СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2013 года по МПК C21B13/00 C22B7/00 

Изобретение относится к металлургии и к области переработки отходов сталей и сплавов, загрязненных радионуклидами.

Вывод из эксплуатации и демонтаж оборудования предприятий атомной промышленности, ядерных реакторов и других установок, применяющих делящиеся материалы, приводит к образованию и накоплению большого количества отходов металла, загрязненных радионуклидами, называемых: металлические радиоактивные отходы (МРО). В результате из хозяйственного оборота выводится значительное количество высоколегированного металла и значительные площади приходится занимать под специальные хранилища для МРО. В настоящее время только в России хранится более миллиона тонн МРО. В связи с этим весьма актуальны вопросы разработки и применения эффективных способов дезактивации МРО.

Известны способы переработки и пирометаллургической дезактивации МРО, предусматривающие расплавление МРО и перевод большей части радионуклидов в шлак [1-10]. Такие способы дают возможность уменьшить уровень загрязнения металла до пределов, обеспечивающих возможность возвращения в хозяйственный оборот.

В МРО возможны два вида радиоактивного загрязнения: поверхностное загрязнение вследствие контакта с содержащим радионуклиды, обычно жидким, веществом и сорбции радионуклидов на поверхности металла и загрязнение вследствие нейтронного облучения, вызывающего образование радиоактивных изотопов компонентов металла непосредственно в объеме металла.

Известны способы переработки и дезактивации, предусматривающие плавление МРО в небольших электропечах под слоем основного раскисленного шлака с низким (менее 1% содержанием оксидов железа) [1-9]. Такой шлак после использования в качестве среды для фиксации радионуклидов, перешедших в него из МРО в процессе плавления, очень неудобен для последующего захоронения, так как имеет низкую прочность и через некоторое время рассыпается на мелкие частицы. Из таких частиц при воздействии влаги могут вымываться радионуклиды.

Для получения металла, пригодного к использованию без ограничений, необходимо обеспечить полное отделение частиц радиоактивного шлака от дезактивированного металла во время слива металла из плавильного агрегата и последующей разливки на слитки. Легче и надежней всего это можно обеспечить при раздельном сливе чистого металла и «грязного» радиоактивного шлака из плавильного агрегата.

Однако большинство известных способов пирометаллургической дезактивации МРО и агрегатов, применяемых для их осуществления, не обеспечивают такой возможности [1-9]. Приходится перед проплавлением МРО производить их предварительную поверхностную дезактивацию низкотемпературными способами (гидравлическими, механическими, химическими), что усложняет и удорожает процесс получения чистого дезактивированного металла. Из-за невозможности осуществления раздельного выпуска чистого металла и «грязного» радиоактивного шлака для дезактивации МРО используют небольшие электрические печи (дуговые, индукционные, электрошлакового переплава) и разделывают МРО на куски небольших размеров и массы. Такие плавильные агрегаты имеют низкую производительность, что еще больше усложняет и удорожает процесс дезактивации МРО [9].

Известен способ переработки металлургических радиоактивных отходов и агрегат для его осуществления, включающий загрузку отходов в плавильную камеру, их плавление, перевод радиоактивных нуклидов в шлак и фиксацию их в шлаке, раздельный выпуск чистого дезактивированного металла и радиоактивного шлака из плавильной камеры, выбранный в качестве ближайшего аналога (патент RU 2345141) [10].

Известный способ переработки металлургических радиоактивных отходов предусматривает непрерывное плавление загружаемых МРО в жидкой металлической ванне плавильной камеры, кожух которой охлаждают жидкометаллическим теплоносителем, и отопление плавильной камеры топливокислородными горелками со сверхзвуковой скоростью истечения кислорода. Удельная тепловая мощность горелок равна 1,5-2,0 МВт на тонну проплавляемых отходов при избытке кислорода 5-7% к расчетному. Горелки расположены в боковых и торцевой стенках плавильной камеры на высоте 0,8-1,4 м от уровня расплава под углом 35-55°С к поверхности расплава. МРО перед загрузкой в рабочее пространство плавильной камеры нагревают отходящими из плавильной камеры газами до 700-800°С в герметичном шахтном подогревателе, установленном над отверстием в верхней части кожуха плавильной камеры.

Подогретые отходы загружают в плавильную камеру порциями, масса которых равна 7-8,5% от массы жидкого металла, находящегося в камере, при максимальной массе одного куска 7% от массы жидкого металла, находящегося в камере. Отходы расплавляют под слоем кислого шлака с температурой 1600-1650°С, масса которого составляет 2-5% от массы жидкого металла, находящегося в агрегате, присадками флюсов состав шлака поддерживают в пределах, %: 28-45 SiO₂; 20-35 ∑ (FеО+Fе₂O₃); 2-8 CaO; 3-10 Аl₂О₃; 5-12 MgO.

Дезактивированный металл с температурой 1500-1580°С сливают из плавильного агрегата через летку, расположенную на высоте 100-200 мм от уровня огнеупорного пода и оборудованную обогреваемым сифонным желобом для лучшего отделения дезактивированного металла от радиоактивного шлака.

Загрязненный радионуклидами шлак по мере необходимости периодически сливают из агрегата через расположенную на противоположной стороне агрегата летку, расположенную на высоте 50-100 мм от границы раздела шлак-металл, непосредственно в контейнеры для захоронения отходов. Пыль, уловленную в газоочистке плавильного агрегата, вдувают в расплавленный шлак в токе кислорода инжекторами.

Кроме того, выпуск чистого дезактивированного металла из плавильного агрегата производят периодически в соответствии с показателями устройства, замеряющего уровень жидкого металла в плавильной камере.

Известный способ переработки металлических радиоактивных отходов имеет недостатки:

- сложность контроля и регулирования процесса дезактивации, так как, во-первых, не предлагаются конкретные пределы содержания кислорода в окислительной атмосфере плавильной камеры и содержания кислорода в металле в процессе плавления и дезактивации МРО, во-вторых, отсутствуют данные о толщине слоя шлака в плавильной камере над перерабатываемым металлом, необходимые для качественного и эффективного проведения дезактивации;

- сложность отделения частиц «грязного» радиоактивного шлака от чистого дезактивированного металла, так как шлак предложенного состава имеет высокую адгезию к металлу вследствие большого содержания оксидов железа;

- недостаточная эффективность процесса дезактивации МРО из-за того, что, во-первых, не предусмотрены мероприятия по удалению из дезактивированного металла запутавшихся в нем частиц «грязного» радиоактивного шлака перед сливом металла из плавильной камеры, во-вторых, не предусмотрены меры по уменьшению загрязнения огнеупорной футеровки металлической ванны плавильной камеры во время слива дезактивированного металла из камеры;

- трудоемкость процесса дезактивации МРО, так как загрузка МРО в плавильную камеру сверху через отверстие в верхней части кожуха плавильной камеры может вызвать усиленное разбрызгивание металла и шлака и привести к значительному увеличению количества эмульгированных в металл частиц радиоактивного шлака;

- не исключен процесс образования диоксинов при переработке МРО, загрязненных включениями пластмасс, лаков и других веществ, содержащих соединения хлора и фтора;

- имеет место повышенный улет некоторых радионуклидов с поверхности нагреваемых МРО из-за подогрева МРО в шахтном подогревателе до высокой температуры 700-800°С.

Задачей предлагаемого способа переработки металлических радиоактивных отходов является осуществление высокопроизводительного эффективного процесса дезактивации МРО при высоких технико-экономических показателях.

Техническим результатом предлагаемого способа переработки металлических радиоактивных отходов является устранение недостатков ближайшего аналога, а именно:

- ведение процессов плавления и дезактивации МРО в окислительных условиях с контролем заданного уровня окисленности атмосферы рабочего пространства плавильной камеры и окисленности жидкого металла;

- использование для экстрагирования радионуклидов и их надежной фиксации окисленного шлака низкой основности, имеющего низкую адгезию к металлу, легко от него отделяющегося, но имеющего в твердом состоянии высокую прочность и способность сохранять прочность при воздействии влаги и других неблагоприятных факторов в случае захоронения;

- обеспечение удаления запутавшихся частиц «грязного» радиоактивного шлака из дезактивированного металла перед выпуском металла из плавильной камеры;

- уменьшение испарения с поверхности МРО летучих легкоиспаряющихся радионуклидов в процессе плавления отходов в жидкой металлической ванне;

- уменьшение загрязнения огнеупорной футеровки металлической ванны плавильной камеры опускающимся «грязным» радиоактивным шлаком во время слива металла из камеры;

- исключение возможности образования диоксинов при нагреве МРО, загрязненных включениями пластмасс и других веществ, содержащих соединения хлора и фтора, в подогревателе и при плавлении МРО в плавильной камере.

Технический результат обеспечивается тем, что в способе переработки металлических радиоактивных отходов, включающем загрузку в плавильную камеру для запуска процесса легкоплавких отходов металла, наплавление жидкого металла для заполнения половины максимального объема металлической ванны при работе на пониженной мощности топливокислородных горелок, добавку флюсов, загрузку металлических радиоактивных отходов, их плавление, перевод радиоактивных нуклидов в шлак и фиксацию их в шлаке, раздельный выпуск дезактивированного металла и радиоактивного шлака из плавильной камеры, согласно изобретению плавление загружаемых отходов ведут в окислительной атмосфере с содержанием кислорода 8-10%, получаемой за счет увеличения избытка кислорода в топливокислородных горелках, в жидкой окисленной металлической ванне при содержании кислорода в металле 0,020-0,035%, для экстрагирования радионуклидов из металла и их надежной фиксации применяют окисленный шлак низкой основности, который получают за счет частичного окисления компонентов загружаемых металлических радиоактивных отходов и дополнительной присадки флюсов в количестве 1-1,5% от массы перерабатываемых металлических радиоактивных отходов, сливая накопившийся чистый дезактивированный металл из плавильной камеры, в камере оставляют 20-30% наплавленного дезактивированного металла, перед сливом металла на 5-12 минут прекращают загрузку металлических радиоактивных отходов в плавильную камеру и уменьшают в 2-3 раза тепловую мощность, вводимую в камеру топливокислородными горелками, регулируют количество сливаемого металла и скорость слива, после слива 70-80% металла возобновляют загрузку металлических радиоактивных отходов в плавильную камеру и увеличивают до первоначального уровня подачу топлива и кислорода в топливокислородные горелки и вводимую ими тепловую мощность.

Окисленный жидкий шлак низкой основности содержит, %:

SiO₂ 46-57 СаO 9-12 ∑(FеО+Fе₂O₃) 5-18 Аl₂О₃ 11-13 MgO 1-4 MnO 4-10

В качестве флюсов используют металлургические шлаки, золу тепловых электростанций, изношенные огнеупоры футеровки сталеразливочных ковшей.

Количество сливаемого металла и скорость слива металла регулируют шиберным устройством.

Загружаемые в плавильную камеру металлические радиоактивные отходы предварительно подогревают до температуры 600-650°С физическим и химическим теплом отходящих из камеры газов в специальном подогревателе, расположенном сбоку от плавильной камеры, и загружают в камеру через боковое загрузочное отверстие.

Температуру выходящих из подогревателя газов поддерживают на уровне 800-900°С.

Толщину слоя шлака в плавильной камере в процессе дезактивации отходов поддерживают в пределах 120-250 мм.

Перед сливом чистого дезактивированного металла из плавильной камеры сливают 50-80% накопленного радиоактивного шлака через шлаковую летку, расположенную выше максимального уровня жидкого металла в камере.

Плавление загружаемых отходов в окислительной атмосфере с содержанием кислорода 8-10%, получаемой за счет увеличения избытка кислорода к расчетному в топливокислородных горелках, в жидкой окисленной металлической ванне при содержании кислорода в металле 0,020-0,035% обеспечивает необходимый окислительный потенциал, позволяющий легко окислять такие радионуклиды, находящиеся в металле, как ⁵⁴Mn, ⁵¹Cr, ⁵⁵Fe, ⁵⁹Fe и др., и переводить оксиды этих нуклидов в шлак. При меньшем, чем 8% содержании кислорода в атмосфере рабочего пространства, и меньшем, чем 0,020% содержании кислорода в металле, радионуклиды металла будут окисляться медленно и в небольшом количестве. При большем, чем 10% содержании кислорода в атмосфере и чем 0,035% содержании кислорода в металле, заметно увеличивается содержание оксидов железа в шлаке над металлическим расплавом, увеличивается адгезия шлака к металлу и затрудняется отделение частиц «грязного» шлака от чистого дезактивированного металла, а также увеличивается количество вторичных твердых радиоактивных отходов, нуждающихся в захоронении.

Предлагаемый окисленный шлак низкой основности, содержащий, %: 46-57 SiO₂; 9-12 CaO; 5-18 ∑ (FеО+Fе₂О₃); 11-13 Аl₂О₃; 1-4 MgO, 4-10 MnO, обладает низкой адгезией к металлу, хорошо экстрагирует из металла и ассимилирует оксиды радионуклидов, обладает высокой прочностью и способностью сопротивляться агрессивному воздействию влаги, кислотных и щелочных растворов. Такой шлак обеспечивает надежную фиксацию радионуклидов в процессе длительного хранения.

При меньшем, чем 5%, содержании оксидов железа такой шлак не обладает необходимой окислительной способностью по отношению к жидкому металлу и не дает возможности быстро и полно окислить радионуклиды элементов, входящих в состав металла.

При содержании оксидов железа в шлаке более 18% возрастает адгезия шлака к металлу и затрудняется отделение частиц радиоактивного шлака от чистого дезактивированного металла.

Содержание SiO₂ 46-57% обеспечивает шлаку в твердом состоянии необходимую прочность и способность сопротивляться воздействию влаги, щелочных и кислотных растворов при длительном хранении. Остальные компоненты шлака необходимы для снижения температуры плавления и повышения жидкотекучести шлака в плавильной камере и во время слива из камеры.

Получение шлака за счет частичного окисления компонентов загружаемых металлических радиоактивных отходов (Fe, Mn, Si, Al) и присадки небольшого количества флюсов 1-1,5% от массы перерабатываемых металлических радиоактивных отходов, в качестве которых используют металлургические шлаки, золу тепловых электростанций, изношенные огнеупоры футеровки сталеразливочных ковшей, позволяет ускорить образование шлака в плавильной камере, за счет этого уменьшить улет летучих радионуклидов с поверхности плавящихся отходов и уменьшить количество образующихся вторичных твердых радиоактивных отходов («грязного» шлака), нуждающихся в захоронении.

Оставление после слива дезактивированного металла из плавильной камеры 20-30% металла в камере позволяет ускорить плавление загружаемых после окончания выпуска металлических радиоактивных отходов, уменьшить улет летучих радионуклидов с поверхности отходов в процессе плавления и снизить загрязнение огнеупорной футеровки металлической ванны в процессе выпуска опускающимся радиоактивным шлаком. Оставление в камере менее 20% металла не позволит существенно ускорить плавление отходов и уменьшить улет радионуклидов с поверхности плавящихся отходов. Оставление в камере более 30% металла после окончания выпуска приведет к уменьшению производительности процесса.

Прекращение перед сливом загрузки металлических радиоактивных отходов в плавильную камеру на 5-12 минут и уменьшение в это время тепловой мощности, вводимой в камеру топливокислородными горелками, позволяют всплыть из чистого дезактивированного металла частицам «грязного» радиоактивного шлака и получить более чистые слитки дезактивированного металла. Прекращение загрузки отходов и подачи топлива и кислорода на время менее 5 минут не дает необходимого эффекта. Прекращение загрузки отходов и подачи топлива и кислорода на время более 12 минут не увеличивает заметно количество всплывших частиц радиоактивного шлака, но приводит к снижению производительности плавильного агрегата.

Регулирование скорости слива и количества сливаемого металла шиберным устройством позволяет ускорить и облегчить разливку металла, сливаемого непосредственно в изложницы, установленные на тележечном конвейере.

Возобновление после слива необходимого количества металла загрузки металлических радиоактивных отходов и увеличение до первоначального уровня подачи топлива и кислорода в топливокислородные горелки позволяет быстро перейти на стандартный режим работы плавильной камеры.

Предварительный подогрев загружаемых в плавильную камеру металлических радиоактивных отходов до температуры 600-650°С физическим и химическим теплом отходящих из камеры газов в подогревателе, расположенном сбоку от плавильной камеры, и загрузка подогретых отходов в камеру через боковое загрузочное устройство позволяют увеличить общий тепловой коэффициент полезного действия агрегата, повысить производительность агрегата, уменьшить улет летучих радионуклидов с поверхности кусков отходов, облегчить обслуживание плавильного агрегата, уменьшить разбрызгивание радиоактивного шлака в плавильной камере и снизить количество шлаковых частиц, эмульгируемых в металл при загрузке отходов.

При нагреве металлических радиоактивных отходов до температур ниже 600°С уменьшается производительность плавильного агрегата, при нагреве отходов до температур выше 650°С увеличивается улет летучих радионуклидов с поверхности кусков шихты.

Поддержание температуры выходящих из нагревателя газов на уровне 800-900°С позволяет исключить возможность образования диоксинов при нагреве металлических радиоактивных отходов, загрязненных включениями пластмасс и других веществ, содержащих соединения хлора и фтора. При температуре выходящих газов менее 800°С возможность образования диоксинов полностью не исключается [11], при температуре выходящих газов более 900°С заметно возрастают тепловые потери плавильного агрегата.

Толщина слоя шлака в плавильной камере в процессе дезактивации отходов в пределах 120-250 мм обеспечивает необходимое экстрагирование радионуклидов из металла и надежную фиксацию их в шлаке, а также снижение величины улета летучих радионуклидов с поверхности плавящихся кусков металла.

Меньшая, чем 120 мм толщина слоя шлака не обеспечивает необходимой экстракции радионуклидов из металла и уменьшения улета летучих радионуклидов.

При толщине слоя шлака более 250 мм ухудшаются условия теплопередачи от факелов горелок плавящемуся металлу и увеличивается количество вторичных твердых радиоактивных отходов, нуждающихся в захоронении.

Слив из плавильной камеры перед сливом чистого дезактивированного металла 50-80% накопленного «грязного» радиоактивного шлака через шлаковую летку, расположенную выше максимального уровня жидкого металла в камере, обеспечивает меньший уровень загрязнения огнеупорной футеровки металлической ванны частицами опускающегося радиоактивного шлака в процессе слива металла.

Слив менее 50% накопленного радиоактивного шлака не дает значительного уменьшения загрязнения футеровки, слив более 80% накопленного шлака затрудняет дезактивацию металла и увеличивает улет летучих радионуклидов после возобновления загрузки отходов в плавильную камеру.

Сущность заявленного способа поясняется чертежами агрегата, предназначенного для осуществления заявляемого способа дезактивации металлических радиоактивных отходов.

На фиг.1 приведен разрез А-А агрегата для осуществления заявляемого способа дезактивации металлических радиоактивных отходов.

На фиг.2 показан разрез В-В агрегата для осуществления заявляемого способа дезактивации металлических радиоактивных отходов.

Способ дезактивации металлических радиоактивных отходов осуществляется следующим образом.

В плавильную камеру 1 для запуска процесса постепенно загружают относительно легкоплавкие отходы металла: стружку стальную и чугунную, мелкую стальную обрезь и, работая на пониженной мощности топливокислородных горелок 2, наплавляют количество жидкого металла 3, необходимое для заполнения половины максимального объема металлической ванны. Затем добавляют небольшое количество флюсов и начинают загрузку и проплавление металлических радиоактивных отходов 4, нагретых в подогревателе 5, через боковое отверстие 6 (фиг.2) в стенке корпуса плавильной камеры 1. В это время горелки 2 работают на полную мощность с избытком кислорода, плавление металлических радиоактивных отходов ведется в окислительной атмосфере с содержанием кислорода 8-10%, в жидкой окисленной металлической ванне с содержанием кислорода 0,020-0,035% (содержание кислорода в атмосфере плавильной камеры 1 и в металлической ванне периодически контролируется). Над металлической ванной поддерживается слой окисленного шлака 7 низкой основности толщиной 120-250 мм в зависимости от химического состава металлических отходов (фиг.1-2). После наполнения металлической ванны до максимального уровня на 5-12 минут прекращается загрузка в камеру 1 металлических радиоактивных отходов 4 и уменьшается в 2-3 раза подача топлива и кислорода в горелки 2. За это время частицы радиоактивного шлака отделяются от чистого металла и всплывают в слой шлака 7, находящийся над металлом 3. Перед сливом через шлаковую летку 9 металла 3 сливают из плавильной камеры 1 в контейнер 8 50-80% шлака 7, находившегося в камере 1. Затем металл 3 сливают через металлическую летку 10, расположенную на другой стороне плавильной камеры в сталеразливочный ковш 11 или сразу в изложницы, установленные на тележке (не показана). Скорость слива и количество слитого металла регулируют шиберным устройством 12. Слив металла прекращают, оставив в камере 20-30% наплавленного металла. После слива необходимого количества металла возобновляют загрузку металлических радиоактивных отходов 4 в плавильную камеру 1 на оставшиеся жидкий металл 3 и шлак 7 и увеличивают подачу топлива и кислорода в горелки 2 и их мощность до первоначального уровня. Далее цикл дезактивации металла повторяется.

Пример, подтверждающий возможность внедрения в производство предложенного способа.

1. В 1,5 т дуговой печи с кислой футеровкой наплавили жидкую металлическую ванну массой 0,5 т и загрузили на се поверхность 30 кг флюса (кислый шлак производства никеля). Далее в жидкой ванне проплавили 1,5 т металлических радиоактивных отходов стали 10Х18Н9 низкой степени загрязненности с удельной мощностью гамма-излучения d=4·10^-5 нГр·м²/(с·кг). Плавление вели с приоткрытой заслонкой рабочего окна, чтобы поддерживать окислительную атмосферу в печи. После полного расплавления лома и нагрева металла сделали выдержку 10 минут при выключенной печи, чтобы дать возможность частицам радиоактивного шлака всплыть из металла. После этого слили шлак в контейнер, а затем слили металл в ковш и в изложницы. Контроль степени радиоактивного загрязнения металла подтвердил возможность использования полученного металла без ограничений (d=0,38·10^-5 нГр·м²/(с·кг).

2. Выдержка металла в ковше перед разливкой стали в течение 10-12 минут широко применяется в металлургии для всплывания частиц шлака и дает нужный эффект [12].

3. Плавление металла в жидкой ванне под слоем шлака достаточной толщины значительно уменьшает потери металла вследствие улета в плавильных агрегатах черной металлургии [12, 13].

Литература

1. Патент SU 1831879 «Способ утилизации отходов из черных сплавов, загрязненных радионуклидами, и установка для его осуществления». Авторы: Нестер А.Т.; Паранин А.А. Патентообладатель Нестер А.Т.

2. Патент RU 2159473 «Способ переработки металлических отходов, содержащих радионуклиды». Авторы: Лосицкий А.Ф.; Ганза Н.А.; Рождественский В.В.; Касимов Р.Н.; Зайков Ю.П.; Гончаров А.И.; Плеханов К.А.; Солобоев И.С. Патентообладатель ООО «Чистые технологии в промышленность плюс».

3. Патент RU 2066496 «Способ дезактивации радиоактивных металлических отходов и композитный шлакообразующий сплав для дезактивации радиоактивных металлических отходов методом плавки». Авторы: Симановский В.М.; Бочкарев В.А.; Дмитриев Е.Н.; Черниченко А.А.; Кинеров Л.В.; Ржевцев Н.П. Патентообладатель АО Инновационная компания «Панорама».

4. Патент RU 2249270 «Способ дезактивации радиоактивных металлических отходов электрошлаковым переплавом». Авторы: Бондин В.В.; Бычков С.И.; Кравченко Г.А. Патентообладатель: Горнохимический комбинат. ГХК.

5. Патент RU 2231843 «Способ дезактивации радиоактивных металлических отходов». Авторы: Петров Г.А.; Суворов И.С.; Соболев И.А.; Дмитриев С.А.; Тимофеев Е.М.; Майборода М.А. Патентообладатель: ГУП МосНПО «Радон».

6. Патент RU 2234154 «Способ переработки металлических отходов и печь для его осуществления». Авторы: Подойницын С.В.; Бычков С.И.; Кравченко Г.А.; Бахвалов С.Г.; Васильев М.Г.; Лапшин Б.М. Патентообладатель: Горнохимический комбинат.

7. Патент RU 2239248 «Способ утилизации поверхностно радиоактивно загрязненных элементов конструкций из нержавеющих сталей». Авторы: Гунгер Ю.Р.; Филиппов Г.А.; Южанинов Е.Г.; Иванов Р.В. Патентообладатель: Гунгер Ю.Р.; Шапов Р.В.

8. Патент RU 2249056 «Способ переработки радиоактивно загрязненного оборудования и способ производства сталей и сплавов с использованием лома металлических радиоактивных отходов». Авторы: Филиппов Г.А.; Иванова Т.П.; Иванов Р.В.; Южанинов Е.Г. Патентообладатель: Южанинов Е.Г.; Иванов Р.В.

9. М.А.Скачек. Обращение с отработавшим ядерным топливом и радиоактивными отходами АЭС. М.: Издательский дом МЭИ, 2007, 448 с.

10. Патент RU 2345141. «Способ переработки металлических радиоактивных отходов и агрегат для его осуществления». Авторы: Голубев А.А., Гудим Ю.А. Патентообладатель ООО ПК «Технология металлов».

11. Райле В.Т. Совершенствование тепловой работы и конструкции шахтного подогревателя дуговой сталеплавильной печи. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Челябинск. ЮУрГУ. 2010.

12. В.А.Кудрин. Теория и технология производства стали. М.: Мир, 2003, 526 с.

13. Ю.А.Гудим, И.Ю.Зинуров, А.Д. Киселев. Производство стали в дуговых печах. Конструкции, технологии, материалы. Новосибирск. Изд-во НГТУ. 2010. 546 с.

Изобретение относится к переработке металлических отходов, загрязненных радионуклидами. Плавление металлических радиоактивных отходов (МРО) ведут в окислительной атмосфере с содержанием кислорода 8-10% в жидкой окисленной металлической ванне при содержании кислорода в металле 0,020-0,035%. При этом для экстрагирования радионуклидов из металла и их надежной фиксации в шлаке применяют окисленный шлак низкой основности, сливают накопившийся дезактивированный металл из плавильной камеры, оставляя в камере 20-30% наплавленного дезактивированного металла. Перед сливом металла на 5-12 минут прекращают загрузку МРО в плавильную камеру и уменьшают в 2-3 раза расход подаваемых топлива и кислорода в топливокислородные горелки. Регулируют количество сливаемого металла и скорость слива. После слива 70-80% металла возобновляют загрузку МРО в плавильную камеру и увеличивают до первоначального уровня расход подаваемых топлива и кислорода в топливокислородные горелки. Изобретение позволяет эффективно и с высокой производительностью перерабатывать МРО и обеспечивает уменьшение испарения с поверхности МРО летучих легкоиспаряющихся радионуклидов в процессе плавления, уменьшение загрязнения огнеупорной футеровки радиоактивным шлаком во время слива металла из камеры, исключение возможности образования диоксинов при переработке МРО. 7 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

1. Способ переработки металлических радиоактивных отходов, включающий загрузку в плавильную камеру легкоплавких отходов металла, наплавку количества жидкого металла для заполнения половины максимального объема металлической ванны при работе на пониженной мощности топливокислородных горелок, добавку флюсов, загрузку металлических радиоактивных отходов и при увеличении расхода топлива и кислорода в топливокислородных горелках их плавление, перевод радиоактивных нуклидов в шлак и фиксацию их в шлаке, раздельный слив дезактивированного металла и радиоактивного шлака из плавильной камеры, отличающийся тем, что плавление загружаемых отходов ведут в окислительной атмосфере с содержанием кислорода 8-10% в жидкой окисленной металлической ванне при содержании кислорода в металле 0,020-0,035%, при этом для экстрагирования радионуклидов из металла и их надежной фиксации в шлаке применяют окисленный шлак низкой основности, который получают за счет частичного окисления компонентов загружаемых металлических радиоактивных отходов и присадки флюсов в количестве 1-1,5% от массы перерабатываемых металлических радиоактивных отходов, сливают накопившийся дезактивированный металл из плавильной камеры, в камере оставляют 20-30% наплавленного дезактивированного металла, перед сливом металла на 5-12 мин прекращают загрузку металлических радиоактивных отходов в плавильную камеру и уменьшают в 2-3 раза расход топлива и кислорода в топливокислородных горелках, регулируют количество сливаемого металла и скорость слива, после слива 70-80% металла возобновляют загрузку металлических радиоактивных отходов в плавильную камеру и увеличивают до первоначального уровня расход топлива и кислорода в топливокислородных горелках.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что окисленный жидкий шлак низкой основности содержит, %:
SiO₂ 46-57 CaO 9-12 ∑(FеО+Fе₂O₃) 5-18 Аl₂О₃ 11-13 MgO 1-4 MnO 4-10

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве флюсов используют собственные изношенные огнеупоры.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество сливаемого металла и скорость слива металла регулируют шиберным устройством.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что загружаемые в плавильную камеру металлические радиоактивные отходы предварительно подогревают до температуры 600-650°С физическим и химическим теплом отходящих из плавильной камеры газов в подогревателе, расположенном сбоку от плавильной камеры, и загружают в камеру через боковое загрузочное отверстие.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что температуру выходящих из подогревателя газов поддерживают на уровне 800-900°С.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что толщину слоя шлака в плавильной камере в процессе дезактивации отходов поддерживают в пределах 120-250 мм.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед сливом дезактивированного металла из плавильной камеры сливают 50-80% накопленного радиоактивного шлака через шлаковую летку, расположенную выше максимального уровня жидкого металла в плавильной камере.