz de décharge de l'opération de fusion étant déchargés vers l'extérieur

du système au moyen d'un conduit 14.

La fusion et le traitement des résidus métalliques

(matières à traiter) utilisantl'appareil selon la présen-

te invention sont réalisés de la façon indiquée ci-après.

Tout d'abord, le chariot 3 avec la plaque de surfa-

ce 2 qui est montée sur celui-ci est placé immédiatement en dessous de l'appareil de traitement et les moitiés de

moule la et lb sont assemblées pour constituer le moule.

Ainsi, une fuite du métal en fusion dans l'opéra-

tion de fusion et de traitement est empêchée grâce à la

prévision d'un élément de serrage selon une position coin-

cidant avec le pla n de division du moule 1 ou en bloquant

les moitiés de moule la et lb ensemble.

Dans cette étape d'assemblage du moule, la quantité nécessaire de flux formateur de laitier ou la poudre de laitier restante utilisée lors du processus précédent est chargée dans le moule. Ensuite, les électrodes non con- sommables 8a'et 8bo sont abaissées par l'intermédiaire des

ouvertures Sa et 8b formées dans le plan de butée des ob-

turateurs lOa et lOb jusqu'à ce que leurs extrémités an-

térieures plongent dans le laitier et la fusion électri-

que sous laitier est réalisée pour former une quantité pré-

déterminée de laitier tout en alimentant un gaz protecteur

tel que de l'azote par l'intermédiaire du conduit/d'alimen-

tation de gaz protecteur. Pendant cette opération, les

poussières et les gaz d'échappement produits dans le sys-

tème de traitement sont évacués par l'intermédiaire du con-

duit 14 en vue d'être déchargés.

Pendant la formation du laitier fondu et tandis que la trémie oscillante 6 est en fonctionnement, l'obturateur

7' de la goulotte est ouvert pour charger les résidus métal-

liques dans le godet 4 et lors de la formation d'une quan-

tité prédéterminée de laitier fondu, les obturateurs lOa et

lOb sont ouverts et le godet 4 est abaissé jusqu'à ce qu'-

il atteigne la région inférieure dans le moule, comme re-

présenté en traits interrompus, o le godet 4 est ouvert

pour décharger les résidus métalliques entre les électro-

des Sa et Sb et sur le laitier fondu de sorte que les ré-

sidus sont fondus par la chaleur sensible du laitier en fu-

sion.Le métal fondu s'enfonce dans le laitier pour s'ac-

cumulerdans le fond de manière à former une accumulation de métal fondu. Comme dans le cas de la fusion électrique sous laitier usuelle, les parties du produit fondu proches du fond et des côtés du moule refroidi par de l'eau sno t refroidies afin d'être solidifiées. En outre, le godet 4/

terminé la décharge des résidus est élevé vers sa po-

sition isolée,par le cylindre 5,et cette opération est suivie par la fermeture des obturateurs IQa et lOb pour

empêcher ledit godet et cette super-structure d'être dété-

riorés par la chaleur radiante de la fusion tandis que la matière à traiter est amenée dans le godet 4 à partir

de la goulotte. Lors de la collecte d'une quantité prédé-

terminée de ladite matière dans le godet 4,1'obturateur 7' de la goulotte 7 est fermé et les obturateurs lOa et lOb sont ouverts pour permettre l'abaissement du godet 4 afin

de charger encore de la matière sur le laitier en fusion.

Cette opération est répétée par la suite si bien

que la quantité de matière à traiter augmente graduelle-

ment et en même temps le taux ce laitier fondu augmente.

- Ainsi, les électrodes Sa et 8b sont déplacées vers le haut vers leurs positions optimales par les cylindres 9a et 9b tout en détectant le taux de laitier fondu par n'importe

quel moyen approprié.

A la fin de la fusion et du traitement de la matiè-

re, les électrodes non consommables Sa et 8b sont élevées vers leur position isolée et le produit fondu est refroidi

pour sa solidifier. La masse solidifiée telle que représen-

tée sur le croquis de la figure 4 comprend le métal M et le laitier S qui ont été solidifiés en couches. Quand les moitiés de moule la et lb sont écartées l'une de l'autre, la masse peut être transportée à l'extérieur étantportéepar

la plaque de surface 2. Dans ce cas, étant donné que les moi-

tiés de moule la et lb comportent des surfaces coniques in-

ternes la' et lb' leur distance augmente en direction du plan de division et le masse solidifiée peut être retirée du moule en déplaçant simplement les moitiés de moule la et lb

à distance l'une de l'autre.

L'appareil selon la présente invention fonction-

ne selon le procédé décrit plus haut et à tous débits, tou-

tes les étapes de chargement de la matière à traiter jus-

qu'à la fusion et le traitement de celle-ci étant réalisées en système fermé, tandis que les gaz d'échappement sont

constamment évacués par l'intermédiaire du conduit 14 jus-

qu'à un dispositif de traitement de gaz o lesdits gaz sont traités et de cette manière il n'y a aucun danger que des

matières nuisibles s'échappent de l'extérieur du système.

En outre, pendant l'opération de fusion et de traitement étant donné que le godet 4 etc... est isolé du moule par les obturateurs lOa et lOb il n'existe pas de danger que

ces éléments soient dégradés par la chaleur engendrée pen-

dant la fusion. Dans le cas de traitement de résidus métal-

liques radioactifs, étant donné que les matières radioac-

tives adhérant au métal sont absorbées par le laitier pen-

dant l'opération de fusion et de traitement, le taux de

radioactivité du métal solidifié M peut être fortement ré-

duit et lorsque le degré d'élimination de substances pol-

luantes est élevé, la masse solidifiée peut être déchargée n'importe o et dans certains cas elle peut être réutilisée

comme matière pour la construction.

Dans la réalisation de l'appareil décrit ci-dessus, diverses modifications et variantes peuvent être apportées de même qu'il est possible de prévoir des dispositifs ou composants auxiliaires. Ainsi, à titre d'exemple, la forme des obturateurs 7', 1Oa, lOb et leur mécanisme d'ouverture

et de fermeture, la forme du godet 4 et son mécanisme d'ou-

verture et de fermeture ainsi que son mécanisme d'élévation,

le dispositif pour charger la matière à traiter dans le go-

det 4 et le nombre des électrodes non consommables ainsi que le mécanisme pour élever et abaisser lesdites électrodes ne sont pas limités à ce qui a été illustré sur les dessins car

ce nombre peut varier à volonté. Dans le cas de l'appli-

cation de l'appareil et du procédé de la présente invention pour fondre et traiter des résidus métalliques radioactifs, comme décrit ci-dessus, la mise en oeuvre de l'appareil et

du procédé peut être réalisée sans opérateur, c'est-à-

dire que l'on peut prévoir une commande à distance. A cet effet, il convient de prévoiruneséquence qui rend possible

d'exécuter de manière synchrone l'ouverture et la fermetu-

re des obturateurs 7', lOa, lOb, l'élévation etl'abaissement ainsi quel'ouverture et la fermeture du godet 4, l'élévation et l'abaissement des électrodes non consommables 8a, 8b et

le passage de l'électricité ainsi que le mouvement alterna-

tif des moitiés de moule la, lb. Dans le procédé de fusion électrique sous laitier

décrit ci-dessus, on utilise du laitier qui produit un ef-

fet Joule lors du passage du courant électrique mais étant donné que le laitier solide a une résistance électrique élevée, empêchant le passage du courant, dans la mise en oeuvre du présent procédé selon la présente invention, il

est nécessaire de fondre le laitier afin de le rendre con-

ducteur de l'électricité pour permettre le passage d'une

quantité suffisante de courant, ladite opération étant ha-

bituellement appelée "procédé d'amorçage de fusion du lai-

tier". Le procédé d'amorçage de fusion peut être un procédé d'amorçage à chaud ou un procédé d'amorçage à froid, ce dernier étant subdivisé suivant le procédé d'amorçage à

l'arc et le procédé d'amorçage à l'arc immergé. Ces procé-

dés ont leur propresavantages et leurs propres inconvénients.

Plus particulièrement, étant donné que le procédé d'amor-

çage à chaud nécessite un équipement de fusion séparé, le procédé ESR luimême peut démarrer doucement et, en conséquence, la qualité du fond du lingot est bonne mais

les coûts et l'entretien de l'installationposentdes problè-

mes et il faut réaliser l'amorçage de la fusion du

laitier dans l'installation de fusion du laitier.

Le procédé d'amorçage à l'arc comprend l'insertion

d'électrodes dans les rebuts et la production d'arcs.la cha-

leur de l'arc résultant étant utilisée pour provoquer la

fusion du laitier à traiter. Cependant, en fonction du ty-

pe de laitier, la chaleur de l'arc est insuffisante pour

provoquer la fusion du laitier en vue d'un traitement uni-

* forme en raison de son point de fusion élevé. Finalement,

le procédé d'amorçage à arc immergé utilise un flux de fu-

sion particulier ayant l'inconvénient de rendre complexe le système des composants du laitier pour le procédé ESR. Il

existe donc un besoin pour mettre en oeuvre un procédé d'a-

morçage de fusion de laitier exempt de ces inconvénients.

Etant donné que l'appareil de fusion et de traitement selon il

la présente invention notamment pour des résidus radio-

actifs est utilisé sous des conditions sévères, il con-

vient que l'opération d'amorçage de fusion comprenant tou-

tes les opérations préparatoires soit simple et que l'amorçage de la fusion se produise positivement. De plus, dans le cas de l'utilisation répétée de laitier en fusion, il est nécessaire que le système des composants du.laitier

ne variepas à chaque amorçage.

La forme la plus courante-d'un tel procédé d'amor-

çage de fusion du laitier satisfaisant auxdites exigences

-est le procédé dit à arc et plaque de surface qui est il-

lustré sur la figure 5. Dans ce procédé, une plaque de surface 2 conductrice de l'électricité est placée sur le fond du moule 1 (par exemple sur la surface supérieure du

chariot 3) et le laitier S est introduit sur elle.

Les électrodes 8 sont alors insérées dans ladite couche

de laitier et reliées à la plaque de surface 2 par l'inter-

médiaire d'une source d'énergie 15. Les électrodes 8 sont amenées en contact avec la plaque de surface 2 pendant un certain moment pour produire des arcs afin de fondre le laitier par la chaleur engendrée par les arcs. Ensuite, la

chaleur provenant du laitier en fusion permet une progres-

sion uniforme de la fusion du laitier.

La fusion du laitier peut également être amorcée

de façon uniforme et rapide en chargeant le laitier etun a-

gent d'amorçage de fusion du laitier dans le moule selon des couches eten faisant en sorte que l'agent de fusion dégage de la chaleur. Dans ce cas, l'agent d'amorçage de fusion

du laitier que l'on préfère est un alliage Ca-Al. La fi-

gure 6 illustre le diagrame de phase classique. Quand les

métaux Ca-Al sont fondus sous vide, on obtient des allia-

ges tels que Al2Ca et Al3Ca et des phases renfermant Ca ou analogues ajoutés auxdits alliages, tous ces produits étant

utiles en tant qu'agents d'amorçage de fusion du laitier.

De tels agents d'amorçage de fusion du laitier sont parfois utilisés sous forme d'une masse mais il est recommandé de les employer sous une forme pulvérisée car

il est souhaitable qu'ils présentent une grande sur-

face spécifique.

Plus particulièrement étant donné que les allia-

ges Ca-Al sont enflammés par la chaleur de l'arc ou une autre chaleur et brûlés pour devenir des oxydes (CaO et

A1203) plus la surface spécifique est grande plus ils brû-

lent facilement et moindre est le din(ier que les métaux Ca-

Al restent après la fusion du laitier.

De la même façon pour le moyen provoquant un dé-

gagement de chaleur des agents d'amorçage de fusion du laitier, on peut utiliser l'inflammabilité de Ca et Al pour

les enflammer directement par une source d'allumage appro-

priée et pour les faire brûler. Un moyen simple

consiste à utiliser leur conductibilité électrique pour pro-

duire la chaleur de l'arc. Des exemples concrets de ce moyen sont (1) un procédé comprenant les étapes d'insertion de

deux électrodes dans la couche d'agent d'amorçage de fu-

sion dulaitier, la mise en court-circuit des extrémités an-

térieures desdites électrodes par l'agent d'amorçage, le pas-

sage de courant électrique à travers celles-ci pour produi-

re la chaleur de l'arc afin d'enflammer l'agent d'amorçage (dans ce procédé, il n'est pas nécessaire d'installer une plaque de surface), et (2) un procédé comprenant les étapes

d'installation d'une plaque de surface conductrice d'élec-

tricité sur le côté inférieur du moule (c'est-à-dire sur la

surface supérieure du chariot),d'insertion d'une ou de plu-

sieurs électrodes jusqu'à ce que leurs extrémités antérieu-

res pénètrent dans la couche d'agent d'amorçage de fusion du laitier, de mise en court-circuit des électrodes et de par

la plaque de surface! l'agent d'amorçage de fusion du lai-

tier et le passage de courant électrique à travers elles

pour produire la chaleur de l'arc afin d'enflammer ainsi le-

dit agent d'amorçage. Les figures 7 et 8 sont des repré-

sentations schématiques illustrant lesdits procédés (1) et

(2) montrant un type à électrode double et respective-

ment un type à électrode simple. Sur ces figures, l'agen-

cement et le fonctionnement du moule 1, de la plaque de surface 2, du chariot 3 et des électrodes 8 ainsi que le mode de chargement du laitier et de l'agent d'amorçage de fusion du laitier selon les figures 1 à 4 peuvent être facilement compris mais lé procédé d'amorçage de fus-ion ci du laitier/décrit après peut également être appliqué dans le cas o la fusion électrique sous laitier est réalisée en utilisant un moule et un four de fusion ordinairèsen dehors

du moule et des éléments analogues représentés sur les fi-

gures 1 à 4.

Dans la présente invention, le laitier S et un agent d'amorçage de fusion du laitier SS sont chargés dans le moule 1 selon des couches. Les figures 7 et 8 illustrent

respectivement trois couches et deux couches mais bien en-

tendu il n'existe pas de limitation en ce qui concerne tant l'épaisseur que le nombre des couches. A titre d'exemple, dans le système à deux électrodes illustré sur

la figure 6, on peut prévoir quatre couches ou plus.

Pour utiliser totalement la chaleur de combus-

tion de l'agent d'amorçage de fusion du laitier SS, il est

toutefois recommandé de couvrir la couche de la surface su-

périeure avec dulaitier S à tout moment afin de réduire les pertes de chaleur. Si la couche de surface supérieure est formée de l'agent d'amorçage de fusion dulaitier SS (par exemple à la figure 8, une couche d'agent d'amorçage de fusion du laitier est formée sur le laitier supérieur S) contrairement à ce concept, la réalisation stratifiéerésultante avec le laitier S interposé entre les couches d'agent d'amorçage de fusion du laitier augmente le taux de fusion du laitier S bien qu'une telle réalisation soit quelque peu désavantageuse en ce qui concerne la matière

et la chaleur.

Dans tous les cas, le laitier S et l'agent

d'amorçage de fusion du laitier SS sont déposés alterna-

tivement l'un sur l'autre, les électrodes étant immergées dans l'agent d'amorçage de fusion du laitier SS. Entre l'électrode 8 et la plaque de surface 2 (cf. figure S) ou entre les électrodes 8 (sur la figure 7) est appliquée une source de courant alternatif ou de courant continu 15 (sur les figures il s'agit de courant alternatif). Ainsi, étant donné que l'agent d'amorçage de fusion du laitier SS est

un alliage Ca-Al de conductibilité électrique satisfaisan-

te,le passage de l'électricité a lieu entre l'électrode 8 et la plaque de surface 2 ou entre les électrodes 8 o des

arcs sont produits. Sur la figure 8 on peut appliquer un po-

lo tentiel électrique entre l'électrode 8 et le moule 1 auquel cas l'ordre de stratification du laitier S et de l'agent

d'amorçage de fusion du laitier SS peuvent être comme illus-

trés sur la figure 7. Bien que le laitier S et l'agent d'amorçage de fusion du laitier SSaient été décrits comme étant formésselon des couches séparées, ils peuvent être mélangés ensemble et être formés selon une seule couche lorsque la distance entre les électrodes est suffisamment

faible ou lorsque la quantité relative de l'agent d'amor-

çage de fusion dulaitier est importante.

Lors de la production des arcs de la façon dé-

crite ci-dessus, le laitier commence à fondre par la cha-

leur engendrée par les arcs mais dans ce cas si l'atmos-

phère autour de l'alliage Ca-Al est une atmosphère oxy-

dante, il se produit une combustion de l'alliage Ca-Al

avec son inflammation et la chaleur de combustion provo-

que la progression de la fusion du laitier. En outre, l'é-

coulement de courant électrique au moment du démarrage de

l'arc est quelque peu instable mais lorsqu'une accumula-

tion de laitier est formée près de l'extrémité antérieure de l'électrode, le courant est stabilisé et la fusion du laitier par effet Joule se développe si bienquélerésultat visé est obtenu. Dans cette opération étant donné que l'alliage Ca-Al une fois enflammé brûle rapidement même dans une atmosphère oxydante qui est pratiquement la même que l'air, il n'existe aucune possibilité pour que le Ca ou Al reste sous la forme d'un métal après la fusion du laitier de même qu'il n'est pas possible que le laitier 2503i98

fondu soit instable. Lorsqu'ils sont br lés,Ca et AI for-

ment respectivement CaO et AI203 Si le laitier pour le procédé ESR est un système contenant de tels oxydes, on

obtient l'avantage qu'il ne se produit pas de perturba-

tions dans le système de composants du laitier. En outre, étant donné que l'agent d'amorçage de fusion du laitier

ne contient pas de Si, il n'y a pas de problème de forma-

tion de SiO2 qui abaisserait la basicité du laitier. Par

conséquent, une utilisation continue du laitier est pos-

sible. A titre d'exemple, lorsque des résidus métalliques

radioactifs sont traités, la formation de résidus secon-

daires est supprimée dans une grande mesure. Du fait que

les alliages Ca-AI sont bien plus sûrs que l'agent ther-

mique, l'opération d'amorçage de fusion dulaitier est bien moins dangereuse en présentant un bien plus grand degré

de souplesse.

Après que le laitier a été fondu de cette façon, les résidus métalliques sont chargés dans le moule, après

quoi ils tombent dans le fond du moule du fait de la dif-

férence de densité. Les électrodes sont alors abaissées

depuis le dessus du moule dans la couche de laitier en fu-

sion et du courant électrique passe de sorte que les ré-

sidus métalliques peuvent être efficacement fondus. Si une grande quantité de résidus métalliques est chargée en une

seule fois dans le moule, le laitier en fusion refroidi-

rait pour solidifier. Par conséquent, il est souhaitable

de charger les résidus métalliques selon de petites frac-

tions successives et lors de chaque chargement de faire

passer l'électricité destinée au chauffage afin d'empê-

cher une solidification dulaitier en fusion.

Les avantages obtenus par la mise en oeuvre de la présente invention sont indiqués ci-après: (1) les résidus métalliques qui sont nuisibles au corps humain peuvent être fondus et traités en vue d'une réduction de volume dans un système fermé; (2) étant donné que les composants nuisibles

250359&

sont arrêtés par le laitier, la fonction d'empoisonnement du métal traité est fortement réduite;

(3) l'utilisation d'un agent d'amorçage de fu-

sion dulaitier uniformise l'amorçage de la fusion dulai-

tier.

Claims

REVENDICATIONS

1. Appareil pour fondre et traiter des résidus

métalliques par un procédé de fusion électrique sous lai-

tier caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un moule (1) cylindrique refroidi à l'eau,à fond ouvert, divisé selon deux parties (la, lb)

sensiblement en son milieu, lesdites parties (la, lb) é-

tant agencées pour être déplacées lors de l'assemblage dans les directions d'ouverture relatives du moule (1); (b) un chariot (3) disposé en dessous du moule

(1) et mobile dans une direction croisant lesens de déplace-

ment dudit moule divisé; (c) un godet (4) élévateur disposé au-dessus

du moule (1) pour charger une matière à traiter dans le mou-

le (1); (d) des obturateurs (lOa, lOb) pour fermer ou

ouvrir le passage entre le moule (1) et la position d'at-

tente d'élévation du godet élévateur (4);

(e)au moins une électrode (8) non consommable sus-

ceptible d'être levée et destinée à être insérée dans le moule et

(f) un conduit (12) d'alimentation de gaz pro-

tecteur pour alimenter un gaz protecteur dans le moule (1).

2. Appareil selon la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'une plaque de surface (2) est montée sur le chariot (3), la surface supérieure de ladite plaque (2) étant en contact avec le fond ouvert du moule (1) refroidi

à l'eau.

3. Appareil selon l'une des revendications 1 ou

2, caractérisé en ce que les obturateurs (la, lOb) sont fermés et ouverts de façon synchrone lors de l'élévation

et de l'abaissement du godet élévateur (4).

4. Appareil selonl'une quelconque des revendi-

cations 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une seule

électrode non consommable (8).

5. Appareil selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une plura-

lité d'électrodes non consommables (8a, 8b).

6. Appareil selon l'une quelconque des reven-

dications 1 à 5, caractérisé en ce que le godet élévateur

(4), l'obturateur (lOa, lob), l'électrode non consomma-

ble (8) et le conduit (12) d'alimentation de gaz protecteur sont installés à l'intérieur d'un couvercle (13) disposé pour recouvrir le dessus du moule (1) afin qu'ilssoient

isolés de l'air extérieur.

7. Appareil selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un conduit

d'évacuation (14) relié au couvercle (13).

8. Appareil selon l'une quelconque des reven-

dications 1 à 7, caractérisé en ce que l'agent(SS) d'amorçage de fusion du laitier et le laitier (S) sont chargés dans le moule (1) selon des couches et une couche d'agent

de fusion du laitier est formée dans une position attei-

gnant l'électrode non consommable (8).

9. Appareil selon la revendication 8, caracté-

risé en ce que l'agent d'amorçage de fusion dulaitier est

un alliage du type Ca-AI.

10. Procédé pour fondre et traiter des rési-

dus métalliques par un processus de fusion électrique sous laitier caractérisé en ce qu'il comprend:

(a) l'étape d'assemblage sur la surface supé-

rieure d'un chariot (3) d'un moule (1) cylindrique,refroi-

di à l'eau et à fond ouvert, divisé en deux parties (la, lb) sensiblement en son milieu, lesdites parties (la,

lb) étant mobiles lors de l'assemblage et dans les direc-

tions relatives d'ouverture du moule (1);

(b) l'étape de chargement d'un agent(SS) d'amor-

çage de fusion du laitier et de laitier (S) dans le

moule (1) selon des couches en utilisant un godet éléva-

teur (4) pour charger une matière à traiter disposée au-

dessus dudit moule (1); (c) l'étape d'élévation du godet élévateur (4) vers sa position isolée et l'isolement du godet (4)

et du moule (1) l'un par rapport à l'autre par des obtu-

rateurs (lOa, lOb); (d) l'étape d'abaissement de l'électrode non consommable (8) susceptible d'être levée, disposée au

dessus du moule (1> à travers une ouverture dans l'ob-

turateur jusqu'à ce que son extrémité antérieure atteigne la couche d'agent d'amorçage de fusion, de passage de l'électricité à travers celleci pour enflammer l'agent d'amorçage de fusion du laitier afin de démarrer la fusion du laitier et de continuation de passage de l'électricité pour fondre le laitier; (e) l'étape d'élé vation de l'électrode non consommable (8) vers sa position isolée, d'ouverture des

obturateurs (lOa, lob) et de chargement des résidus métal-

liques dans le moule (1) en utilisant ledit godet éléva-

teur (4) et (f) l'étape de fermeture des obturateurs (lOa,

lOb),d'insufflation de gaz inerte dans le moule (l),d'a-

baissement de l'électrode non consommable (8) jusqu'à ce que son extrémité antérieure soit immergée dans la couche de laitier en fusion et de passage de l'électricité pour

fondre les résidus métalliques par effet Joule.

11. Procédé selon la revendication 10, carac-

térisé en ce qu'on utilise comme agent d'amorçage de fu-

sion du laitier un alliage du type Ca-Al.

12. Procédé selon l'une des revendications

ou 11, caractérisé en ce que l'électrode non consomma-

ble (8) et le moule (1) sont mis en court-circuit pour pro-

duire des arcs afin d'enflammer l'agent d'amorçage de fu-

sion du laitier.

13. Procédé selon l'une des revendications

ou 11, caractérisé en ce que l'électricité passe entre une pluralité d'électrodes non consommables pour produire des arcs afin d'enflammer l'agent d'amorçage de fusion

du laitier.