DE4135066C1

DE4135066C1 -

Info

Publication number: DE4135066C1
Application number: DE4135066A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr.-Ing. 4300 Essen De Diersch; Klaus Dr.-Ing. 4030 Ratingen De Janberg; Dieter Dipl.-Ing. 4320 Hattingen De Methling; Karl Dr. 5900 Siegen De Schroeder
Original assignee: GNS Gesellschaft fuer Nuklearservice mbH
Current assignee: GNS Gesellschaft fuer Nuklearservice mbH
Priority date: 1991-10-24
Filing date: 1991-10-24
Publication date: 1993-04-01
Anticipated expiration: 2011-10-25
Also published as: US5383594A; ATE128261T1; US5346096A; DE59203750D1; JPH0786554B2; EP0538574A1; JPH0643290A; EP0538574B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Abschirmtransport- und/oder Abschirmlagerbehälter für radioaktive Gegenstände und/oder Substanzen, insbesondere für bestrahlte Kernreaktorbrennelemente, mit Behältermantel, Behälterboden und den Behälterinnenraum abschließendem Deckelaggregat, wobei der Behältermantel als dickwandiges Bauteil aus Gußeisen, vorzugsweise aus Gußeisen mit Kugelgraphit, ausgeführt ist und deckelaggregatseitig eine Deckelaufnahme aufweist, in die zumindest der behälterinnenraumseitige Deckel des Deckelaggregates eingesetzt ist.

Deckelaggregat bezeichnet im Rahmen der Erfindung eine Anordnung von zumindest zwei funktionell zusammenwirkenden Deckeln. Im allgemeinen ist der behälterinnenraumseitige Deckel als Abschirmdeckel entsprechender Dicke ausgeführt und aus Gußeisen gefertigt, ein nach außen hin angeschlossener Deckel ist zumeist als Kontrolldeckel ausgeführt und besteht aus Stahl. Ein zweiter Zusatzdeckel oder Schutzdeckel kann aufgesetzt sein. Ein solches Deckelaggregat erfüllt regelmäßig nicht lediglich eine Verschlußfunktion, sondern zusätzlich unter Bildung von Kontrollräumen auch Kontrollfunktionen, wobei z.B. Kontrollräume "abgefragt" werden können (vgl. z. B. DE 29 10 493, DE 30 10 518, DE 30 25 795). Die Erfindung betrifft fernerhin Verfahren zur Herstellung solcher Abschirmtransport- und/oder Abschirmlagerbehälter.

Die aus der Praxis und z. B. aus den vorstehend zitierten Literaturstellen bekannten Abschirmtransport- und/oder Abschirmlagerbehälter haben sich bei vielfacher Erprobung und in vielfachem Einsatz bewährt, und zwar insbesondere in sicherheitstechnischer Hinsicht, in bezug auf die Abschirmfunktion, die Verschlußfunktion und die Kontrollfunktion. Die Herstellung ist jedoch verhältnismäßig aufwendig. Insbesondere ist die spanabhebende Bearbeitung der Deckelaufnahme mit ihren Paßflächen, Dichtflächen und Bohrungen im Rahmen der vorgegebenen Toleranzen bei entsprechender Oberflächenqualität der Paß- und Dichtflächen aufwendig. Aus fertigungstechnischen Gründen sind mit Rücksicht auf den Werkstoff Gußeisen zur Befestigung der Deckel des Deckelaggregates durch Verschraubung oder auf andere Weise aufwendige Auslegungen und/oder Maßnahmen erforderlich.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Abschirmtransport- und/oder Abschirmlagerbehälter anzugeben, der in sicherheitstechnischer Hinsicht und funktioneller Hinsicht langfristig allen Anforderungen genügt und einfacher als die bekannten Abschirmtransport- und/oder Abschirmlagerbehälter des eingangs beschriebenen Aufbaus hergestellt werden kann. Der Erfindung liegt fernerhin die Aufgabe zugrunde, Verfahren anzugeben, mit denen erfindungsgemäße Abschirmtransport- und/oder Abschirmlagerbehälter besonders einfach gefertigt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, ausgehend von dem eingangs beschriebenen Behälter, daß die Deckelaufnahme in einem Stahlring angeordnet ist, der mit einer Schweißverbindung an den Behältermantel angeschweißt und/oder in diesen eingeschweißt ist. Die Schweißverbindung kann mit Hilfe der verschiedensten Schweißverfahren hergestellt werden, die die moderne Schweißtechnik zur Verfügung stellt und die berücksichtigen, daß die Werkstoffpaarung Stahl/Gußeisen zu verschweißen ist. Auch kann die Gestaltung der Schweißnaht in konstruktiver und geometrischer Hinsicht auf verschiedene Weise erfolgen. Insbesondere besteht die Möglichkeit, den Stahlring in eine Stahlringaufnahme des Behältermantels einzuschweißen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, der in herstellungstechnischer Hinsicht, aber auch in sicherheitstechnischer Hinsicht, besondere Bedeutung zukommt, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlring auf eine obere Stirnfläche des Behältermantels aufgeschweißt ist. Aus Festigkeitsgründen empfiehlt es sich dabei, die Anordnung so zu treffen, daß der Stahlring in bezug auf Außenumfang, Innenumfang und Wanddicke dem Behältermantel angepaßt und mit einer flächigen Stumpfschweißverbindung an den Behältermantel angeschlossen ist. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, der selbständige Bedeutung zukommt, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißverbindung als aluminiothermische Schweißverbindung ausgeführt ist. Aluminothermie bezeichnet Maßnahmen, die es erlauben, mittels exothermer Umsetzung zwischen Aluminium und Metalloxiden hohe Temperaturen zu erzeugen, die im Rahmen der Erfindung für die Herstellung der Schweißverbindung eingesetzt werden. Mischt man z. B. Eisenoxid, Chromoxid oder Manganoxid mit Aluminiumgrieß und entzündet man das Gemisch, so steigt die Temperatur auf hellste Weißglut und man erhält am Boden des Tiegels die geschmolzenen reinen Metalle und Schlacke. Zu den aluminothermischen Mischungen gehört insbesondere eine solche, die aus zwei Mol Aluminiumgrieß und einem Mol pulverisiertem, trockenen Eisenoxid besteht. Sie erhitzt sich nach Entzündung in wenigen Sekunden auf etwa 2400°C. Dabei entsteht nach der Gleichung 2 Al + Fe₂O₃ = Al₂O₃ + 2 Fe flüssiges Eisen, welches im Rahmen der Erfindung für die Herstellung der Schweißverbindung eingesetzt wird.

Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist bezüglich des Stahlringes die Anordnung so getroffen, daß die im Stahlring ausgeformte Deckelaufnahme für die Aufnahme eines behälterinnenraumseitigen Abschirmdeckels und eines zusätzlichen äußeren Kontrolldeckels eingerichtet ist. Der Kontrolldeckel ist vorzugsweise als Stahldeckel ausgeführt und mit dem Stahlring durch eine umlaufende Schweißnaht verbunden. Auf diese Weise kann die wichtige Abdichtung des Kontrolldeckels durch eine einfach herzustellende und allen Anforderungen genügende Schweißnaht verwirklicht werden.

Wie bereits erwähnt, besitzt der erfindungsgemäße Abschirmtransport- und/oder Abschirmlagerbehälter vorzugsweise eine Schweißverbindung, die als aluminothermische Schweißverbindung hergestellt ist. Insoweit betrifft die Erfindung auch besondere Verfahren zur Herstellung eines solchen Abschirmtransport- und/oder Abschirmlagerbehälters. Eine Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der Behältermantel aus dem Gußeisen hergestellt und die deckelaggregatseitige Stirnfläche für die Schweißung vorbereitet wird, daß der obere Rand des Behältermantels innenseitig von einem Kern und außenseitig von einem Formmantel umgeben wird, die den oberen Rand des Behältermantels überragen, daß auf die Stirnfläche des Behältermantels eine aluminothermische Mischung aufgebracht und diese gezündet wird, und daß unter Ausnutzung der exothermen freiwerdenden Wärmeenergie der aluminothermischen Umsetzung der Stahlring an den Behältermantel angeschlossen wird. Dabei kann ein vorgefertigter Stahlring eingesetzt werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, eine Stahlschmelze der Zusammensetzung des Stahlringes in den Zwischenraum zwischen Kern und Formmantel einzugießen.

Ein anderes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Abschirmtransport- und/oder Abschirmlagerbehälters ist dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der Stahlring hergestellt und in eine Gießform für den Behältermantel eingelegt wird, daß auf die behältermantelseitige Stirnfläche des Stahlringes eine aluminothermische Mischung aufgebracht wird und daß danach die Gußeisenschmelze für den Behältermantel und gegebenenfalls den Behälterboden eingegossen wird. Vorzugsweise wird hier mit einem Stahlring gearbeitet, der in bezug auf die Deckelaufnahme bereits bearbeitet ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen erfindungsgemäßen Abschirmtransport- und/oder Abschirmlagerbehälter ausschnittsweise,

Fig. 2 den stark vergrößerten Ausschnitt A aus dem Gegenstand der Fig. 1,

Fig. 3 Maßnahmen zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Abschirmtransport- und/oder Abschirmlagerbehälters.

Fig. 4 entsprechend der Fig. 3 das Schema eines anderen Herstellungsverfahrens.

Der in den Fig. 1 und 2 ausschnittsweise dargestellte Gegenstand ist Abschirmtransport- und/oder Abschirmlagerbehälter für radioaktive Gegenstände und/oder Substanzen, insbesondere für bestrahlte Kernreaktorbrennelemente.

In seinem grundsätzlichen Aufbau besteht der Abschirmtransport- und/oder Abschirmlagerbehälter aus einem Behältermantel 1 und einem Behälterboden, wobei der Behälterboden im allgemeinen an den Behältermantel angegossen ist und im Ausführungsbeispiel nicht dargestellt wurde. Zum grundsätzlichen Aufbau gehört fernerhin ein den Behälterinnenraum abschließendes Deckelaggregat aus mehreren Deckeln 2, 3.

Der Behältermantel 1 ist ein dickwandiges Bauteil aus Gußeisen, vorzugsweise aus Gußeisen mit Kugelgraphit. Eine Deckelaufnahme 4 ist vorgesehen, in die zumindest der behälterinnenraumseitige Deckel 2 des Deckelaggregates 2, 3 eingesetzt ist.

Man erkennt in der Fig. 1 durch unterschiedliche Schraffur, daß die Deckelaufnahme 4 in einem Stahlring 5 angeordnet ist, der mit einer Schweißverbindung 6 an den Behältermantel angeschweißt und/oder in diesen eingeschweißt ist. Das Ausführungsbeispiel zeigt die Ausführungsform, bei der der Stahlring 5 aufgeschweißt ist. Dazu ist der Stahlring 5 auf eine obere Stirnfläche des Behältermantels 1 aufgeschweißt worden. Man erkennt, daß der Stahlring 5 in bezug auf Außenumfang, Innenumfang und Wanddicke dem Behältermantel 1 angepaßt und mit einer flächigen Stumpfschweißverbindung 6 an den Behältermantel 1 angeschlossen ist. Die Fig. 2 zeigt eine Vergrößerung einer solchen Stumpfschweißverbindung 6, wie sie entsteht, wenn sie als aluminothermische Schweißverbindung hergestellt ist. - Die in dem Stahlring 5 ausgeformte Deckelaufnahme 4 ist für die Aufnahme eines behälterinnenraumseitigen Abschirmdeckels 2 und eines zusätzlichen äußeren Kontrolldeckels 3 ausgebildet. Ein Kontrollraum 7 ist zwischengeschaltet. Der Abschirmdeckel 2 ist mit dem Stahlring 5 verschraubt, Schrauben 8 wurden angedeutet. Es versteht sich, daß ein weiterer Deckel aufgeschweißt werden könnte. Es handelt sich bei dem Kontrolldeckel 3 und den gegebenenfalls zusätzlich aufgeschweißten Zusatzdeckel um Stahldeckel, so daß auf einfache Weise und sehr funktionssicher die Schweißverbindung 9 hergestellt werden kann.

Die Fig. 3 verdeutlicht Maßnahmen eines Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Abschirmtransport- und/oder Abschirmlagerbehälters. Man erkennt, daß zunächst der Behältermantel 1 mit dem angegossenen Behälterboden 10 aus Gußeisen hergestellt wurde. Die deckelaggregatseitige Stirnfläche des Behältermantels 1 wurde für die Schweißung vorbereitet, beispielsweise spanabhebend bearbeitet oder geschliffen. Der obere Rand des Behältermantels 1 ist innenseitig von einem kernförmigen Bauteil 11 ausgefüllt und außenseitig von einem Formmantel 12 umgeben. Das kernförmige Bauteil 11 und der Formmantel 12 überragen den Behältermantel 1. Auf die Stirnfläche des Behältermantels 1 ist eine aluminothermische Mischung 13 aufgebracht. Diese wird gezündet. Unter Ausnutzung der exothermen Wärmeenergie der aluminothermischen Umsetzung wird der Stahlring 5 an den Behältermantel angeschlossen. Dazu könnte auch die Stahlschmelze in den beschriebenen Raum zwischen Bauteil 11 und Formmantel 12 eingegossen werden. Dann wird die aluminothermische Verbindung gezündet.

Die Fig. 4 zeigt demgegenüber gleichsam eine Umkehrung. Man erkennt, daß bei dieser Ausführungsform zunächst der Stahlring 5 in eine Gießform 14 für den Behältermantel 1 bzw. für den Behältermantel mit dem Behälterboden 10 eingelegt wurde, wobei es sich um einen Stahlring 5 handeln kann, der bearbeitet ist. Auf die dem Behältermantel 1 zugewandte Stirnfläche des Stahlringes 5 wird eine aluminothermische Mischung 13 aufgebracht. Danach wird das Gußeisen eingegossen. Mit der gießtechnischen Herstellung des Behältermantels 1, zumeist zusammen mit dem angegossenen Behälterboden 10, wird auch die Schweißverbindung 6 zwischen dem Stahlring 5 und dem Behältermantel 1 sicher hergestellt. Irgendwelche störenden Reste oder Einschlüsse aus der aluminothermischen Mischung 13 werden weder bei dem einen Verfahren noch bei dem anderen Verfahren beobachtet.

Claims

1. Abschirmtransport- und/oder Abschirmlagerbehälter für radioaktive Gegenstände und/oder Substanzen, insbesondere für bestrahlte Kernreaktorbrennelemente, mit Behältermantel, Behälterboden und den Behälterinnenraum abschließendem Deckelaggregat, wobei der Behältermantel als dickwandiges Bauteil aus Gußeisen, vorzugsweise aus Gußeisen mit Kugelgraphit, ausgeführt ist und deckelaggregatseitig eine Deckelaufnahme aufweist, in die zumindest der behälterinnenraumseitige Deckel des Deckelaggregates eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckelaufnahme (4) in einem Stahlring (5) angeordnet ist, der mit einer Schweißverbindung (6) an den Behältermantel (1) angeschweißt und/oder in diesem eingeschweißt ist.

2. Abschirmtransport- und/oder Abschirmlagerbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlring (5) in eine Stahlringaufnahme des Behältermantels (1) eingeschweißt ist.

3. Abschirmtransport- und/oder Abschirmlagerbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlring (5) auf eine obere Stirnfläche des Behältermantels (1) aufgeschweißt ist.

4. Abschirmtransport- und/oder Abschirmlagerbehälter nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlring (5) in bezug auf Außenumfang, Innenumfang und Wanddicke dem Behältermantel (1) angepaßt und mit einer flächigen Stumpfschweißverbindung (6) an den Behältermantel (1) angeschlossen ist.

5. Abschirmtransport- und/oder Abschirmlagerbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißverbindung (6) als aluminothermische Schweißverbindung hergestellt ist.

6. Abschirmtransport- und/oder Abschirmlagerbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Stahlring (5) ausgeformte Deckelaufnahme (4) für die Aufnahme eines behälterinnenraumseitigen Abschirmdeckels (2) und eines zusätzlichen äußeren Kontrolldeckels (3) eingerichtet ist.

7. Abschirmtransport- und/oder Abschirmlagerbehälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontrolldeckel (3) als Stahldeckel ausgeführt und mit dem Stahlring (5) durch eine umlaufende Schweißnaht (9) verbunden ist.

8. Verfahren zur Herstellung eines Abschirmtransport- und/oder Abschirmlagerbehälter nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der Behältermantel aus dem Gußeisen hergestellt und die deckelaggregatseitige Stirnfläche für die Schweißung vorbereitet wird,
daß der obere Rand des Behältermantels innenseitig von einem Kern und außenseitig von einem Formmantel umgeben wird, die den oberen Rand des Behältermantels überragen,
daß auf die Stirnfläche des Behältermantels eine aluminothermische Mischung aufgebracht und diese gezündet wird,
und daß unter Ausnutzung der exotherm freiwerdenden Wärmeenergie der aluminothermischen Umsetzung der Stahlring an den Behältermantel angeschlossen wird.

9. Verfahren zur Herstellung eines Abschirmtransport- und/oder Abschirmlagerbehälters nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stahlschmelze der Zusammensetzung des Stahlringes in den Zwischenraum zwischen dem Kern und dem Formmantel eingegossen wird.

10. Verfahren zur Herstellung eines Abschirmtransport- und/oder Abschirmlagerbehälters nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der Stahlring hergestellt und in eine Gießform für den Behältermantel eingelegt wird,
daß auf die behältermantelseitige Stirnfläche des Stahlringes eine aluminothermische Mischung aufgebracht wird
und daß danach die Gußeisenschmelze für den Behältermantel und gegebenenfalls den Behälterboden eingegossen wird.