CN106123588A - 一种用于冷坩埚的高温熔体卸料装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能实现冷坩埚连续玻璃固化处理高放废液的高温熔体卸料装置，包括埚底和冻融阀卸料装置，冻融阀卸料装置包括卸料管和中频感应线圈，卸料管连接在埚底下部，卸料管设计成套管形式，中频感应线圈缠绕在卸料管外。该发明提供一种操作简单，过程可控，确保了在冷坩埚固化处理放射性废物时能够连续安全稳定运行的装置。

Description

一种用于冷坩埚的高温熔体卸料装置

技术领域

本发明属于放射性废物处理技术领域，特别涉及一种用于实现冷坩埚连续玻璃固化处理高放废液的高温熔体卸料装置。

背景技术

冷坩埚玻璃固化技术是一种利用电源产生高频(10⁵～10⁶Hz)电流，通过感应线圈转换成电磁流透入待加热物料内部形成涡流产生热量，实现待处理物料的直接加热的熔融技术。冷坩埚炉体是由内通冷却水的金属弧形块或管组成的容器(容器形状主要为圆形或椭圆形)，工作时金属管内通冷却水，因此尽管坩埚内熔融物的温度可高达2000℃以上，坩埚壁仍保持较低温度(一般小于200℃)，因此称之为“冷”坩埚。由于坩埚壁内通冷却水，因此紧贴埚壁的物料形成固态的凝固层(1‐2cm)，也称冷壁，从而使坩埚壁不与熔融物料直接接触，防止了坩埚腐蚀，使熔炉寿命增加。冷坩埚玻璃固化技术目前已成为国际公认的一种用于高放废液处理的先进固化技术，具有良好的应用前景。

冷坩埚玻璃固化技术在处理高放废液时，为保证固化处理过程能够持续进行，必须使高温熔体定期从熔炉内卸出。在高温熔体卸料过程中，确保熔体处于高温、易流动的状态是高温熔体稳定卸料的必要条件。目前，传统的冷坩埚高温熔体卸料主要有通过倾斜熔炉体使其从顶部溢出和通过熔炉内部加压使熔体从底部流出等两种方法，前一种方法需要将炉体整体设计为可倾斜式结构，对炉体的安全、稳定运行带来一定的风险，且无法实现连续运行；后一种难以达到放射性操作的气密要求，易于出现放射性气体的外泄。故上述两种方法均难以确保高放射性废物的连续稳定固化处理。为保证连续运行，需要在底部进行出料，但由于冷坩埚的埚底结构为水冷结构，埚底会存在一层几厘米厚的冷壳，增加了卸料难度。因此，建立一种高效、安全的高温熔体卸料装置是确保实现冷坩埚玻璃固 化连续稳定运行的关键之一。

由于冷坩埚结构及工作原理的特殊性，冷坩埚的埚底结构为水冷结构，埚底会存在一层几厘米厚的冷壳，阻碍了其卸料。传统冷坩埚的卸料装置无法满足针对放射性废物处理领域的要求，因此，针对放射性废物处理领域的高放射性问题，急需设计一种能够实现安全可靠，操作简单，并能够稳定运行的卸料装置是必要的。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种能实现冷坩埚连续玻璃固化处理高放废液的高温熔体卸料装置。该装置操作简单，过程可控，确保了在冷坩埚固化处理放射性废物时能够连续安全稳定运行。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于冷坩埚的高温熔体卸料装置，关键在于，该装置主要由埚底和冻融阀卸料装置组成，冻融阀卸料装置包括卸料管和中频感应线圈，卸料管连接在埚底下部，卸料管设计成套管形式，中频感应线圈缠绕在卸料管外。

进一步，所述的埚底为分瓣式结构，各瓣之间留有缝隙，分瓣方式以坩埚轴为中心呈辐射分瓣。

进一步，所述的辨式结构为瓣式结构，瓣间间隙为4mm。

进一步，所述的卸料管穿过埚底伸入到坩埚内，并穿透坩埚底部的冷壳。

进一步，所述的卸料管伸入冷坩埚内部的高度为2cm。

进一步，所述的卸料管为不锈钢材质。

进一步，所述卸料管的套管内插入热电偶，卸料管下端留有冷却介质入口，上部留有冷却介质出口。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本装置的埚底采用分瓣结构设计，弥补了现有坩埚底部电磁场微弱的缺陷，有利于提高底部的透磁效果，进而有助于坩埚底部物料的熔融，减小底部冷壳的厚度，电磁场能在阻力较小的条件下通过坩埚底贯穿全部炉料，使底部物料也能被充分加热和熔化。

(2)卸料管设计成套管结构，套管内可插入热电偶，用来监测出料温度， 也可以在需要停止卸料时通入冷却介质，加速高温玻璃的冷却凝固，实现卸料过程快速停止，进一步避免了放射性物质的泄露。

(3)将卸料管设计成延伸穿透埚底冷壳的结构，利用高温熔体的热传导可以很快将冷壳的玻璃熔化，从而实现卸料。

附图说明

图1卸料装置安装在坩埚上的结构示意图

图2埚底的分瓣结构示意图

图3冻融阀卸料装置的结构示意图

1冷坩埚、2冷壳、3埚底、4中频感应线圈、5套管、6卸料管、7冷却介质入口、8冷却介质出口、9热电偶

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，一种用于冷坩埚的高温熔体卸料装置，该装置主要由埚底3和冻融阀卸料装置组成。冻融阀卸料装置如图3所示，主要包括卸料管6、中频感应线圈4；卸料管6由不锈钢材质制成，卸料管6穿入埚底3，伸入冷坩埚1内部的高度略高于冷壳2厚度即可，采用这种结构设计主要是考虑到冷坩埚1埚底3本身透磁效果没有侧壁好，冷壳2厚度相比侧壁的要厚，若卸料管6设计成在埚底3齐平，当卸料管6内的冷玻璃熔化流出后，冷坩埚1内的玻璃并不能立刻卸出，而是需要将卸料口上部的冷壳2熔化后才能卸出，这是非常困难的。采取将卸料管6延长使之能够穿透冷壳2并直接与高温熔体接触的结构设计，利用高温熔体的热传导可以很快将冷壳2的玻璃熔化，从而实现卸料。

卸料管6为套管式结构，外部包围的套管5有两个作用，一是用来通入冷却介质，使卸料能够快速停止；二是插入热电偶9，用来监测出料温度。

中频感应线圈4缠绕在卸料管6的套管5上，用于加热卸料管6。卸料管6加热采用的是中频感应线圈4加热，当需要卸料时，开启中频电源，加热卸料管6，在卸料管6温度达到1100℃后,凝固在卸料管6内的冷玻璃熔化并依靠重力从管内流出，冷坩埚1内的熔体开始卸料，当卸料结束时，向套管5内通入冷却 介质(可以为压缩空气)，对卸料管6进行冷却，可以快速停止卸料。冷却介质从出料套管5底部冷却介质入口7进入，在出料套管5上部冷却介质出口8排出，采用压缩空气冷却的方式停止卸料，可在1‐2min内实现卸料停止。

装置中的埚底3设计成分瓣结构，如图2所示，分瓣的方式为以坩埚轴为中心辐射分瓣，各瓣之间有缝隙。这样，电磁场能在阻力较小的条件下通过坩埚底3贯穿全部炉料，使底部物料也能被充分加热和熔化，减小冷坩埚1底部冷壳2的厚度。

本实施例的埚底3为圆形平面，分8瓣，瓣间缝隙4mm，每一瓣与中心卸料管6焊接，该卸料管6从埚底3向上延伸进入冷坩埚1内部的高度为2cm。冻融阀卸料装置直接对接在埚底3下部。

该装置的使用过程如下：

当需要卸料时，开启中频电源，中频电源加热功率约20kW，中频感应线圈4开始加热卸料管6，约10min后卸料管6内热电偶9显示温度从300℃升高至1100℃，此时，卸料管6内的冷玻璃开始软化，随着加热时间延长，冷玻璃熔化并从卸料管6内依靠重力流出进入接收容器内，随后，冷坩埚1内的熔融玻璃开始卸料，开始时，卸料速率较慢，约2min后卸料速率增大。对于直径为20mm的卸料管6，卸料速率最大可达160kg/h。

当需要停止卸料时，关闭中频电源，打开压缩空气冷却系统，向套管5内吹入压缩空气，压缩空气从套管5底部冷却介质入口7吹入，从顶部冷却介质出口8吹出，1分钟左右卸料管6内的玻璃冷却凝固，卸料停止。为提高冷却效果，上部的压缩空气出口10可以设计成多个。

Claims (7)

1.一种用于冷坩埚的高温熔体卸料装置，其特征在于，该装置主要由埚底(3)和冻融阀卸料装置组成，冻融阀卸料装置包括卸料管(6)和中频感应线圈(6)，卸料管(6)连接在埚底下部，卸料管(6)设计成套管形式，中频感应线圈(4)缠绕在卸料管(6)外。

2.根据权利要求1所述的一种用于冷坩埚的高温熔体卸料装置，其特征在于，所述的埚底(3)为分瓣式结构，各瓣之间留有缝隙，分瓣方式以坩埚轴为中心呈辐射分瓣。

3.根据权利要求2所述的一种用于冷坩埚的高温熔体卸料装置，其特征在于，所述的分瓣式结构为8瓣式结构，瓣间间隙为4mm。

4.根据权利要求1所述的一种用于冷坩埚的高温熔体卸料装置，其特征在于，所述的卸料管(6)穿过埚底(3)伸入到坩埚内，并穿透坩埚底部的冷壳(2)。

5.根据权利要求4所述的一种用于冷坩埚的高温熔体卸料装置，其特征在于，所述的卸料管(6)伸入冷坩埚内部的高度为2cm。

6.根据权利要求1所述的一种用于冷坩埚的高温熔体卸料装置，其特征在于，所述的卸料管(6)为不锈钢材质。

7.根据权利要求1所述的一种用于冷坩埚的高温熔体卸料装置，其特征在于，所述卸料管的套管(5)内插入热电偶(9)，卸料管(6)下端留有冷却介质入口(7)，上部留有冷却介质出口(8)。