CN113432421A - 冷坩埚 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开了一种冷坩埚，包括：主体；埚底，所述埚底可拆卸地连接于所述主体的下边缘，所述埚底和所述主体共同形成下端封闭的加热腔；感应线圈，绕设于所述主体外，用于在所述加热腔内形成电磁场；底座；其中，所述埚底包括：多个底部组件，多个所述底部组件围绕所述主体的轴线依次固定于所述底座上；所述底部组件由透磁材料制成。本发明实施例的埚底采用透磁材料，可以降低埚底对电磁的屏蔽，提高冷坩埚的电磁能量的利用率，同时有利于埚底的卸料。

Description

冷坩埚

技术领域

本发明的实施例涉及放射性废液玻璃固化技术领域，具体涉及一种冷坩埚。

背景技术

当前，我国正处于核能高速发展的时期，在核工业中，势必产生大量放射性废物。其中，放射性废液尤其是高水平放射性废液，由于具有放射性比活度高、成分复杂、酸性强、腐蚀性强、并且含有一些半衰期长、生物毒性高的核素等特点，对放射性废液的处理与处置尤为重要。对放射性废液进行妥善处理，可以使放射性废液对环境造成的影响降低到最小。

冷坩埚玻璃固化技术是目前国际上一种用于放射性废物处理的新型玻璃固化技术。冷坩埚玻璃固化技术是利用高频电源产生高频电流，再通过感应线圈转换成电磁流透入待处理物料内部形成涡流产生热量，将待处理物料熔制成玻璃。坩埚的炉体内壁通有冷却水，坩埚内的熔融物在坩埚内壁上凝固而形成一冷壁，因此，称之为冷坩埚。由于高温熔融物与冷坩埚壁不直接接触，使得坩埚壁不受腐蚀。冷坩埚不需耐火材料，不用电极加热，由于熔融物包容在冷壁之内，大幅减少了对坩埚的腐蚀和污染，并且冷坩埚使用寿命长、退役简单，冷坩埚玻璃固化技术熔制温度高、可处理废物类型较广、固化速度快，因此，采用冷坩埚玻璃固化技术处理放射性废物具有独特的优势。

传统的冷坩埚通常采用金属材料制成，冷坩埚埚体外部设置有感应线圈，当感应线圈通电时，可以产生电磁场，电磁场穿透冷坩埚的埚体，使冷坩埚内的物料可以在电磁场的作用下产生感应电动势，形成涡流并产生大量的热量，从而使物料熔融。冷坩埚的结构影响着电磁场在冷坩埚内及其周围的分布和电磁场强度，是放射性废物等物料进行玻璃固化处理的核心部件之一。因此，需要对冷坩埚的结构进行合理的设计，使其能够正常运行并且能够满足放射性废物等物料的玻璃固化的需求。

发明内容

本发明的实施例提供了一种冷坩埚，包括：主体；埚底，所述埚底可拆卸地连接于所述主体的下边缘，所述埚底和所述主体共同形成下端封闭的加热腔；感应线圈，绕设于所述主体外，用于在所述加热腔内形成电磁场；底座；其中，所述埚底包括：多个底部组件，多个所述底部组件围绕所述主体的轴线依次固定于所述底座上；所述底部组件由透磁材料制成。

在一些实施方式中，所述底座上设置有凹槽，所述底部组件设置于所述凹槽内。

在一些实施方式中，所述埚底上设置有限位结构，所述限位结构用于固定所述埚底与所述主体的相对位置。

在一些实施方式中，所述限位结构包括：至少一个限位块，所述限位块沿所述埚底周向设置于所述埚底上；所述主体套设于所述限位结构外，并且与所述限位结构相接触。

在一些实施方式中，所述限位块与所述埚底边缘之间的距离为预定距离。

在一些实施方式中，所述预定距离包括所述主体的厚度。

在一些实施方式中，所述埚底内部还设置有冷却管路。

在一些实施方式中，所述冷却管路为多个，分别设置于多个所述底部组件内部；各所述底部组件远离所述主体的一面或者侧面还设置有冷却剂进口和冷却剂出口，所述冷却剂进口和冷却剂出口与相应的所述冷却管路相连通。

在一些实施方式中，所述冷却管路为一个；所述底部组件设置有沿所述埚底周向方向的通孔，所述冷却管路依次穿过多个所述底部组件的通孔；所述埚底远离所述主体的一面或者侧面还设置有冷却剂进口和冷却剂出口，所述冷却剂进口和冷却剂出口与所述冷却管路相连通。

在一些实施方式中，所述埚底上设置有沿所述埚底的轴向方向的多个开孔，多个鼓泡装置穿设于所述开孔中，并伸入所述冷坩埚的加热腔中。

在一些实施方式中，所述埚底上还设置有卸料口，卸料装置穿设于所述卸料口中，并且与所述冷坩埚的加热腔相连通。

在一些实施方式中，还包括：盖体，所述盖体可拆卸地连接于所述主体上边缘，用于封闭所述加热腔的上端开口。

在一些实施方式中，所述透磁材料包括陶瓷材料。

在一些实施方式中，所述底部组件由陶瓷材料在预定加热温度和预定压力下烧结成型。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明的实施例所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1是根据本发明第一个实施例的埚底的结构示意图；

图2是根据本发明第一个实施例的冷坩埚的结构示意图；

图3是根据本发明第二个实施例的埚底的结构示意图；

图4是根据本发明第二个实施例的冷坩埚的结构示意图；

图5是根据本发明第三个实施例的埚底的结构示意图；

图6是根据本发明第三个实施例的冷坩埚的结构示意图；

图7是根据本发明一个实施例的埚底的截面的结构示意图；

图8是根据本发明另一个实施例的埚底的截面的结构示意图；

图9是图8中的埚底的另一角度的结构示意图。

需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

附图标记说明：

100、冷坩埚；10、埚底；11、底部组件；12、限位结构；13、冷却管路；14、开孔；15、卸料口；16、冷却剂进口；17、冷却剂出口；20、主体；30、感应线圈；40、盖体；50、底座；

200、鼓泡装置；300、卸料装置；400、进料管；500、加热材料；600、测温装置；700、尾气管；800、搅拌装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。若全文中涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。若全文中出现“和/或”，其含义为包括三个并列方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。此外，为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等，仅用来描述如图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系，应当理解为也包含除了图中所示的方位之外的在使用或操作中的不同方位。

图2示出了根据本发明的一个实施例的冷坩埚的结构示意图。如图2所示，所述冷坩埚100包括：埚底10、主体20、感应线圈30以及底座50。所述埚底10可拆卸地连接于所述主体20的下边缘，所述埚底10和所述主体共同形成下端封闭的加热腔。感应线圈30绕设于所述主体20外，用于在所述加热腔内形成电磁场，所述电磁场可以对加热腔内的物料进行感应加热。所述物料包括玻璃和放射性废液，所述物料在所述电磁场的作用下加热熔融，以实现对放射性废液的玻璃固化。

在一些实施例中，所述主体20可以呈圆筒形，所述主体20上设置有多个缝隙，感应线圈30产生的电磁场可以通过各个缝隙辐射至冷坩埚的加热腔内。例如，所述主体20一体形成，所述主体20上具有多个连通所述加热腔的缝隙。在其他实施例中，所述主体20还可以由多个圆管并排连接形成，或者可以由多个中空的弧形块连接形成，多个圆管或者多个弧形块之间具有缝隙。在一些实施例中，所述主体20由金属制成，所述主体也可以为其他形状，例如所述主体20的横截面可以为椭圆形等。

在本实施例中，所述主体20内部还循环有冷却介质，以在所述主体20内壁形成一层冷壁，所述冷壁由熔融物固化形成，避免所述熔融物接触所述主体20而造成腐蚀。例如，可以在所述主体20的圆管或者中空的弧形块内循环冷却水。

图1示出了根据本发明一个实施例的埚底的结构示意图，如图1所示，所述埚底10包括多个底部组件11，所述底部组件11呈扇形，多个所述底部组件11围绕所述主体20的轴线依次固定于所述底座50上，并且，所述底部组件11由透磁材料制成。需要说明的是，本实施例对所述底部组件11的数量不进行限制，例如，可以为4个、6个、8个等。本实施例中的埚底10呈辐射状地分为多个底部组件11，而不是一体成型，使各底部组件11之间具有缝隙，电磁场能在阻力较小的条件下通过埚底10贯穿加热腔内的全部物料，使加热腔底部的物料也能被充分加热和熔化。

本实施例中的埚底采用透磁材料制成，可以降低埚底对电磁的屏蔽，提高冷坩埚100的电磁能量的利用率。

其中，所述底座50用于支撑所述埚底10和所述主体20。

具体地，所述底座50上设置有凹槽(图中未示出)，所述凹槽与所述埚底10相匹配，所述底部组件11设置于所述凹槽内，以使所述底部组件11与所述底座50的位置相对固定。

在一些实施例中，还可以通过螺纹连接等方式将所述底部组件11固定于所述底座50上，例如，利用连接法兰将各底部组件11固定连接于所述底座50上。

在一些实施例中，所述主体20套设于所述埚底10外，以避免主体20对所述埚底10的压力而造成的埚底的损耗。

在一些实施例中，所述主体20连接于所述埚底10的上表面。所述冷坩埚100还包括支撑件(图中未示出)，所述支撑件将所述主体20支撑固定于所述底座50上。通过支撑件支撑所述主体20，当主体20可拆卸地连接于埚底10时，可以减少埚底10的受力，避免埚底10损耗，延长埚底10的使用寿命。

在一些实施例中，所述埚底10上还设置有限位结构12，所述限位结构12用于固定所述埚底10和所述主体20的相对位置。

具体地，所述限位结构12可以包括至少一个限位块，所述限位块沿所述埚底10的周向设置于所述埚底上，所述主体20可以套设于所述限位结构12外，并且与所述限位结构12相接触，从而防止所述主体20与所述埚底10的相对移动。

如图3所示，在一些实施例中，所述限位结构12可以包括设置于所述埚底10上的圆柱形限位块。如图4所示，所述圆柱形限位块的直径可以与所述主体20的内径相匹配，所述主体20可以套设于所述限位块外，所述主体20的内壁与所述限位块相接触，以使所述主体20与所述埚底10的位置相对固定。需要说明的是，所述圆柱形限位块可以由多个扇形限位块拼接形成，各所述扇形限位块分别设置于各底部组件11上。另外，各所述扇形限位块可以与各底部组件11一体成型。

需要说明的是，本实施例对所述限位块的形状并不进行限制，在其他未示出的实施例中，所述限位块还可以是环形限位块，可以由多个弧形限位块组成，各所述弧形限位块分别设置于各所述底部组件11上。另外，各所述弧形限位块可以与各底部组件11一体成型。

如图5和图6所示，在一些实施例中，所述限位结构12可以包括设置于所述埚底上的多个限位块，多个所述限位块分别设置于至少部分所述底部组件11上。具体地，所述限位结构12可以为弧形限位块，多个所述弧形限位块在所述埚底10上的投影在同一圆上，所述圆的直径与所述主体20的内径相匹配，所述主体20可以套设于所述多个限位块外，所述主体20的内壁与所述限位块相接触，以使所述主体20与所述埚底10的位置相对固定。需要说明的是，本实施例对限位块的数量并不进行限制，所述限位块的数量可以少于或者等于底部组件11的数量，或者也可以多于底部组件11的数量，所述底部组件11上设置多个限位块。此外，限位块的形状也不进行限制，例如，还可以为矩形限位块等。

在一些实施例中，所述限位块与所述埚底10的边缘之间的距离为预定距离，以使所述限位块设置于与所述主体20的内径相适应的位置处。当埚底10的直径大于所述主体20的外径时，所述预定距离可以大于所述主体20的厚度。当埚底10的直径等于所述主体20的外径时，所述预定距离可以等于所述主体20的厚度。将埚底10的直径设置为等于主体20的外径，避免埚底过大，浪费埚底材料。

在一些实施例中，所述埚底10内部还设置有冷却管路13，用于循环冷却剂，以在冷坩埚100运行时降低所述埚底10的温度。

图7示出了根据本发明一个实施例的埚底的截面的结构示意图。如图7所示，所述冷却管路13为多个，分别设置于多个所述底部组件11的内部。并且，各所述底部组件远离所述主体20的一面或者侧面还设置有冷却剂进口16和冷却剂出口17，所述冷却剂进口16和冷却剂出口17与相应的底部组件11中的冷却管路13相连通。本实施例中埚底10的各底部组件11内部均设置有冷却管路13，从而有效降低埚底10的温度。

图8示出了根据本发明另一个实施例的埚底的截面的结构示意图。如图8所示，所述冷却管路13为一个，各所述底部组件11的侧面设置有沿所述埚底10周向方向的通孔(图中未示出)，所述冷却管路13依次穿过各所述底部组件11的通孔。并且，如图9所示，所述埚底10远离所述主体20的一面(即下表面)还设置有冷却剂进口16和冷却剂出口17，所述冷却剂进口16和冷却剂出口17与所述冷却管路13相连通，以使冷却剂在所述冷却管路13内循环，从而降低埚底10的温度。在其他未示出的实施例中，所述冷却剂进口16和冷却剂出口17还可以设置于所述埚底10的侧面。其中，冷却剂可以为冷却水、冷却气体等。

在一些实施例中，所述埚底10上还设置有沿所述埚底10的轴向方向的多个开孔14，多个鼓泡装置200穿设于所述开孔14中，并伸入所述冷坩埚100的加热腔内。所述鼓泡装置200可以对加热腔内的熔融物进行搅拌，使熔融物的温度分布更加均匀，并且搅拌效果良好。

在一些实施例中，所述埚底10上还设置有卸料口15，卸料装置300穿设于所述卸料口15中，并且与所述冷坩埚100的加热腔相连通。在所述加热腔中的物料熔炼好之后，可以通过所述卸料口15和所述卸料装置300将加热腔内的熔融物从所述埚底10卸出。

在一些实施例中，所述冷坩埚100还包括盖体40，所述盖体40可拆卸地连接于所述主体20的上边缘，用于封闭所述加热腔的上端开口。此外，进料管400、测温装置600和尾气管700均可以连接于所述盖体40上。加热材料500可以通过所述进料管400加入到所述加热腔内，所述进料管400的高度可调节，以使所述加热材料500加入到所述加热腔内不同的预定位置。其中，加热材料500可以在所述电磁场的作用下加热燃烧，并产生大量的热量，使加热腔内的玻璃开始熔融形成玻璃熔体，玻璃熔体可以在电磁场的加热下不断扩大直至完全熔融。

在一些实施例中，所述埚底10上不设置鼓泡装置200，可以将搅拌装置800连接于所述盖体上，并深入所述加热腔内，以对加热腔内的熔融物进行搅拌。

在一些实施例中，所述透磁材料包括陶瓷材料、高分子材料、树脂/纤维复合材料或者树脂/陶瓷复合材料。

在一些实施例中，所述底部组件11由陶瓷材料在预定加热温度和预定压力下烧结成型，在所述预定压力下所述陶瓷材料可以形成致密的结构，在预定加热温度下，所述陶瓷材料可以烧结成型。具体地，所述陶瓷材料可以为氧化铝。使用非金属的氧化铝作为埚底10，可以降低埚底对电磁的屏蔽，提高冷坩埚100的电磁能量的利用率。同时，陶瓷材料的导热性较差，在使用冷却管路进行降温时，埚底10的温度比使用金属埚底时的温度较高，有利于埚底的卸料。并且，陶瓷材料耐高温，避免使用金属埚底时的高温腐蚀，陶瓷材料在高温下较为稳定。

对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种冷坩埚，其特征在于，包括：

主体(20)；

埚底(10)，所述埚底(10)可拆卸地连接于所述主体(20)的下边缘，所述埚底(10)和所述主体(20)共同形成下端封闭的加热腔；

感应线圈(30)，绕设于所述主体(20)外，用于在所述加热腔内形成电磁场；

底座(50)；

其中，所述埚底(10)包括：多个底部组件(11)，多个所述底部组件(11)围绕所述主体(20)的轴线依次固定于所述底座(50)上；所述底部组件(11)由透磁材料制成。

2.如权利要求1所述的冷坩埚，其特征在于，所述底座(50)上设置有凹槽，所述底部组件(11)设置于所述凹槽内。

3.如权利要求1所述的冷坩埚，其特征在于，所述埚底(10)上设置有限位结构(12)，所述限位结构(12)用于固定所述埚底(10)与所述主体(20)的相对位置。

4.如权利要求3所述的冷坩埚，其特征在于，

所述限位结构(12)包括：至少一个限位块，所述限位块沿所述埚底(10)周向设置于所述埚底(10)上；

所述主体(20)套设于所述限位结构(12)外，并且与所述限位结构(12)相接触。

5.如权利要求4所述的冷坩埚，其特征在于，所述限位块与所述埚底(11)边缘之间的距离为预定距离。

6.如权利要求5所述的冷坩埚，其特征在于，所述预定距离包括所述主体(20)的厚度。

7.如权利要求1所述冷坩埚，其特征在于，所述埚底(10)内部还设置有冷却管路(13)。

8.如权利要求7所述的冷坩埚，其特征在于，所述冷却管路(13)为多个，分别设置于多个所述底部组件(11)内部；

各所述底部组件(11)远离所述主体(20)的一面或者侧面还设置有冷却剂进口(16)和冷却剂出口(17)，所述冷却剂进口(16)和冷却剂出口(17)与相应的所述冷却管路(13)相连通。

9.如权利要求7所述的冷坩埚，其特征在于，所述冷却管路(13)为一个；

所述底部组件(11)设置有沿所述埚底(10)周向方向的通孔，所述冷却管路(13)依次穿过多个所述底部组件的通孔；

所述埚底(10)远离所述主体(20)的一面或者侧面还设置有冷却剂进口(16)和冷却剂出口(17)，所述冷却剂进口(16)和冷却剂出口(17)与所述冷却管路(13)相连通。

10.如权利要求1所述的冷坩埚，其特征在于，

所述埚底(10)上设置有沿所述埚底(10)的轴向方向的多个开孔(14)，

多个鼓泡装置(200)穿设于所述开孔(14)中，并伸入所述冷坩埚(100)的加热腔中。

11.如权利要求1所述的冷坩埚，其特征在于，所述埚底(10)上还设置有卸料口(15)，

卸料装置(300)穿设于所述卸料口中，并且与所述冷坩埚(100)的加热腔相连通。

12.如权利要求1所述的冷坩埚，其特征在于，还包括：

盖体(40)，所述盖体可拆卸地连接于所述主体(20)上边缘，用于封闭所述加热腔的上端开口。

13.如权利要求1所述的冷坩埚，其特征在于，所述透磁材料包括陶瓷材料。

14.如权利要求13所述的冷坩埚，其特征在于，所述底部组件(11)由陶瓷材料在预定加热温度和预定压力下烧结成型。

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