Evaluation of Granite Melting Technique for Deep Borehole Sealing

Minsoo Lee,Jongyoul Lee,Sung-Hoon Ji 한국방사성폐기물학회 2018 방사성폐기물학회지 Vol.16 No.4

본 연구에서는 심부시추공 처분을 위한 밀봉시스템으로서 Gibb’s Group에 의해 제안된 화강암 용융 및 재결정화에 의한 시 추공 밀봉 방안에 대해 KURT 화강암을 대상으로 실현 가능성을 확인하였다. 화강암 용융 실험은 첨가제를 이용한 상압용 융시험과 물의 기화에 의한 수증기 고압용융시험 2가지로 수행되었다. 상압 용융시험 결과, KURT 화강암 분말에 NaOH를 첨가하여도 기본 융점보다 낮은 1,000℃에서 부분용융이 시작되었으며, 냉각된 용융물에서 침상결정의 형성을 확인하였다. 수증기 고압시험은 물의 첨가량에 따라 수증기압을 달리하며 최대 400 bar의 수증기압까지 용융 시험이 진행되었다. KURT 화강암은 낮은 수증기압에도 1,000℃에서 부분 용융이 시작되었으나, 물이 많이 첨가된 높은 수증기압에서 화강암의 부분 용융은 보이지 않았다. 따라서 소량의 수증기가 있는 고압상태가 화강암의 용융에 적합한 것으로 판단되었다. 한편, 고온고압의 수증기는 내부식성의 반응기 벽을 부식시켜, 고온의 수증기에 의한 처분용기의 부식 문제가 발생되었다. The granite melting concept, which was suggested by Gibbʼs group for the closing of a deep borehole, was experimentally checked for KURT granite. The granite melting experiments were performed in two pressure conditions of atmospheric melting with certain inorganic additives and high pressure melting formed by water vaporization. The results of atmospheric tests showed that KURT granite started to melt at a lower temperature of 1,000℃ with NaOH addition and that needle shaped crystals were formed around partially melted crystals. In high pressure tests, vapor pressure was increased by adding water with maximum pressure of about 400 bars. KURT granite was partially melted at 1,000℃ when vapor pressure was low. However, it was not melted at vapor pressures higher than 200 bars. Therefore, it was determined that high pressure with a small amount of water vapor more effectively decreased the melting point of granite. Meanwhile, high temperature and high pressure vapor caused severe corrosion of the reactor wall.

심부시추공 밀봉을 위한 화강암 용융거동 평가

이민수,이종열,지성훈 한국방사성폐기물학회 2018 방사성폐기물학회지 Vol.16 No.4

The granite melting concept, which was suggested by Gibbʼs group for the closing of a deep borehole, was experimentally checked for KURT granite. The granite melting experiments were performed in two pressure conditions of atmospheric melting with certain inorganic additives and high pressure melting formed by water vaporization. The results of atmospheric tests showed that KURT granite started to melt at a lower temperature of 1,000℃ with NaOH addition and that needle shaped crystals were formed around partially melted crystals. In high pressure tests, vapor pressure was increased by adding water with maximum pressure of about 400 bars. KURT granite was partially melted at 1,000℃ when vapor pressure was low. However, it was not melted at vapor pressures higher than 200 bars. Therefore, it was determined that high pressure with a small amount of water vapor more effectively decreased the melting point of granite. Meanwhile, high temperature and high pressure vapor caused severe corrosion of the reactor wall. 본 연구에서는 심부시추공 처분을 위한 밀봉시스템으로서 Gibb’s Group에 의해 제안된 화강암 용융 및 재결정화에 의한 시추공 밀봉 방안에 대해 KURT 화강암을 대상으로 실현 가능성을 확인하였다. 화강암 용융 실험은 첨가제를 이용한 상압 용융시험과 물의 기화에 의한 수증기 고압용융시험 2가지로 수행되었다. 상압 용융시험 결과, KURT 화강암 분말에 NaOH를첨가하여도 기본 융점보다 낮은 1,000℃에서 부분용융이 시작되었으며, 냉각된 용융물에서 침상결정의 형성을 확인하였다. 수증기 고압시험은 물의 첨가량에 따라 수증기압을 달리하며 최대 400 bar의 수증기압까지 용융 시험이 진행되었다. KURT 화강암은 낮은 수증기압에도 1,000℃에서 부분 용융이 시작되었으나, 물이 많이 첨가된 높은 수증기압에서 화강암의 부분용융은 보이지 않았다. 따라서 소량의 수증기가 있는 고압상태가 화강암의 용융에 적합한 것으로 판단되었다. 한편, 고온고압의 수증기는 내부식성의 반응기 벽을 부식시켜, 고온의 수증기에 의한 처분용기의 부식 문제가 발생되었다.

Melting Characteristics for Radioactive Aluminum Wastes in Electric Arc Furnace

Byung-Youn Min,Pyung-Seob Song,Jun-Hyung Ahn,Wang-Kyu Choi,Chong-Hun Jung,Won-Zin Oh,Yong Kang 한국방사성폐기물학회 2006 방사성폐기물학회지 Vol.4 No.1

한국원자력연구소 내의 연구용 원자로(TRIGA II, III) 해체 시 발생한 방사성 알루미늄 해체 폐기물의 감용 및 제염 특성을 평가하기 위해 아크로에서 알루미늄의 용융 특성 및 방사성 핵종의 분배 특성에 대한 연구를 수행하였다. 알루미늄 폐기물은 흑연전극(graphite electrode)을 이용한 전기아크로에서 4가지 종류의 플럭스를 함께 첨가하여 용융시켰다. 또한 알루미늄의 용융 시 방사성 핵종의 분배 특성을 고찰하기 위해 알루미늄 시편에 방사성 모의 핵종인 코발트, 세슘, 스트론튬의 화합물을 오염시킨 후 혹연도가니에 넣어 알루미늄 용융실험을 수행하였다. 전기아크로에서 알루미늄의 용융실험을 수행한 결과 플럭스의 종류에 따라 다소 차이는 있으나 플럭스의 첨가에 의해 알루미늄 용융체의 유동성이 증가됨을 확인할 수 있었다. 아크 용융에 의해 생성된 슬래그의 발생량은 플럭스 A와 B를 첨가한 알루미늄 용융실험에 비해 플럭스 C와 D를 첨가한 실험에서 상대적으로 많은 양이 생성됨을 알 수 있었으며, 첨가된 플럭스의 양이 증가할수록 이에 비례하여 슬래그의 발생량이 증가함을 알 수 있었다. 슬래그(slag)의 XRD 분석을 통해 방사성 핵종이 주괴에서 슬래그 상으로 이동한 후 슬래그를 구성하고 있는 산화알루미늄과 결합하여 안정한 화합물로 슬래그 상에 포집됨을 알 수 있었다. 알루미늄 폐기물의 용융시 Co의 분배율은 플럭스를 첨가한 경우에 보다 높은 제염계수를 나타냈으며, 모든 플럭스에서 40% 이상의 제염 효과를 나타내었다. 반면에 휘발성 핵종인 Cs과 Sr은 주괴로부터 98% 이상이 제거되어 대부분이 슬래그상과 분진으로 이동되는 특성을 확인할 수 있었다. The characteristics of the aluminum waste melting and the distribution of the radioactive nuclides have been investigated for the estimation on the volume reduction and the decontamination of the aluminum wastes from the decommissioning of the TRIGA MARK it and III research reactors at the Korea Atomic Energy Research Institute(KAERI). The aluminum wastes were melted with the use of the fluxes such as flux , and flux in the DC graphite arc furnace. For the assessment of the distribution of the radioactive nuclides during the melting of the aluminum, the aluminum materials were contaminated by the surrogate nuclides such as cobalt(Co), cesium(Cs) and strontium(Sr). The fluidity of aluminum melt was increased with the addition of the fluxes, which has slight difference according to the type of fluxes. The formation of the slag during the aluminum melting added the flux type C and D was larger than that with the flux A and B. The rate of the slag formation linearly increased with increasing the flux concentration. The results of the XRD analysis showed that the surrogate nuclide was transferred to the slag, which can be easily separated from the melt and then they combined with aluminum oxide to form a more stable compound. The distribution ratio of cobalt in ingot to that in slag was more than 40% at all types of fluxes. Since vapor pressures of cesium and strontium were higher than those that of the host metals at the melting temperature, their removal efficiency from the ingot phase to the slag and the dust phase was by up to 98%.

잠열 저장 시스템에서 핀의 위치가 상 변화 물질의 용융 성능에 미치는 영향

김관규,안찬우,최훈기,박용갑 대한기계학회 2023 大韓機械學會論文集B Vol.47 No.11

본 연구에서는 핀의 위치가 잠열 저장 시스템 내 상 변화 물질의 용융 성능에 미치는 영향을 수치적으로 분석하였다. 상 변화 물질의 용융 과정을 모사하기 위해 Enthalpy-porosity method를 적용하였다. 시스템의 용융 성능을 향상시키기 위해 각 핀의 위치를 기본 형상에서 15.5 mm씩 위 또는 아래로 변경하였다. 용융 성능을 평가하기 위해 액상 분율, 온도 분포, 용융 시간 및 평균 동력을 분석하였다. 해석 결과 핀과 핀 사이의 공간이 균일할 때 상 변화 물질이 효율적으로 용융된다. 또한, 핀 사이의 공간이 넓은 경우 자연대류에 의한 영향이 강해져 용융 시간이 감소한다. 결론적으로, 바닥 핀이 제일 아래에 위치하고 핀 간격이 가장 길 때 용융에 소요되는 시간은 약 17.7% 감소하였고, 평균 동력은 약 21.5% 증가하였다. In this study, a numerical analysis was conducted to investigate the influence of fin placement on the melting performance of a latent heat storage system, containing phase change materials. The enthalpy-porosity method was used to simulate the melting process of the phase change material. To improve the melting performance of the system, the position of each fin was adjusted by ±15.5 mm from its original position. The evaluation of the melting performance of the system involved analyzing its liquid fraction, temperature distribution, melting time, and mean power. The results revealed that when the spacing between the fins was uniform, the phase change material melted efficiently. However, as the spacing between the fins increased, the impact of natural convection intensified, resulting in a reduced melting time. When the bottom fin was at its lowest position and the spacing between the fins was highest, the melting time of the system decreased by approximately 17.7%, while its mean power increased by approximately 21.5%.

장식용 유리용융을 위한 스컬 용융 시스템의 조건에 관한 연구

황지호,신승훈 한국귀금속보석학회 2011 한국귀금속보석학회지 Vol.5 No.1

다양한 유리의 종류 중에서 장식용 유리를 제조하기 위해서 스컬 용융법을 이용해 유리를 용융시켜 실험하였다. 스컬 용융법을 이용해서 장식용 유리를 용융시키기 위해서 유리의 융점에서의 재료(SiO_2)의 전기 저항값과 RF generator의 출력주파수, tank condenser의 용량 변화에 따른 주파수, work coil, 냉각도가니 크기 등의 조건에 변화를 주어 장식용 유리를 용융시킬 수 있는 최적의 조건을 계산하였다. 그 결과 유리의 용융온도 1,880℃에서 융점에서의 재료의 전기 저항값이 10^-4 Ω/m일 때 ∅24×H40cm 도가니와 2,000pF tank condenser 용량 사용에 따른 3.08MHZ 주파수가 장식용 유리를 용융시킬 수 있는 최적의 조건임을 알 수 있었다.

전산해석을 이용한 원자로 노심 용융물의 노외 거동 및 열전달 특성 분석

예인수(In-Soo Ye),류창국(Changkook Ryu),하광순(Kwang Soon Ha),송진호(Jin Ho Song) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集B Vol.35 No.4

원자로의 노심 손상에 따른 노심 용융물의 유출시 코어캐쳐라고 불리는 설비를 통해 용융물을 억제하고 냉각시키게 된다. 이 때 노의 노심용융물의 거동은 희생물질과의 반응을 포함한 복잡한 물리적, 화학적 현상에 결정된다. 이 연구는 기존의 용융물 거동 실험결과에 대헤 용융물의 유동과 열전달의 세부적인 특성을 사용코드를 이용해 해석하여 검증함으로써 코어캐쳐의 설계에 활용할 수 있도록 하기 위한 것이다. 단순화된 채널에서 시간에 따르 용융물과 공기의 이상유동과 복사열전달을 VOF 모델과 구분종좌법을 적용하여 비정상상태에서 해석한 결과, 열전달에 따른 용융물 내부의 온도변화 및 이에 따른 점성 변화 등을 예측할 수 있음을 확인하였다. 이러한 접근방식을 기초로 향후 용융물의 조성, 유량 및 온도 등의 조건에 따른 용융물의 거동에 대한 자세한 평가가 필요하다. In the unlikely of nuclear reactor meltdown, the leaked core melt or corium must be contained in a device called core-catcher so that the corium can be cooled and stabilized. The ex-vessel behavior of corium involves complex physical and chemical mechanisms of flow propagation, heat transfer, and reactions with sacrificial substrates. In this study, the detailed characteristics of corium flow and heat transfer were investigated by using a commercial CFD code for VULCANO VE-U7 test reported in the literature. The volume-of-fluid (VOF) model was used to predict the interfacial surface formation of corium and the surrounding air, and the discrete ordinate model was adopted to calculate radiation between corium and the surroundings. It was found that cooling via radiation through the top surface of corium had a dominant effect on the temperature and viscosity profiles at the front of the corium flow.

경주 사천왕사지 녹유전의 녹유 특성 연구

이한형,정민호,문은정,박지연,김수경,최장미,한민수 국립문화재연구원 2011 헤리티지:역사와 과학 Vol.44 No.3

This article reports the results of scientific analysis using SEM-EDX, XRD, TG/DTA, performed on 5 green glaze samples of the brick and roofing tile excavated from the Sacheonwang temple site in Gyeongju in order to verify the chemical compositions and melting temperature. The glaze samples on 2 clay statues have similar chemical composition (PbO 74~81%, SiO2 14~18%) and melting temperature range (970~1070℃), whereas the 2 tiles of goblin’s face and 1 rhomb brick have different characteristics. Sample SC 003 (made of PbO 63~67%, SiO2 25~28%), one of the tiles of goblin’s face, shows low melting temperature range (below 970℃), and sample SC 004 (composed of PbO 64~70%, SiO2 19~25% and melting point 970~1070℃), the other tile of goblin’s face, shows different chemical characteristics compared with 2 clay statues. The green glaze on rhomb brick shows different composition compared with all the others from Sacheonwang temple site in that it does not show any impurity elements other than the main components (PbO 87~88%, SiO2 12~13%) with very low melting temperature range (750~770℃). Surprizingly, the chemical and optical characteristics of this green-glaze on rhomb brick are very similar to that on the bricks from Yeongmyo temple site, Gyeongju. The above results indicate that raw material and manufacturing method are not same for 5 green-glaze samples from Sacheonwang temple site and therefore suggests that further study on the provenance of raw material such as lead isotope analysis is necessary. Our work will provide basic data for future reproduction study of green glazed brick of Sacheonwang temple site, Gyeongju and will also serve as a reference data for the study of raw material and manufacturing method of green glaze from other sites of cultural assets 본 고는 경주 사천왕사지 출토 녹유제품의 고고학적 복원을 위한 기초 자료를 마련하고자 SEM-EDX, XRD, TG/DTA를 이 용하여 녹유에 대한 화학조성과 용융특성을 연구한 결과이다. 녹유소조상전, 녹유귀면와, 녹유능형전을 분석한 결과 소조상전 2편은 화학조성(PbO 74~81%, SiO2 14~18%)과 용융온도범위(950~1070℃)가 유사하였으나, 귀면와 2편과 능형전 1편은 서로 다른 조성과 용융특성을 보였다. 귀면와 SC 003은 소조상전에 비하여 훨씬 낮은 용융온도범위(970℃ 이하)를 보였으며, SC 004는 상대적으로 높은 P의 함량으로 조성상의 차이를 보였다. 능형전은 Pb와 Si, O 이외의 원소가 검출되지 않고, 매우 낮은 용융온도범위(770℃ 이하)를 보여 사천왕사지 녹유제품들과는 다른 특성을 보였으며, 오히려 경주 영묘사지 출토 녹유전 2편과 유사한 특징을 보였다. 이러한 결과는 사천왕사지의 녹유제품들이 모두 같은 원료와 기법으로 제조된 것은 아님을 보여 주며, 이에 대해서는 납동위원소비 분석 등의 추가적인 원료 산지 연구가 필요하다. 이상의 결과는 경주 사천왕사지 녹유전의 복원연구를 위한 기초 자료로서 제공될 것이며, 타 유적의 녹유제품 연구에 활용될 것으로 기대된다.

열가소성 폐플라스틱 연소 보일러용 펠렛 연료의 용융특성 실험

이승수(Sung-Soo Lee),김혁주(Hyouck-Ju Kim),최규성(Gyu-Sung Choi) 한국연소학회 2006 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.- No.-

Experiments were performed to investigate the melting characteristics of pellet fuel made of LDPE and PP for a waste plastic firing boiler. Pellet fuel in a burner goes through conduction, convection and radiation transferred from flame in a furnace, and complex thermo/chemical processes. To figure out effects of ambient temperature and size of pellet on melting time pellets with a diameter from 5 ㎜ to 40 ㎜ were made to contact high temperature flue gas generated by a LNG firing pilot burner. Though melting processes of plastics include complicated heat transfer in a burner, parameters are limited to flue gas temperature and size for the simplicity in this study. From the results, melting times of LDPE and PP with a diameter of 5㎜ are 63 and 62 sees respectively at 600 ℃ while 677 and 583 sees respectively for a diameter of 40 ㎜. At 900℃, melting times of LDPE and PP with a diameter of 5㎜ are 21 and 24 sees respectively while 408 and 337 sees respectively for a diameter of 40 ㎜. It is found that melting time of LDPE is longer than that of PP, and melting times of both in general increase with diameter of pellets. It is thought melting is dependent mostly on melting temperature of plastic. It is expected melting times obtained from the study might be taken into account in designing a pellet firing burner for a boiler

폐플라스틱 재활용 시설의 악취발생 특성

정주영,박정구,최일배,오제범,김수겸,김경연 한국냄새환경학회 2010 실내환경 및 냄새 학회지 Vol.9 No.1

폐플라스틱의 물질재활용 방법 중 하나인 열분해 용융과정에서 발생되는 가스와 흄은 인체에 해로울 수 있고, 또한 사업장 인근 지역으로 확산되어 악취 민원을 유발시키고 있다. 본 연구는 국내 일부 폐플라스틱 재활용 사업장을 대상으로 용융과정에서 발생되는 악취물질의 배출특성을 조사하여 적절한 관리방안 마련을 위한 기초 자료를 제공하는 것을 목적으로 한다. 용융과정 중 발생된 악취농도는 조사대상 사업장별로 큰 차이를 보였는데, 이는 용융온도와 원료의 이물질 오염상태에 기인된 것으로 조사되었다. 특히 용융온도가 320°C로 유지될 경우 복합악취농도가 100,000배를 초과하는 사업장도 확인되었다. 한편, 용융온도를 감소시키면 배출되는 악취농도도 비례하여 급감하는 것이 실험적으로 증명되었다. 일부 사업장에서 채취한 배출가스를 정성⋅정량 적으로 분석한 결과에서는 황화합물, 알데하이드, VOCs 등의 지정악취물질이 고농도로 측정되었을 뿐만 아니라 페놀 및 시클로헥산과 같은 냄새 유발물질이 다수 검출되었다. 다양한 악취물질과 함께 배출되는 점액성 타르물질은 기존 악취방지시설의 운영에 많은 문제점을 야기할 수 있으므로 폐플라스틱 재활용 시설의 적정 방지시설은 직접연소산화장치가 가장 효과적이고, 또한 악취물질과 타르의 연소과정에서 발생되는 폐열을 용융설비의 열원으로 활용하면 경제적 운영이 가능하다. Odorous compounds emitted from the melting process for material recycling of plastic have an effect on the sensory annoyance to the nearby residents. The objective of this study was to investigate emission characteristics of malodor in the domestic plastic recycling plants. The olfactometric results showed that the odor concentration among the surveyed plants were significantly different, depending on the melting temperature and material sources. The higher melting temperature led to the higher odor concentration. In particular, as for a plant where melting temperature was 320°C, the odor concentration exceeded 100,000 dilution ratio. However, as the temperature was reduced, the odor emission decreased gradually. This result indicates that reduction of the melting temperature is effective measure to decrease the emission of odor compounds. Quantitative and qualitative analysis of odorous compounds showed that regulatory odor substances such as sulfur compounds, aldehydes and VOCs were found with high concentration in the exhausted gases. Liquid tar in the exhausted gases makes it difficult to remove odorous compounds with traditional odor control devices. In order to eliminate both odorous compounds and liquid tar effectively, a combustion method is strongly recommended in these plants.

잠열 저장 시스템에서 엔클로저가 상 변화 물질의 용융 성능에 미치는 영향에 대한 수치적 연구

김경민,김동우,하만영 대한기계학회 2023 大韓機械學會論文集B Vol.47 No.3

In this study, the effect of the enclosure on the melting performance of the phase change material in the LHTES (latent heat thermal energy storage) system was analyzed numerically. The phase change process in the LHTES system is simulated by the commercial program Fluent using the enthalpy-porosity method. In this study, enclosure which is parallelogram with pointed top and bottom shape was considered for the LHTES system. The angle of enclosure was changed from 0° to 40° at 10° intervals. Melting time and mean power were evaluated to compare the melting performance. The analysis results show that the melting performance increases as the angle of the enclosure increases. At the 40° case, the melting time was reduced about 13.4%, and the mean power was increased about 7.3% compared to the 0° case. 본 연구에서는 잠열 저장 시스템에서 엔클로저가 상 변화 물질의 용융 성능에 미치는 영향을 수치적으로 분석하였다. 상용 프로그램인 Fluent를 사용하였으며 시스템 내부 상 변화 물질의 상 변화 과정을 모사하기 위해 enthalpy-porosity 기법을 이용하였다. 잠열 저장 시스템은 위아래로 뾰족한 평행사변형 형상이며 각도는 0°에서 40°까지 10도 간격으로 변경하였다. 용융에 소요된 시간 및 mean power를 통해 시스템의 용융 성능을 평가하였다. 해석 결과 엔클로저의 각도가 증가함에 따라 용융 성능이 증가하는 것으로 나타났다. 최대 각도에서 최소 각도 대비 용융에 소요되는 시간은 약 13.4%가 감소되었고, mean power는 약 7.3% 높게 나타났다.