CN114242297A - 核废料封存容器制备系统 - Google Patents

Abstract

核废料封存容器制备系统，包括喷丸去污装置、金属熔炼上料总成和砂模；喷丸去污装置、金属熔炼上料总成和砂模在核废料封存容器的制备流程中先后使用；喷丸去污装置包括喷枪、砂尘分离器、砂尘收集器、钢珠清洗机、钢珠遣返器、干冰供给装置、高压空气气源和负压抽气设备；金属熔炼上料总成包括总框架、垂直提升机、熔炼炉组件、小车组件、投料对接机构、负压除尘机构和物料输送机构。本发明以核废金属为原料，通过喷丸和熔炼两个步骤，使核废金属中的放射剂量大幅度降低，再通过砂模铸造核废料封存容器的各个组件，最后焊接组装形成核废料封存容器。上述流程实现了核废金属的回收再利用，可充分满足“放射性废物最小化”的要求。

Description

核废料封存容器制备系统

技术领域

本发明涉及核废金属处理技术领域，特别是一种核废料封存容器制备系统。

背景技术

随着核工业的快速发展，核电站和核工企业产生的核废料也越来越多，主要由达到使用年限的老旧设备退役所产生。这些核废料具有较强的放射性，半衰期长达数千年、数万年甚至几十万年，若随意处置则会严重污染环境和危害人体健康。

国际原子能机构对核废料的处理和处置有严格的要求，对于辐射剂量超过安全阈值的核废金属无法处理，只能做永久深埋处置，以确保核废料能够地质封存数万年甚至数十万年不泄漏。

永久深埋处置必须要解决两个问题：1、要将核废料安全、永久的封闭在一个容器内，并保证数万年不泄露出放射性，所述容器通常为可屏蔽辐射的金属罐；2、寻找一处安全、永久存放核废料的地点，所述地点通常为建在地下超厚岩石层中的核废料处置库。

现有的永久深埋处置方案需要额外制造盛装核废料的金属罐。一方面，为了保证数万年不泄露出放射性的效果，金属罐的壁厚设计的非常厚，制造所需材料非常多；另一方面，金属罐盛装过核废料后会被放射性污染，自身会产生一定剂量的放射性，无法另做它用，相当于在处置核废料的过程中引入了新的放射性废物，产生废物增容。

国际原子能机构于1992年出版的技术文件《放射性废物最小化和分离》中，首次提出“放射性废物最小化”的概念。所述的“放射性废物最小化”是将放射性废物的数量和活度降低至可合理达到的水平，可通过限制放射性污染的产生、限制放射性污染的扩散、减少核废料贮存的体积，达到降低核废料对环境造成的不良影响，降低核废料处置成本的目的。显然，现有的盛装核废料的金属罐的制造工艺无法满足“放射性废物最小化”的要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种核废料封存容器制备系统，它解决了现有的盛装核废料的金属罐的制造工艺无法满足“放射性废物最小化”的要求的问题。

本发明的技术方案是：核废料封存容器制备系统，其用于核废料封存容器的制备；其包括喷丸去污装置、金属熔炼上料总成和封存容器制备总成；喷丸去污装置、金属熔炼上料总成和封存容器制备总成在核废料封存容器的制备流程中先后使用；

喷丸去污装置包括喷枪、砂尘分离器、砂尘收集器、钢珠清洗机、钢珠遣返器、干冰供给装置、高压空气气源和负压抽气设备；

喷枪内部设有汇合腔、钢珠射入通道和钢珠回收通道；钢珠射入通道的前端和钢珠回收通道的前端分别连通至汇合腔的后端，汇合腔的前端、钢珠射入通道的后端、钢珠回收通道的后端分别在喷枪上形成喷丸操作口、钢珠入口A、钢珠出口A；

砂尘分离器包括从上至下依次设置的筛选仓、回收仓和三通接头；筛选仓的上端两侧分别设有钢珠入口B和砂尘出口，筛选仓下端设有鼓风口A、钢珠下落口和钢珠出口B；钢珠入口B通过气路管道与喷枪的钢珠出口A连通；钢珠下落口上设有电控阀A；钢珠出口B上设有电控阀D；回收仓上端设有正对筛选仓的钢珠下落口A的敞口，回收仓下端设有钢珠出口C，回收仓侧壁上设有负压排气口和钢珠遣返口；三通接头上设有第一端口、第二端口和第三端口，第一端口连接在回收仓的钢珠出口C上，第二端口通过气路管道与喷枪的钢珠入口A连通；

砂尘收集器包括集尘仓和安装在集尘仓内腔中的滤芯；滤芯将集尘仓内腔分隔为互不连通的上腔和下腔，集尘仓的外壁上设有连通至下腔的砂尘入口和连通至上腔的滤后出气口；砂尘入口通过气路管道与筛选仓的砂尘出口连通；

钢珠清洗机内部设有清洗腔，外部设有连通至清洗腔的钢珠出口D、干冰入口、废气出口和钢珠入口D；

钢珠遣返器包括遣返仓、支架B及电动推杆Y；遣返仓上端设有钢珠入口E，下端设有钢珠出口E，遣返仓的钢珠入口E位于外筒体的钢珠出口D的正下方；支架B下端固定安装在地面上，上端与遣返仓的外壁铰接；电动推杆Y下端铰接安装在地面上，上端与遣返仓的外壁铰接，其用于驱动遣返仓绕其铰接处做竖直平面的转动，进而使钢珠出口E朝向斜上方或斜下方；

干冰供给装置内部设有干冰存放腔，干冰供给装置外壁上设有连通至干冰存放腔的高压进气口、干冰投料口和干冰输出口；干冰输出口通过气路管道与钢珠清洗机的干冰入口连通；

高压空气气源用于输出压缩空气，高压空气气源分别通过气路管道与筛选仓的鼓风口A、三通接头的第三端口、干冰供给装置的高压进气口连通；

负压抽气设备用于提供负压，负压抽气设备分别通过气路管道与集尘仓的滤后出气口、回收仓的负压排气口连通；

金属熔炼上料总成包括总框架、垂直提升机、熔炼炉组件、小车组件、投料对接机构、负压除尘机构和物料输送机构；

总框架从下至上依次设有一层底板和二层底板，一层底板与二层底板之间为一层空间，二层底板上端为二层空间，二层底板上设有连通一层空间与二层空间的连通口；

垂直提升机固定安装在总框架上，并位于一层空间与二层空间之间，其下端设有连通至一层空间的物料入口，上端设有连通至二层空间的物料出口；

熔炼炉组件包括倾翻平台、熔炼炉和翻转液压缸；倾翻平台铰接安装在二层底板的连通口处，并绕铰接处做竖直平面的转动；熔炼炉内部设有熔炼腔，熔炼炉上端设有连通至熔炼腔的投料口和连通至投料口的引流槽，熔炼炉在外壁上端与倾翻平台固定连接，并位于二层底板的连通口处，并位于一层空间与二层空间之间；翻转液压缸设置在一层底板与熔炼炉之间，其下端铰接在一层底板上，上端与倾翻平台的下表面铰接，其用于驱动倾翻平台绕其铰接处转动，进而带动熔炼炉转动，使熔炼炉在工作状态与倒料状态之间转换；熔炼炉在工作状态下呈竖直姿态，投料口竖直朝上；熔炼炉在倒料状态下呈倾斜姿态，熔炼炉内的熔炼液可通过投料口和引流槽倒出；

小车组件包括导轨和小车；导轨的数量为两条，两条导轨相互平行布置固定安装在二层底板上，并分布在熔炼炉的投料口的两侧；两条导轨均垂直于熔炼炉的引流槽布置，其中一条导轨相对靠近引流槽，另一条导轨相对远离引流槽；小车包括车体和电动轮；车体上设有镂空孔A和镂空孔B；电动轮安装在车体下端；小车通过电动轮活动安装在两条导轨上；

投料对接机构包括外漏斗、内漏斗和行吊；外漏斗固定安装在车体的镂空孔A中，并呈上大下小的喇叭口形；内漏斗呈上大下小的喇叭口形，并与外漏斗的内孔形状吻合，其上端设有用于对接行吊的挂耳；行吊安装在二层空间内，其用于控制内漏斗移动，进而使内漏斗与外漏斗对接或分离；当内漏斗与外漏斗对接时，内漏斗的下端口通过熔炼炉的投料口伸入熔炼炉的熔炼腔中；

负压除尘机构包括集尘罩和负压除尘器；电动推杆A固定安装在小车的车体上，其通过连接架与集尘罩固定连接，以驱动集尘罩做竖直升降移动；集尘罩内部设有气路通道，气路通道在集尘罩的两端分别形成集尘口和排尘口；集尘罩安装在小车的车体上，位于小车的镂空孔B中，其上的排尘口和集尘口分别位于镂空孔B的上端和下端；负压除尘器上设有进气口和排气口，负压除尘器内部设有滤芯，负压除尘器的进气口与集尘罩的排尘口通过气路管道连接；

物料输送机构包括支座、带式输送机A和上部牵拉组件；支座固定安装在二层空间内；带式输送机A铰接在支座上，并绕铰接处座竖直平面的转动，进而在输送状态与避让状态之间转换；输送状态下，其用于将垂直提升机排出的物料输送至熔炼炉内，避让状态下，其避开内漏斗的升降移动路径、熔炼炉的翻转路径和倾翻平台的翻转路径；上部牵拉组件与带式输送机A关联，以驱动带式输送机A绕其铰接处转动；

小车沿导轨的移动路径上依次设有第一位置、第二位置和第三位置；当小车处在第一位置时，外漏斗的下端口与处在工作状态的熔炼炉的投料口上下正对；当小车处在第二位置时，集尘罩的集尘口与处在工作状态的熔炼炉的投料口上下正对；当小车处在第三位置时，小车与倾翻平台的转动路径上下错开；仅当小车处于第一位置时，外漏斗与内漏斗可进行对接或分离；

砂模上端设有浇注口，下端设有排气孔，内部设有连通至浇注口和排气孔的型腔；砂模安装在熔炼炉正下方的一层空间内，其浇注口用于接收从熔炼炉的引流槽倒出的熔炼液。

本发明进一步的技术方案是：钢珠清洗机包括外筒体、内筒体、支架A、电动推杆X及电机；外筒体一端设有钢珠出口D、干冰入口、废气出口和钢珠入口D，另一端中心处和下边沿处分别设有机轴穿孔和排渣口，排渣口上设有电控阀B；外筒体在钢珠出口D上转动连接有盖板，转动盖板以打开或关闭钢珠出口D；外筒体的废气出口通过气路管道与集尘仓的砂尘入口连通；外筒体的钢珠入口D通过管道与筛选仓的钢珠出口B连接；内筒体一端设有敞口，另一端设有端板，内部设有清洗腔，外圆面上设有镂空孔；内筒体可转动安装在外筒体内部，并与外筒体之间形成环形腔，内筒体的敞口正对并紧邻外筒体的钢珠出口D、干冰入口、废气出口和钢珠入口D；支架A下端安装在地面上，上端与外筒体的外壁铰接；电动推杆X下端铰接安装在地面上，上端与外筒体的外壁铰接，其用于驱动外筒体绕其铰接处做竖直平面的转动，进而使钢珠出口D朝向斜上方或朝向斜下方；当钢珠出口D朝向斜上方时，盖板与钢珠出口D贴合以关闭钢珠出口D，当钢珠出口D朝向斜下方时，盖板与钢珠出口D分离以打开钢珠出口D；电机固定安装在外筒体外部一侧端面上，其机轴通过机轴穿孔而伸入到外筒体内部，并与内筒体的端板固连，电机的机轴转动以驱动内筒体相对于外筒体做圆周转动。

本发明再进一步的技术方案是：其还包括金属切割机、金属撕碎机和金属压缩打包机；金属压缩打包机上端设有进出料口；喷丸去污装置、金属切割机、金属撕碎机、金属压缩打包机、金属熔炼上料总成、砂模在核废料封存容器的制备流程中依次使用。

本发明更进一步的技术方案是：其还包括带式输送机B和带式输送机C；带式输送机B设在金属撕碎机与金属压缩打包机之间，其用于将金属撕碎机处理过的物料传输至金属压缩打包机；带式输送机C设在金属压缩打包机的进出料口与垂直提升机的物料入口之间，其用于将金属压缩打包机处理过的物料传输至垂直提升机内。

本发明更进一步的技术方案是：金属压缩打包机包括箱体、X向推进组件、Y向推进组件、顶部翻转组件和出料控制组件；

箱体呈中空的长方体形，其内设有压缩腔，其上端设有连通至压缩腔的进出料口，其四面侧壁按照顺时针分别命名为第一壁、第二壁、第三壁和第四壁，第一壁在紧邻第二壁的下端设有连通至压缩腔的矩形开口A，第四壁在下端设有连通至压缩腔的矩形开口B，第三壁下端与箱体底壁之间设有转角缺口，转角缺口由设在第三壁上的矩形开口C和设在箱体底壁上的矩形开口D连通而成，矩形开口C正对矩形开口A；

X向推进组件包括X向液压缸和连接在X向液压缸活塞杆端头上的X向推板；X向液压缸的缸体固定安装在箱体的第四壁上，并位于压缩腔外部；X向推板在X向液压缸的驱动下做水平往复直线移动，进而在齐平于矩形开口B与伸入压缩腔内之间变换，X向推板的移动方向垂直于第二壁；

Y向推进组件包括Y向液压缸和连接在Y向液压缸活塞杆端头上的Y向推板；Y向液压缸的缸体固定安装在箱体的第一壁上，并位于压缩腔外部；Y向推板在Y向液压缸的驱动下做水平往复直线移动，进而在齐平于矩形开口A与伸入压缩腔内之间变换，Y向推板的移动方向平行于第二壁；

顶部翻转组件包括转板和翻转液压缸；转板一端设有第四铰接处，转板中部设有第五铰接处；翻转液压缸的缸体铰接在第四壁的上端，翻转液压缸的活塞杆端头铰接在转板的第五铰接处上，翻转液压缸的活塞杆伸缩以驱动转板绕第四铰接处做竖直平面内的转动，进而将箱体的进出料口封闭或敞开；

出料控制组件包括转轴、折板和出料液压缸；转轴水平布置并活动安装在第三壁的上端，并平行于第三壁布置，转轴在一端与板A的上端固定连接，转轴在另一端与出料液压缸的活塞杆端头铰接；折板由相互垂直并在侧边处连接的板A和板B组成，折板设在转角缺口处，并在板A的上端与转轴固定连接；出料液压缸的缸体铰接在第二壁的下端，出料液压缸的活塞杆伸缩以驱动转轴转动，进而带动折板绕转轴转动，使折板在补缺状态与出料状态之间转换；当折板在补缺状态下时，板A位于压缩腔内的表面与第三壁位于压缩腔内的表面齐平，板B位于压缩腔内的表面与箱体底壁位于压缩腔内的表面齐平；当折板在出料状态下时，板A向压缩腔外侧倾斜，板B向压缩腔上端倾斜。

本发明更进一步的技术方案是：物料输送机构还包括下部支承部件；下部支承部件设置在二层底板与架体A之间，其上端与架体A的第二铰接处铰接，其下端悬空，其随着带式输送机A的转动始终保持竖直；当带式输送机A处在输送状态时，下部支承部件的下端与二层底板相抵，从而为带式输送机A提供支承。

本发明更进一步的技术方案是：带式输送机A包括架体A和安装在架体A上的输送带A；带式输送机A沿输送带A输送方向的两端分别设有进料端A和排料端A；架体A从一端至另一端依次设有第一铰接处、第二铰接处和第三铰接处，架体A通过第一铰接处铰接安装在支座上，带式输送机A绕第一铰接处的转动路径位于竖直平面内；上部牵拉组件包括连接架、钢缆和卷扬机；连接架下端铰接在架体A的第三铰接处上；钢缆下端与连接架的上端连接，钢缆上端绕设在卷扬机上；卷扬机固定安装在支座上，卷扬机通过收放钢缆驱动带式输送机A绕第一铰接处转动，进而使带式输送机A在输送状态与避让状态之间转换，带式输送机A在输送状态下，其进料端A紧邻并正对垂直提升机的物料出口，排料端A位于熔炼炉的投料口的正上方，以实现物料的输送。带式输送机A在避让状态下，其避开内漏斗的升降移动路径、熔炼炉的翻转路径和倾翻平台的翻转路径。

本发明更进一步的技术方案是：小车组件还包括万向球座和钢球，万向球座下端固定安装在二层底板或倾翻平台上，并位于相对靠近引流槽的一条导轨的外侧，万向球座上端设有用于容纳钢球的球形凹坑，钢球活动安装在万向球座的球形凹坑中；万向球座的数量有多个，所有的万向球座间隔布置，并排成平行于导轨的一列；当小车沿导轨移动到任意位置时，至少有一个万向球座上的钢球与小车的车体下表面接触；相应的，小车的车体为具有四个顶角的矩形框架，电动轮仅设置在车体下端的三个顶角处，在车体相对靠近引流槽的一个顶角的下端未设置电动轮。

本发明更进一步的技术方案是：小车组件还包括电动推杆B和定位套筒；电动推杆B固定连接在在小车车体的一端，并做竖直方向的升降移动；定位套筒固定安装在倾翻平台上，并位于电动推杆B的下端；当小车位于第一位置时，电动推杆B与定位套筒上下正对，电动推杆B伸入定位套筒的内孔即将小车的位置锁定。

本发明更进一步的技术方案是：当内漏斗与外漏斗对接时，内漏斗的下端口与熔炼炉的熔炼腔的底面之间间距为0-5cm；内漏斗的下端口中设置有一次性的软垫，软垫的溶解温度处在200-500℃之间。

本发明更进一步的技术方案是：垂直提升机包括电梯井、升降台、牵引驱动装置和传送带机构；电梯井下端设有连通至一层空间的物料入口，上端设有连通至二层空间的物料出口；升降台通过牵引驱动装置安装在电梯井内，其被牵引驱动装置带动做竖直方向的升降运动；传送带机构安装在升降台上，其上设有传送带，其随着升降台同步做升降移动，进而在上对接位置和下对接位置之间移动；在上对接位置时，传送带正对物料出口以输出物料，在下对接位置时，传送带正对物料入口以接收物料。

本发明再进一步的技术方案是：遣返仓的钢珠入口E上端连接有带有电控阀C的接料漏斗。

本发明更进一步的技术方案是：钢珠清洗机的钢珠出口D呈半圆形，并紧邻外筒体端面的下端边沿布置；相应的，盖板呈现出与钢珠出口D形状吻合的半圆形；相应的，干冰入口、废气出口和钢珠入口D均位于外筒体端面的上端。

本发明更进一步的技术方案是：高压空气气源为空气压缩机。

本发明更进一步的技术方案是：负压抽气设备为真空泵。

本发明更进一步的技术方案是：其还包括工业机械臂，工业机械臂用于抓持和移动喷枪。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、其以核废金属为原料，通过喷丸和熔炼两个步骤，使核废金属中的放射剂量大幅度降低(可降至符合民用钢材要求的放射剂量)，再通过砂模铸造核废料封存容器的各个组件，最后焊接组装形成核废料封存容器。基于上述流程实现了核废金属的回收再利用，可充分满足“放射性废物最小化”的要求；

所述的核废金属大多收集于核电站或核工企业，除了一小部分金属(例如反应堆堆芯内部的金属)是整体受到放射性污染，大部分金属仅在表面受到放射性污染；

关于喷丸：通过喷丸去污装置可有效剥离核废金属表面的污渍、锈迹和放射性物质层，起到放射性去污的效果；

关于熔炼：通过熔炼炉对核废金属进行熔炼，会使核废金属内部留存的放射性核素释放出来，高温会使一部分易挥发的放射性核素直接变成气体挥发，另外一部分放射性核素则会沉积在熔炼产生的炉渣中，将熔炼过程中挥发出的气体和产生的炉渣进行收集，起到放射性去污的效果。

2、喷丸去污装置具有如下优点：

a、钢珠在喷枪、筛选仓、回收仓内部之间循环流动，循环路径相对较短，钢珠的磨损也相对较小，使用寿命更长；

b、喷枪抵住工件表面即可进行去污操作，去污部位和去污时间可以由操作工人灵活把控，操作方式非常方便；

c、喷丸去污操作过程中产生的粉尘和碎屑能够立即收集到砂尘收集器中，不会泄露到外界，能较大程度上减少操作工人受到的辐射量；

d、可实现钢珠的自动清洗，通过清洗流程能充分去除钢珠表面沾染的放射性核素，延长了钢珠用于核废金属表面放射性去污时的循环使用次数。

3、金属熔炼上料总成具有非常高的自动化程度，上料-熔炼-倒出的整个过程基本无需人工干预，并且，在满足了各部件动作需求的同时，还针对各部件动作过程中的先后次序及相对位置关系，有针对性的设计了多处防干涉结构(避让结构)；

a、为了避免小车移动过程中与熔炼炉的炉嘴(引流槽设在炉嘴上)发生干涉，一方面，去掉了小车相对靠近炉嘴的顶角下端的电动轮(即小车仅在下端三个顶角处设有电动轮)，另一方面，通过在二层底板上设置的万向球座和钢球，对小车进行辅助支承，保证了小车移动过程中的稳定性；

b、为了避免内漏斗在对接或分离过程中与带式输送机A发生干涉，一方面，为带式输送机A设计了可整体转动的铰接结构，另一方面，通过上部牵拉组件为带式输送机A提供转动动力，确保了带式输送机A在转动过程中的稳定性和可靠性。

4、金属熔炼上料总成具有良好的可靠性，充分考虑了其工作状态中存在的各种不利因素，有针对性的设计了多种有助于提升可靠性的结构；

a、为了保证小车在第一位置时能与熔炼炉的投料口精准对位，并且不会因为物料的冲击而晃动或滑移，为小车设计了特定状态下的锁定结构，即在小车的一端设有电动推杆B，并在二层底板的相应位置设有定位套筒，当小车位于第一位置时，电动推杆B与定位套筒上下正对，电动推杆B伸入定位套筒的内孔即将小车的位置锁定；

b、为了避免冷炉投料时，物料砸伤熔炼炉的熔炼腔底面，一方面，在内漏斗的下端口设置有一次性的软垫，另一方面，内漏斗在对接状态下，其下端口与熔炼腔底面之间的间距仅为0-5cm；可在冷炉投料时起到良好的缓冲作用，避免熔炼炉的熔炼腔底面被砸伤；

c、为了便于熔炼过程中随时(通过投料口)观察熔炼炉内部的情况，将集尘罩设计成高度可调的结构样式。

以下结合图和实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意简图；

图2为喷丸去污装置的结构示意图；

图3为钢珠清洗机的结构示意图；

图4为钢珠遣返器的结构示意图；

图5为喷枪的结构示意图；

图6为金属压缩打包机在一种视角下的结构示意图；

图7为金属压缩打包机在另一视角下的结构示意图；

图8为金属熔炼上料总成的结构示意图；

图9为本发明工作过程的S04步骤e分步骤完成时的状态图；

图10为本发明工作过程的S05步骤a分步骤完成时的状态图；

图11为本发明工作过程的S05步骤d分步骤完成时的状态图；

图12为图9的A部放大图；

图13为通过本发明制备的核废料封存容器的爆炸图。

说明：垂直提升机仅在图8中示出，图9-11中未示出。

图例说明：喷丸去污装置1；喷枪11；汇合腔111；喷丸操作口1111；钢珠射入通道112；钢珠入口A1121；钢珠回收通道113；钢珠出口A1131；筛选仓121；钢珠入口B1211；砂尘出口1212；鼓风口A1213；钢珠下落口1214；钢珠出口B1215；回收仓122；钢珠出口C1221；负压排气口1222；钢珠遣返口1223；三通接头123；第一端口1231；第二端口1232；第三端口1233；集尘仓131；上腔1311；下腔1312；砂尘入口1313；滤后出气口1314；滤芯132；钢珠清洗机14；外筒体141；钢珠出口D1411；干冰入口1412；废气出口1413；钢珠入口D1414；排渣口1415；盖板1416；内筒体142；镂空孔1421；支架A143；电动推杆X144；电机145；环形腔146；钢珠遣返器15；遣返仓151；钢珠入口E1511；钢珠出口E1512；接料漏斗1513；支架B152；电动推杆Y153；高压进气口161；干冰投料口162；干冰输出口163；高压空气气源17；负压抽气设备18；金属切割机2；金属撕碎机3；金属压缩打包机4；箱体41；第一壁411；第二壁412；第三壁413；第四壁414；底壁415；X向液压缸421；X向推板422；Y向液压缸431；Y向推板432；转板441；翻转液压缸442；转轴451；折板452；出料液压缸453；一层底板511；二层底板512；连通口513；垂直提升机52；物料入口521；物料出口522；倾翻平台531；熔炼炉532；投料口5321；引流槽5322；翻转液压缸533；导轨541；小车542；万向球座543；钢球544；电动推杆B545；定位套筒546；外漏斗551；内漏斗552；挂耳5521；电动推杆A561；连接架562；集尘罩563；支座571；架体A5721；第一铰接处57211；第二铰接处57212；第三铰接处57213；输送带A5722；连接架5731；钢缆5732；卷扬机5733；下部支承部件574；砂模6；上盖71；罐体72；底板73；型钢条74；固定座751；压板752；螺栓753；带式输送机B100；带式输送机C200。

具体实施方式

实施例1：

如图1-12所示，核废料封存容器制备系统，用于核废料封存容器的制备，其包括喷丸去污装置1、金属切割机2、金属撕碎机3、金属压缩打包机4、金属熔炼上料总成和封存容器制备总成。

喷丸去污装置1、金属切割机2、金属撕碎机3、金属压缩打包机4、金属熔炼上料总成、封存容器制备总成在核废料封存容器的制备流程中依次使用。

喷丸去污装置1包括喷枪11、砂尘分离器、砂尘收集器、钢珠清洗机14、钢珠遣返器15、干冰供给装置、高压空气气源17和负压抽气设备18。

喷枪11内部设有汇合腔111、钢珠射入通道112和钢珠回收通道113。钢珠射入通道112的前端和钢珠回收通道113的前端分别连通至汇合腔111的后端，汇合腔111的前端、钢珠射入通道112的后端、钢珠回收通道113的后端分别在喷枪11上形成喷丸操作口1111、钢珠入口A1121、钢珠出口A1131。

砂尘分离器包括从上至下依次设置的筛选仓121、回收仓122和三通接头123。筛选仓121的上端两侧分别设有钢珠入口B1211和砂尘出口1212，筛选仓121下端设有鼓风口A1213、钢珠下落口1214和钢珠出口B1215。钢珠入口B1211通过气路管道与喷枪11的钢珠出口A1131连通。钢珠下落口1214上设有电控阀A。钢珠出口B1215上设有电控阀D。回收仓122上端设有正对筛选仓121的钢珠下落口1214的敞口，回收仓122下端设有钢珠出口C1221，回收仓122侧壁上设有负压排气口1222和钢珠遣返口1223。三通接头123上设有第一端口1231、第二端口1232和第三端口1233，第一端口1231连接在回收仓122的钢珠出口C1221上，第二端口1232通过气路管道与喷枪11的钢珠入口A1121连通。

砂尘收集器包括集尘仓131和安装在集尘仓131内腔中的滤芯132。滤芯132将集尘仓131内腔分隔为互不连通的上腔1311和下腔1312，集尘仓131的外壁上设有连通至下腔1312的砂尘入口1313和连通至上腔1311的滤后出气口1314。砂尘入口1313通过气路管道与筛选仓121的砂尘出口1212连通。

钢珠清洗机14包括外筒体141、内筒体142、支架A143、电动推杆X144及电机145。外筒体141一端设有钢珠出口D1411、干冰入口1412、废气出口1413和钢珠入口D1414，另一端中心处和下边沿处分别设有机轴穿孔和排渣口1415，排渣口1415上设有电控阀B。外筒体141在钢珠出口D1411上转动连接有盖板1416，转动盖板1416以打开或关闭钢珠出口D1411。外筒体141的废气出口1413通过气路管道与集尘仓131的砂尘入口1313连通。外筒体141的钢珠入口D1414通过管道与筛选仓121的钢珠出口B1215连接。内筒体142一端设有敞口，另一端设有端板，其外圆面上设有镂空孔1421，镂空孔1421为条形孔，可供尺寸小于钢珠的灰尘和碎片通过。内筒体142可转动安装在外筒体141内部(通过轴承)，并与外筒体141之间形成环形腔146，内筒体142的敞口正对并紧邻外筒体141的钢珠出口D1411、干冰入口1412和废气出口1413。支架A143下端安装在地面上，上端与外筒体141的外壁铰接。电动推杆X144下端铰接安装在地面上，上端与外筒体141的外壁铰接，其用于驱动外筒体141绕其铰接处做竖直平面的转动，进而使钢珠出口D1411朝向斜上方或朝向斜下方。当钢珠出口D1411朝向斜上方时，盖板1416与钢珠出口D1411贴合以关闭钢珠出口D1411，当钢珠出口D1411朝向斜下方时，盖板1416与钢珠出口D1411分离以打开钢珠出口D1411。电机145固定安装在外筒体141外部一侧端面上，其机轴通过机轴穿孔而伸入到外筒体141内部，并与内筒体142的端板固连，电机145的机轴转动以驱动内筒体142相对于外筒体141做圆周转动。

钢珠遣返器15包括遣返仓151、支架B152及电动推杆Y153。遣返仓151上端设有钢珠入口E1511，下端设有钢珠出口E1512，遣返仓151的钢珠入口E1511位于外筒体141的钢珠出口D1411的正下方。支架B152下端固定安装在地面上，上端与遣返仓151的外壁铰接。电动推杆Y153下端铰接安装在地面上，上端与遣返仓151的外壁铰接，其用于驱动遣返仓151绕其铰接处做竖直平面的转动，进而使钢珠出口E1512朝向斜上方或斜下方。当钢珠出口E1512朝向斜上方时，钢珠遣返器15可接收从钢珠清洗机14排出的钢珠，当钢珠出口E1512朝向斜下方时，钢珠遣返器15可输送钢珠至回收仓122。

干冰供给装置内部设有干冰存放腔，干冰供给装置外壁上设有连通至干冰存放腔的高压进气口161、干冰投料口162和干冰输出口163。干冰输出口163通过气路管道与钢珠清洗机14的干冰入口1412连通。

高压空气气源17用于输出压缩空气，高压空气气源17分别通过气路管道与筛选仓121的鼓风口A1213、三通接头123的第三端口1233、干冰供给装置的高压进气口161连通。

负压抽气设备18用于提供负压，负压抽气设备18分别通过气路管道与集尘仓131的滤后出气口1314、回收仓122的负压排气口1222连通。

金属压缩打包机4包括箱体41、X向推进组件、Y向推进组件、顶部翻转组件和出料控制组件。

箱体41呈中空的长方体形，其内设有压缩腔，其上端设有连通至压缩腔的进出料口，其四面侧壁按照顺时针分别命名为第一壁411、第二壁412、第三壁413和第四壁414，第一壁411在紧邻第二壁412的下端设有连通至压缩腔的矩形开口A，第四壁414在下端设有连通至压缩腔的矩形开口B，第三壁413下端与箱体41底壁415之间设有转角缺口，转角缺口由设在第三壁413上的矩形开口C和设在箱体41底壁415上的矩形开口D连通而成，矩形开口C正对矩形开口A。

X向推进组件包括X向液压缸421和连接在X向液压缸421活塞杆端头上的X向推板422。X向液压缸421的缸体固定安装在箱体41的第四壁414上，并位于压缩腔外部。X向推板422在X向液压缸421的驱动下做水平往复直线移动，进而在齐平于矩形开口B与伸入压缩腔内之间变换，X向推板422的移动方向垂直于第二壁412。

Y向推进组件包括Y向液压缸431和连接在Y向液压缸431活塞杆端头上的Y向推板432。Y向液压缸431的缸体固定安装在箱体41的第一壁411上，并位于压缩腔外部。Y向推板432在Y向液压缸431的驱动下做水平往复直线移动，进而在齐平于矩形开口A与伸入压缩腔内之间变换，Y向推板432的移动方向平行于第二壁412。

顶部翻转组件包括转板441和翻转液压缸442。转板441一端设有第四铰接处4411，转板441中部设有第五铰接处。翻转液压缸442的缸体铰接在第四壁414的上端，翻转液压缸442的活塞杆端头铰接在转板441的第五铰接处上，翻转液压缸442的活塞杆伸缩以驱动转板441绕第四铰接处4411做竖直平面内的转动，进而将箱体41的进出料口封闭或敞开。

出料控制组件包括转轴451、折板452和出料液压缸453。转轴451水平布置并活动安装在第三壁413的上端，并平行于第三壁413布置，转轴451在一端与板A的上端固定连接，转轴451在另一端与出料液压缸453的活塞杆端头铰接。折板452由相互垂直并在侧边处连接的板A和板B组成，折板452设在转角缺口处，并在板A的上端与转轴451固定连接。出料液压缸453的缸体铰接在第二壁412的下端，出料液压缸453的活塞杆伸缩以驱动转轴451转动，进而带动折板452绕转轴451转动，使折板452在补缺状态与出料状态之间转换。当折板452在补缺状态下时，板A位于压缩腔内的表面与第三壁413位于压缩腔内的表面齐平，板B位于压缩腔内的表面与箱体41底壁415位于压缩腔内的表面齐平。当折板452在出料状态下时，板A向压缩腔外侧倾斜，板B向压缩腔上端倾斜。

金属熔炼上料总成包括总框架、垂直提升机52、熔炼炉组件、小车组件、投料对接机构、负压除尘机构和物料输送机构。

总框架从下至上依次设有一层底板511和二层底板512，一层底板511与二层底板512之间为一层空间，二层底板512上端为二层空间，二层底板512上设有连通一层空间与二层空间的连通口513。

垂直提升机52固定安装在总框架上，并位于一层空间与二层空间之间。垂直提升机52包括电梯井、升降台(图中未示出)、牵引驱动装置(图中未示出)和传送带机构(图中未示出)。电梯井下端设有连通至一层空间的物料入口521，上端设有连通至二层空间的物料出口522。升降台通过牵引驱动装置安装在电梯井内，并做竖直方向上的升降运动。传送带机构安装在升降台上，其上设有传送带，其随着升降台同步做升降移动，进而在上对接位置和下对接位置之间移动。当传送带机构处在上对接位置时，传送带正对物料出口522以输出物料，当传送带机构处在下对接位置时，传送带正对物料入口521以接收物料。

熔炼炉组件包括倾翻平台531、熔炼炉532和翻转液压缸533。倾翻平台531铰接安装在二层底板512的连通口513处，并绕铰接处做竖直平面的转动。熔炼炉532内部设有熔炼腔，熔炼炉532上端设有连通至熔炼腔的投料口5321和连通至投料口5321的引流槽5322，熔炼炉532在外壁上端与倾翻平台531固定连接，并位于二层底板512的连通口513处，并位于一层空间与二层空间之间。翻转液压缸533设置在一层底板511与熔炼炉532之间，其下端铰接在一层底板511上，上端与倾翻平台531的下表面铰接，其用于驱动倾翻平台531绕其铰接处转动，进而带动熔炼炉532转动，使熔炼炉532在工作状态与倒料状态之间转换。熔炼炉532在工作状态下呈竖直姿态，投料口5321竖直朝上。熔炼炉532在倒料状态下呈倾斜姿态，熔炼炉内的熔炼液可通过投料口5321和引流槽5322倒出。

小车组件包括导轨541和小车542。导轨541的数量为两条，两条导轨541相互平行布置固定安装在二层底板512或倾翻平台531上，并分布在熔炼炉532的投料口5321的两侧。两条导轨均垂直于熔炼炉532的引流槽5322布置，其中一条导轨541相对靠近引流槽5322，另一条导轨相对远离引流槽5322。小车542包括车体5421和电动轮5422。车体5421上设有镂空孔A和镂空孔B。电动轮5422安装在车体5421下端。小车542通过电动轮5422活动安装在两条导轨541上。

投料对接机构包括外漏斗551、内漏斗552和行吊(图中未示出)。外漏斗551固定安装在车体5421的镂空孔A中，并呈上大下小的喇叭口形。内漏斗552呈上大下小的喇叭口形，并与外漏斗551的内孔形状吻合，其上端设有用于对接行吊的挂耳5521。行吊安装在二层空间内，其用于控制内漏斗552移动，进而使内漏斗552与外漏斗551对接或分离。当内漏斗552与外漏斗551对接时，内漏斗552的下端口通过熔炼炉532的投料口5321伸入熔炼炉532的熔炼腔中。

负压除尘机构包括集尘罩563和负压除尘器(图中未示出)。集尘罩563安装在小车542上，并位于小车542的镂空孔B中，集尘罩563内部设有气路通道，气路通道在集尘罩563的两端分别形成集尘口和排尘口，排尘口和集尘口分别位于镂空孔B的上端和下端。负压除尘器上设有进气口和排气口，负压除尘器内部设有滤芯，负压除尘器的进气口与集尘罩563的排尘口通过气路管道连接。

物料输送机构包括支座571、带式输送机A和上部牵拉组件。支座571固定安装在二层空间内。带式输送机A包括架体A5721和安装在架体A5721上的输送带A5722。带式输送机A沿输送带A5722输送方向的两端分别设有进料端A和排料端A。架体A5721从一端至另一端依次设有第一铰接处57211、第二铰接处57212和第三铰接处57213，架体A5721通过第一铰接处57211铰接安装在支座571上，带式输送机A绕第一铰接处57211的转动路径位于竖直平面内。上部牵拉组件包括连接架5731、钢缆5732和卷扬机5733。连接架5731下端铰接在架体A5721的第三铰接处57213上。钢缆5732下端与连接架5731的上端连接，钢缆5732上端绕设在卷扬机5733上。卷扬机5733固定安装在支座571上，卷扬机5733通过收放钢缆5732驱动带式输送机A绕第一铰接处57211转动，进而使带式输送机A在输送状态与避让状态之间转换，带式输送机A在输送状态下，其进料端A紧邻并正对垂直提升机52的物料出口522，排料端A位于熔炼炉532的投料口5321的正上方，以实现物料的输送。带式输送机A在避让状态下，其避开内漏斗552的升降移动路径、熔炼炉532的翻转路径和倾翻平台531的翻转路径。

封存容器制备总成包括砂模6。砂模6上端设有浇注口，下端设有排气孔，内部设有连通至浇注口和排气孔的型腔。砂模6安装在熔炼炉532正下方的一层空间内，其浇注口用于接收从熔炼炉532的引流槽5322倒出的熔炼液。

优选，其还包括带式输送机B100和带式输送机C200。带式输送机B100设在金属撕碎机3与金属压缩打包机4之间，其用于将金属撕碎机3处理过的物料传输至金属压缩打包机4。带式输送机C200设在金属压缩打包机4的进出料口与垂直提升机52的物料入口521之间，其用于将金属压缩打包机4处理过的物料传输至垂直提升机52内。

优选，其还包括工业机械臂(图中未示出)，工业机械臂用于抓持和移动喷枪11。

优选，物料输送机构还包括下部支承部件574。下部支承部件574设置在二层底板512与架体A5721之间，其上端与架体A5721的第二铰接处57212铰接，其下端悬空，其随着带式输送机A的转动始终保持竖直。当带式输送机A处在输送状态时，下部支承部件574的下端与二层底板512相抵，从而为带式输送机A提供支承。

优选，负压除尘机构还包括电动推杆A561和连接架562。电动推杆A561固定安装在小车542的车体5421上，其通过连接架562与集尘罩563固定连接，以驱动集尘罩563做竖直升降移动。

优选，小车组件还包括万向球座543和钢球544。万向球座543下端固定安装在二层底板512上，并位于相对靠近引流槽5322的一条导轨541的外侧，万向球座543上端设有用于容纳钢球544的球形凹坑，钢球544活动安装在万向球座543的球形凹坑中。万向球座543的数量有多个，所有的万向球座543间隔布置，并排成平行于导轨541的一列。当小车542沿导轨541移动到任意位置时，至少有一个万向球座543上的钢球544与小车542的车体5421下表面接触。相应的，小车542的车体5421为具有四个顶角的矩形框架，电动轮5422仅设置在车体5421下端的三个顶角处，在车体5421相对靠近引流槽5322的一个顶角的下端未设置电动轮5422。

优选，小车组件还包括电动推杆B545和定位套筒546。电动推杆B545固定连接在在小车542的车体5421的一端，并做竖直方向的升降移动。定位套筒546固定安装在倾翻平台531上，并位于电动推杆B545的下端。当小车542位于第一位置时，电动推杆B545与定位套筒546上下正对，电动推杆B545伸入定位套筒546的内孔即将小车542的位置锁定。

优选，当内漏斗552与外漏斗551对接时，内漏斗552的下端口与熔炼炉532的熔炼腔的底面之间间距为0-5cm。内漏斗552的下端口中设置有一次性的软垫(图中未示出)，软垫可在高温下(200-500℃之间)自行溶解。

优选，所有的气路管道上均设有阀门(图中未示出)。

优选，遣返仓151的钢珠入口E1511上端连接有带有电控阀C的接料漏斗1513。

优选，钢珠清洗机14的钢珠出口D1411呈半圆形，并紧邻外筒体141端面的下端边沿布置；相应的，盖板1416呈现出与钢珠出口D1411形状吻合的半圆形；相应的，干冰入口1412、废气出口1413和钢珠入口D1414均位于外筒体141端面的上端。

优选，高压空气气源17为空气压缩机。

优选，负压抽气设备18为真空泵。

关于小车的状态描述如下：

小车542沿导轨541的移动路径上依次设有第一位置、第二位置和第三位置。当小车542处在第一位置时，外漏斗551的下端口与处在工作状态的熔炼炉532的投料口5321上下正对。当小车542处在第二位置时，集尘罩563的集尘口与处在工作状态的熔炼炉532的投料口5321上下正对。当小车542处在第三位置时，小车542与倾翻平台531的转动路径上下错开。仅当小车542处于第一位置时，外漏斗551与内漏斗552可进行对接或分离。

关于喷丸去污装置的工作原理如下：

操作人员遥控工业机械臂动作以抓持喷枪11并控制喷枪11移动，将喷枪11的喷丸操作口1111正对并抵住核废金属的表面，然后启动高压空气气源17和负压抽气设备18。在高压空气气源17和负压抽气设备18的共同作用下，使钢珠在喷枪111、筛选仓121、回收仓122的内部之间循环流动。

钢珠流经喷枪11时，移动路径依次为钢珠射入通道112、汇合腔111、钢珠回收通道113。钢珠进入汇合腔111后，朝向喷丸操作口1111移动，并最终撞击到金属表面，一方面将金属表面的污渍、锈渍和放射性物质层剥离，另一方面立即反弹变向，并在负压作用下进入钢珠回收通道113。

高压空气气源17启动后，通过鼓风口A1213向筛选仓121内自下而上的鼓风，将筛选仓121内的杂质、灰尘和碎片吹至筛选仓121上部区域。

高压空气气源18启动后，通过三通接头123和钢珠入口A1121向喷枪11的钢珠射入通道112中鼓风，使连接在三通接头123上的钢珠出口C1221产生负压，在负压作用下，钢珠从回收仓122的钢珠出口C1221排出，然后进入气路管道中，接着在风力推动下向喷枪11的钢珠射入通道112流动。

负压抽气设备19启动后，使得集尘仓131的上腔1311、集尘仓131的下腔1312、筛选仓121的上部区域、喷枪11的钢珠回收通道113中依次产生负压。在负压作用下，筛选仓上部区域的杂质、灰尘、碎片进入集尘仓131的下腔1312，从而沉降在下腔1312底部或被滤芯132收集。

上述方法中，未涉及的气路管道上的阀门处于关闭状态，涉及到的气路管道上的阀门处于打开状态。

金属压缩打包机的工作原理如下：

金属碎料通过箱体41上端的进出料口进入箱体41的压缩腔后，翻转液压缸442启动，驱动转板441绕第四铰接处4411做竖直平面内的转动，一方面将箱体41的进出料口封闭，另一方面对箱体41压缩腔内的金属碎料进行高度方向的压缩。

然后，X向液压缸421启动，驱动X向推板422向靠近第二壁412的方向移动，将压缩腔内的金属碎料进行水平X向(将X向推板422的移动方向定义为X向)的压缩，当X向推板422移动至与矩形开口A的侧边沿齐平时，即停止移动。

接着，Y向液压缸431启动，驱动Y向推板432向靠近第三壁413的方向移动，将压缩腔内的金属碎料进行水平Y向(将Y向推板432的移动方向定义为Y向)的压缩，金属碎料压缩完成后形成一个长方体块。

之后，X向液压缸421和Y向液压缸431不分先后次序启动，分别驱动X向推板422个Y向推板432退回原位。最后，出料液压缸453启动，通过转轴451带动折板452转动，使折板452由补缺状态转动至出料状态，从而将压缩的长方体块翘起并从箱体41的压缩腔中排出。

简述本发明的工作过程：核废料封存容器制备方法，应用于上述的核废料封存容器制备系统，用于制备核废料封存容器。制备核废料封存容器之前，核废料封存容器制备系统处在初始状态，在初始状态下：

a、喷丸去污装置1内部的钢珠集中在筛选仓121内；

b、箱体41的进出料口敞开；

c、X向推板422齐平于矩形开口B；

d、Y向推板432齐平于矩形开口A；

e、折板452处在补缺状态；

f、熔炼炉532处在工作状态；

g、小车542处在第一位置；

h、内漏斗552与外漏斗551对接；

i、带式输送机A处在输送状态；

j、电动推杆B545伸入定位套筒546的内孔。

制备核废料封存容器的步骤如下：

S01、表面喷丸：

a、针对存在内壁面的核废金属，通过金属切割机2进行切割处理，使其内壁面暴露出来，以便于后续进行表面喷丸；

b、操作人员遥控工业机械臂动作以抓持喷枪11并控制喷枪11移动，将喷枪11的喷丸操作口1111正对并抵住核废金属的表面，然后启动高压空气气源17和负压抽气设备18。在高压空气气源17和负压抽气设备18的共同作用下，使钢珠在喷枪111、筛选仓121、回收仓122的内部之间循环流动；

钢珠流经喷枪11时，移动路径依次为钢珠射入通道112、汇合腔111、钢珠回收通道113。钢珠进入汇合腔111后，朝向喷丸操作口1111移动，并最终撞击到金属表面，一方面将金属表面的污渍、锈渍和放射性物质层剥离，另一方面立即反弹变向，并在负压作用下进入钢珠回收通道113；

高压空气气源17启动后，通过鼓风口A1213向筛选仓121内自下而上的鼓风，将筛选仓121内的杂质、灰尘和碎片吹至筛选仓121上部区域；

高压空气气源17启动后，通过三通接头123和钢珠入口A1121向喷枪11的钢珠射入通道112中鼓风，使连接在三通接头123上的钢珠出口C1221产生负压，在负压作用下，钢珠从回收仓122的钢珠出口C1221排出，然后进入气路管道中，接着在风力推动下向喷枪11的钢珠射入通道112流动；

负压抽气设备18启动后，使得集尘仓131的上腔1311、集尘仓131的下腔1312、筛选仓121的上部区域、喷枪11的钢珠回收通道113中依次产生负压。在负压作用下，筛选仓上部区域的杂质、灰尘、碎片进入集尘仓131的下腔1312，从而沉降在下腔1312底部或被滤芯132收集。

本步骤中，未涉及的气路管道上的阀门处于关闭状态，涉及到的气路管道上的阀门处于打开状态。

S02、碎片化处理：

对表面喷丸处理后的核废金属，通过金属切割机切割成符合金属撕碎机3进料要求的尺寸；将切割后的核废金属投入金属撕碎机3进行撕碎处理。

S03、压缩打包：

a、将撕碎处理形成的金属碎料转移至箱体41的压缩腔中后，翻转液压缸442启动，驱动转板441绕第四铰接处4411做竖直平面内的转动，一方面将箱体41的进出料口封闭，另一方面对箱体41压缩腔内的金属碎料进行高度方向的压缩；

b、X向液压缸421启动，驱动X向推板422向靠近第二壁412的方向移动，将压缩腔内的金属碎料进行水平X向(将X向推板422的移动方向定义为X向)的压缩，当X向推板422移动至与矩形开口A的侧边沿(所述侧边沿为矩形开口A相对远离第二壁412的侧边沿)齐平时，即停止移动；

c、Y向液压缸431启动，驱动Y向推板432向靠近第三壁413的方向移动，将压缩腔内的金属碎料进行水平Y向(将Y向推板432的移动方向定义为Y向)的压缩，金属碎料压缩后形成一个长方体块，后续简称为金属块；

d、X向液压缸421和Y向液压缸431不分先后次序启动，分别驱动X向推板422个Y向推板432退回原位；

e、出料液压缸453启动，通过转轴451带动折板452转动，使折板452由补缺状态转动至出料状态，从而将压缩的长方体块翘起并从箱体41的压缩腔中排出。

S04、冷炉投料：

a、将金属块通过物料入口521送入垂直提升机52，垂直提升机52将金属块从一层空间提升至二层空间后，驱动金属块从物料出口522排出到垂直提升机52外部；

b、金属块从物料出口522排出后，通过带式输送机A的进料端A进入输送带A5722上，金属块随着输送带A5722向带式输送机A的排料端A移动；

c、金属块从带式输送机A的排料端A排出后，通过内漏斗552进入熔炼炉532的熔炼腔中；

d、投料完成后，卷扬机5733启动，拉动带式输送机A绕第一铰接处57211向上转动，使带式输送机A由输送状态转变为避让状态；

e、通过行吊下端的吊钩勾住内漏斗552上端的挂耳，再操控行吊将内漏斗552向上提起，使内漏斗552与外漏斗551完全分离。

本步骤中，当内漏斗与外漏斗对接时，内漏斗的下端口与熔炼炉的熔炼腔的底面之间间距为0-5cm；内漏斗的下端口中设置有一次性的软垫，软垫起到缓冲作用，可避免熔炼炉的熔炼腔底面被金属块砸伤。

S05、金属熔炼：

a、电动推杆B545退出定位套筒546的内孔，以解除小车542的位置锁定，然后小车542由第一位置移动至第二位置，使集尘罩563的集尘口正对熔炼炉532的投料口5321；

b、启动熔炼炉的加热功能，对金属块进行熔炼；熔炼过程中，一方面，确保负压除尘器持续运行，使熔炼产生的挥发气体通过集尘罩563进入负压除尘器，气体中的放射性核素被截留在负压除尘器的滤芯中，过滤后的气体通过负压除尘器排放到大气中，另一方面，对熔炼产生的炉渣进行实时人工清理；

c、熔炼完成后，驱动小车由第二位置移动至第三位置，使小车542与倾翻平台531的转动路径上下错开。

本步骤中，在熔炼过程中，调节集尘罩563的距离投料口5321的高度以便于观察熔炼炉532内的情况，若出现熔炼液结壳现象，则立即进行人工干预，以避免炸炉。

S06、制备核废料封存容器：

如图13所示，所述核废料封存容器，呈中空正方体形，其包括从上至下依次连接的上盖71、罐体72、底板73和型钢条74。罐体72呈上下两端敞口的方管形，其上端面的四个顶角处分别设有勾耳711，其上端面的四条边上分别设有连接部件。上盖71通过连接部件可拆卸安装在罐体72上端面上，以封闭罐体72上端敞口。底板73焊接固定在罐体72下端面上，以封闭罐体72下端敞口。两条型钢74分别焊接固定在底板73下端两侧。连接部件包括固定座751、压板752和螺栓753。固定座751焊接固定在罐体上端面的边沿上，其上设有螺纹孔。压板752上设有贯通其上下两端的螺栓孔，铰接在固定座上，并绕其铰接处做水平面的转动，其通过转动处在罐体72外侧或罐体72内侧，当压板752转动至罐体72内侧时，压板752的螺栓孔与固定座751的螺纹孔存在重合位置。

a、控制翻转液压缸533动作，使熔炼炉532内的熔炼液依次通过投料口5321和引流槽5322排出，通过浇铸口进入砂模6的型腔中；

b、将砂模6铸造得到的罐体72、底板73和型钢条74依次焊接，形成一个整体；将四个勾耳711分别焊接在罐体72上端面的四个顶角处；再将四组连接部件分别安装在罐体上端面的四条边上；最后将上盖71通过连接部件安装在罐体72上端，即得到核废料封存容器。

安装上盖的步骤如下：

1、先将压板转动至罐体72外侧，再将上盖放置在罐体72上端面上；

2、再将压板转动至罐体72内侧，使压板752的螺栓孔与固定座751的螺纹孔重合；

3、将螺栓拧入压板752的螺栓孔与固定座751的螺纹孔中，从而使压板752压紧上盖71，进而使上盖71压紧罐体72上端面。

本步骤中，砂模6有四种规格，分别用于铸造核废料封存容器的上盖71、罐体72、底板73和型钢条74。

当喷丸去污装置1持续运行4-10min，即可启动钢珠去污流程，以去除钢珠表面沾染的放射性核素。执行清洗流程之前，喷丸去污装置1处于如下状态：

1、外筒体141转动至钢珠出口D1411朝向斜上方；

2、筛选仓121的钢珠下落口1214上的电控阀A关闭；

3、筛选仓121的钢珠出口B1215上的电控阀D关闭；

4、钢珠清洗机14的排渣口1415上的电控阀B关闭；

5、钢珠遣返器15的接料漏斗1513上的电控阀C打开。

去污流程如下：

S01，将钢珠汇集至筛选仓内：

操作人员遥控工业机械臂动作以抓持喷枪11并控制喷枪11移动，将喷枪11的喷丸操作口1111正对并抵住一个平面，使喷丸操作口1111封闭；然后启动高压空气气源17和负压抽气设备18，使钢珠顺着回收仓122-喷枪11-筛选仓121的流动路径，全部汇集到筛选仓121内，然后关闭高压空气气源17和负压抽气设备18。

本步骤中，负压抽气设备18启动后，使得集尘仓131的上腔1311、集尘仓131的下腔1312、筛选仓121的上部区域、喷枪11的钢珠回收通道113中依次产生负压。

本步骤中，高压空气气源18启动后，通过三通接头123和钢珠入口A1121向喷枪11的钢珠射入通道112中鼓风，使连接在三通接头123上的钢珠出口C1221产生负压，在负压作用下，钢珠从回收仓122的钢珠出口C1221排出，然后进入气路管道中，接着在风力推动下向喷枪11的钢珠射入通道112流动。

本步骤中，钢珠流经喷枪11时，移动路径依次为钢珠射入通道112、汇合腔111、钢珠回收通道113。钢珠进入汇合腔111后，朝向喷丸操作口1111移动，并最终撞击到金属表面，当钢珠撞击到所述平面后，立即反弹变向，并在负压作用下进入钢珠回收通道113。

本步骤中，未涉及的气路管道上的阀门处于关闭状态，涉及到的气路管道上的阀门处于打开状态。

S02，将钢珠输送至钢珠清洗机内：

打开筛选仓121的钢珠出口B1215上的电控阀D，使筛选仓121内的钢珠通过外筒体141上的钢珠入口D1414进入内筒体142的内腔中。

本步骤中，由于筛选仓121位于钢珠清洗机14上方，使钢珠能通过自身重力自然流动。

本步骤中，未涉及的气路管道上的阀门处于关闭状态，涉及到的气路管道上的阀门处于打开状态。

S03，清洗钢珠：

a、将干冰颗粒通过干冰投料口162投入干冰供给装置16的干冰存放腔中，然后同时执行以下三项操作：

1、启动电机145，驱动内筒体142相对于外筒体141进行圆周转动，使位于内筒体142内腔中的钢珠充分滚动，一方面使得钢珠的全部表面都有接触到干冰颗粒的机会，另一方面通过钢珠之间的相互碰撞作用剥离钢珠表面的小部分放射性核素，碰撞所产生的碎屑通过镂空孔1421进入环形腔146中，并集聚在环形腔146的最低处；

2、启动高压空气气源17，使干冰存放腔中干冰颗粒依次通过干冰供给装置的干冰输出口163、外筒体141的干冰入口1412，进入内筒体142的内腔中；干冰颗粒进入内筒体142的内腔中后，直接冲击在钢珠表面上，通过升华作用剥离钢珠表面的大部分放射性核素；

3、启动负压抽气设备18，使得集尘仓131的上腔1311、集尘仓131的下腔1312、内筒体142的内腔中依次产生负压；在负压作用下，内筒体142内腔中含有放射性核素的气体依次通过外筒体141的废气出口1413、集尘仓131的砂尘入口1313、集尘仓131的下腔1312、滤芯132、集尘仓131的上腔1311、负压抽气设备18，排出到外界。此过程中，气体流经滤芯132时，放射性核素被滞留在滤芯132中，确保最终排出到外界的气体为无污染的气体；

b、钢珠清洗完成后，关闭高压空气气源17、负压抽气设备18和电机145，打开外筒体141的排渣口1415上的电控阀B，使环形腔146内的碎屑排出。

本步骤中，未涉及的气路管道上的阀门处于关闭状态，涉及到的气路管道上的阀门处于打开状态。

本步骤中，干冰颗粒呈圆柱形，其直径为3mm，长度为5.5mm。

S04，将钢珠送入回收仓内：

a、电动推杆X144动作，使外筒体141绕其铰接处做竖直平面的转动，当外筒体141转动至钢珠出口D1414朝向斜下方时，盖板1416随即在自重下发生转动，使内筒体142内腔中的钢珠通过钢珠出口D1414排出；

b、钢珠排出后呈自由下落，通过钢珠入口E1511进入遣返仓151内；

c、电动推杆Y153启动，驱动遣返仓151绕其铰接处做竖直平面的转动，当遣返仓151转动至钢珠出口E1521朝向斜下方时，启动负压抽气设备18，使回收仓122和遣返仓151内依次产生负压，在负压作用下，遣返仓151内的钢珠依次通过遣返仓151的钢珠出口E1521和回收仓122的钢珠遣返口1223，进入回收仓122中。

本步骤中，未涉及的气路管道上的阀门处于关闭状态，涉及到的气路管道上的阀门处于打开状态。

Claims (13)

1.核废料封存容器制备系统，其用于核废料封存容器的制备；其特征是，其包括喷丸去污装置、金属熔炼上料总成和砂模；喷丸去污装置、金属熔炼上料总成和砂模在核废料封存容器的制备流程中先后使用；

喷丸去污装置包括喷枪、砂尘分离器、砂尘收集器、钢珠清洗机、钢珠遣返器、干冰供给装置、高压空气气源和负压抽气设备；

喷枪内部设有汇合腔、钢珠射入通道和钢珠回收通道；钢珠射入通道的前端和钢珠回收通道的前端分别连通至汇合腔的后端，汇合腔的前端、钢珠射入通道的后端、钢珠回收通道的后端分别在喷枪上形成喷丸操作口、钢珠入口A、钢珠出口A；

砂尘分离器包括从上至下依次设置的筛选仓、回收仓和三通接头；筛选仓的上端两侧分别设有钢珠入口B和砂尘出口，筛选仓下端设有鼓风口A、钢珠下落口和钢珠出口B；钢珠入口B通过气路管道与喷枪的钢珠出口A连通；钢珠下落口上设有电控阀A；钢珠出口B上设有电控阀D；回收仓上端设有正对筛选仓的钢珠下落口A的敞口，回收仓下端设有钢珠出口C，回收仓侧壁上设有负压排气口和钢珠遣返口；三通接头上设有第一端口、第二端口和第三端口，第一端口连接在回收仓的钢珠出口C上，第二端口通过气路管道与喷枪的钢珠入口A连通；

砂尘收集器包括集尘仓和安装在集尘仓内腔中的滤芯；滤芯将集尘仓内腔分隔为互不连通的上腔和下腔，集尘仓的外壁上设有连通至下腔的砂尘入口和连通至上腔的滤后出气口；砂尘入口通过气路管道与筛选仓的砂尘出口连通；

钢珠清洗机内部设有清洗腔，外部设有连通至清洗腔的钢珠出口D、干冰入口、废气出口和钢珠入口D；

钢珠遣返器包括遣返仓、支架B及电动推杆Y；遣返仓上端设有钢珠入口E，下端设有钢珠出口E，遣返仓的钢珠入口E位于外筒体的钢珠出口D的正下方；支架B下端固定安装在地面上，上端与遣返仓的外壁铰接；电动推杆Y下端铰接安装在地面上，上端与遣返仓的外壁铰接，其用于驱动遣返仓绕其铰接处做竖直平面的转动，进而使钢珠出口E朝向斜上方或斜下方；

干冰供给装置内部设有干冰存放腔，干冰供给装置外壁上设有连通至干冰存放腔的高压进气口、干冰投料口和干冰输出口；干冰输出口通过气路管道与钢珠清洗机的干冰入口连通；

高压空气气源用于输出压缩空气，高压空气气源分别通过气路管道与筛选仓的鼓风口A、三通接头的第三端口、干冰供给装置的高压进气口连通；

负压抽气设备用于提供负压，负压抽气设备分别通过气路管道与集尘仓的滤后出气口、回收仓的负压排气口连通；

金属熔炼上料总成包括总框架、垂直提升机、熔炼炉组件、小车组件、投料对接机构、负压除尘机构和物料输送机构；

总框架从下至上依次设有一层底板和二层底板，一层底板与二层底板之间为一层空间，二层底板上端为二层空间，二层底板上设有连通一层空间与二层空间的连通口；

垂直提升机固定安装在总框架上，并位于一层空间与二层空间之间，其下端设有连通至一层空间的物料入口，上端设有连通至二层空间的物料出口；

熔炼炉组件包括倾翻平台、熔炼炉和翻转液压缸；倾翻平台铰接安装在二层底板的连通口处，并绕铰接处做竖直平面的转动；熔炼炉内部设有熔炼腔，熔炼炉上端设有连通至熔炼腔的投料口和连通至投料口的引流槽，熔炼炉在外壁上端与倾翻平台固定连接，并位于二层底板的连通口处，并位于一层空间与二层空间之间；翻转液压缸设置在一层底板与熔炼炉之间，其下端铰接在一层底板上，上端与倾翻平台的下表面铰接，其用于驱动倾翻平台绕其铰接处转动，进而带动熔炼炉转动，使熔炼炉在工作状态与倒料状态之间转换；熔炼炉在工作状态下呈竖直姿态，投料口竖直朝上；熔炼炉在倒料状态下呈倾斜姿态，熔炼炉内的熔炼液可通过投料口和引流槽倒出；

小车组件包括导轨和小车；导轨的数量为两条，两条导轨相互平行布置固定安装在二层底板上，并分布在熔炼炉的投料口的两侧；两条导轨均垂直于熔炼炉的引流槽布置，其中一条导轨相对靠近引流槽，另一条导轨相对远离引流槽；小车包括车体和电动轮；车体上设有镂空孔A和镂空孔B；电动轮安装在车体下端；小车通过电动轮活动安装在两条导轨上；

投料对接机构包括外漏斗、内漏斗和行吊；外漏斗固定安装在车体的镂空孔A中，并呈上大下小的喇叭口形；内漏斗呈上大下小的喇叭口形，并与外漏斗的内孔形状吻合，其上端设有用于对接行吊的挂耳；行吊安装在二层空间内，其用于控制内漏斗移动，进而使内漏斗与外漏斗对接或分离；当内漏斗与外漏斗对接时，内漏斗的下端口通过熔炼炉的投料口伸入熔炼炉的熔炼腔中；

负压除尘机构包括集尘罩和负压除尘器；电动推杆A固定安装在小车的车体上，其通过连接架与集尘罩固定连接，以驱动集尘罩做竖直升降移动；集尘罩内部设有气路通道，气路通道在集尘罩的两端分别形成集尘口和排尘口；集尘罩安装在小车的车体上，位于小车的镂空孔B中，其上的排尘口和集尘口分别位于镂空孔B的上端和下端；负压除尘器上设有进气口和排气口，负压除尘器内部设有滤芯，负压除尘器的进气口与集尘罩的排尘口通过气路管道连接；

物料输送机构包括支座、带式输送机A和上部牵拉组件；支座固定安装在二层空间内；带式输送机A铰接在支座上，并绕铰接处座竖直平面的转动，进而在输送状态与避让状态之间转换；输送状态下，其用于将垂直提升机排出的物料输送至熔炼炉内，避让状态下，其避开内漏斗的升降移动路径、熔炼炉的翻转路径和倾翻平台的翻转路径；上部牵拉组件与带式输送机A关联，以驱动带式输送机A绕其铰接处转动；

小车沿导轨的移动路径上依次设有第一位置、第二位置和第三位置；当小车处在第一位置时，外漏斗的下端口与处在工作状态的熔炼炉的投料口上下正对；当小车处在第二位置时，集尘罩的集尘口与处在工作状态的熔炼炉的投料口上下正对；当小车处在第三位置时，小车与倾翻平台的转动路径上下错开；仅当小车处于第一位置时，外漏斗与内漏斗可进行对接或分离；

砂模上端设有浇注口，下端设有排气孔，内部设有连通至浇注口和排气孔的型腔；砂模安装在熔炼炉正下方的一层空间内，其浇注口用于接收从熔炼炉的引流槽倒出的熔炼液。

2.如权利要求1所述的核废料封存容器制备系统，其特征是：其还包括金属切割机、金属撕碎机和金属压缩打包机；金属压缩打包机上端设有进出料口；喷丸去污装置、金属切割机、金属撕碎机、金属压缩打包机、金属熔炼上料总成、砂模在核废料封存容器的制备流程中依次使用。

3.如权利要求2所述的核废料封存容器制备系统，其特征是：其还包括带式输送机B和带式输送机C；带式输送机B设在金属撕碎机与金属压缩打包机之间，其用于将金属撕碎机处理过的物料传输至金属压缩打包机；带式输送机C设在金属压缩打包机的进出料口与垂直提升机的物料入口之间，其用于将金属压缩打包机处理过的物料传输至垂直提升机内。

4.如权利要求3所述的核废料封存容器制备系统，其特征是：钢珠清洗机包括外筒体、内筒体、支架A、电动推杆X及电机；外筒体一端设有钢珠出口D、干冰入口、废气出口和钢珠入口D，另一端中心处和下边沿处分别设有机轴穿孔和排渣口，排渣口上设有电控阀B；外筒体在钢珠出口D上转动连接有盖板，转动盖板以打开或关闭钢珠出口D；外筒体的废气出口通过气路管道与集尘仓的砂尘入口连通；外筒体的钢珠入口D通过管道与筛选仓的钢珠出口B连接；内筒体一端设有敞口，另一端设有端板，内部设有清洗腔，外圆面上设有镂空孔；内筒体可转动安装在外筒体内部，并与外筒体之间形成环形腔，内筒体的敞口正对并紧邻外筒体的钢珠出口D、干冰入口、废气出口和钢珠入口D；支架A下端安装在地面上，上端与外筒体的外壁铰接；电动推杆X下端铰接安装在地面上，上端与外筒体的外壁铰接，其用于驱动外筒体绕其铰接处做竖直平面的转动，进而使钢珠出口D朝向斜上方或朝向斜下方；当钢珠出口D朝向斜上方时，盖板与钢珠出口D贴合以关闭钢珠出口D，当钢珠出口D朝向斜下方时，盖板与钢珠出口D分离以打开钢珠出口D；电机固定安装在外筒体外部一侧端面上，其机轴通过机轴穿孔而伸入到外筒体内部，并与内筒体的端板固连，电机的机轴转动以驱动内筒体相对于外筒体做圆周转动。

5.如权利要求2-4中任一项所述的核废料封存容器制备系统：其特征是：金属压缩打包机包括箱体、X向推进组件、Y向推进组件、顶部翻转组件和出料控制组件；

箱体呈中空的长方体形，其内设有压缩腔，其上端设有连通至压缩腔的进出料口，其四面侧壁按照顺时针分别命名为第一壁、第二壁、第三壁和第四壁，第一壁在紧邻第二壁的下端设有连通至压缩腔的矩形开口A，第四壁在下端设有连通至压缩腔的矩形开口B，第三壁下端与箱体底壁之间设有转角缺口，转角缺口由设在第三壁上的矩形开口C和设在箱体底壁上的矩形开口D连通而成，矩形开口C正对矩形开口A；

X向推进组件包括X向液压缸和连接在X向液压缸活塞杆端头上的X向推板；X向液压缸的缸体固定安装在箱体的第四壁上，并位于压缩腔外部；X向推板在X向液压缸的驱动下做水平往复直线移动，进而在齐平于矩形开口B与伸入压缩腔内之间变换，X向推板的移动方向垂直于第二壁；

Y向推进组件包括Y向液压缸和连接在Y向液压缸活塞杆端头上的Y向推板；Y向液压缸的缸体固定安装在箱体的第一壁上，并位于压缩腔外部；Y向推板在Y向液压缸的驱动下做水平往复直线移动，进而在齐平于矩形开口A与伸入压缩腔内之间变换，Y向推板的移动方向平行于第二壁；

顶部翻转组件包括转板和翻转液压缸；转板一端设有第四铰接处，转板中部设有第五铰接处；翻转液压缸的缸体铰接在第四壁的上端，翻转液压缸的活塞杆端头铰接在转板的第五铰接处上，翻转液压缸的活塞杆伸缩以驱动转板绕第四铰接处做竖直平面内的转动，进而将箱体的进出料口封闭或敞开；

出料控制组件包括转轴、折板和出料液压缸；转轴水平布置并活动安装在第三壁的上端，并平行于第三壁布置，转轴在一端与板A的上端固定连接，转轴在另一端与出料液压缸的活塞杆端头铰接；折板由相互垂直并在侧边处连接的板A和板B组成，折板设在转角缺口处，并在板A的上端与转轴固定连接；出料液压缸的缸体铰接在第二壁的下端，出料液压缸的活塞杆伸缩以驱动转轴转动，进而带动折板绕转轴转动，使折板在补缺状态与出料状态之间转换；当折板在补缺状态下时，板A位于压缩腔内的表面与第三壁位于压缩腔内的表面齐平，板B位于压缩腔内的表面与箱体底壁位于压缩腔内的表面齐平；当折板在出料状态下时，板A向压缩腔外侧倾斜，板B向压缩腔上端倾斜。

6.如权利要求5所述的核废料封存容器制备系统：其特征是：物料输送机构还包括下部支承部件；下部支承部件设置在二层底板与架体A之间，其上端与架体A的第二铰接处铰接，其下端悬空，其随着带式输送机A的转动始终保持竖直；当带式输送机A处在输送状态时，下部支承部件的下端与二层底板相抵，从而为带式输送机A提供支承。

7.如权利要求6所述的核废料封存容器制备系统：其特征是：小车组件还包括万向球座和钢球，万向球座下端固定安装在二层底板或倾翻平台上，并位于相对靠近引流槽的一条导轨的外侧，万向球座上端设有用于容纳钢球的球形凹坑，钢球活动安装在万向球座的球形凹坑中；万向球座的数量有多个，所有的万向球座间隔布置，并排成平行于导轨的一列；当小车沿导轨移动到任意位置时，至少有一个万向球座上的钢球与小车的车体下表面接触；相应的，小车的车体为具有四个顶角的矩形框架，电动轮仅设置在车体下端的三个顶角处，在车体相对靠近引流槽的一个顶角的下端未设置电动轮。

8.如权利要求7所述的核废料封存容器制备系统：其特征是：小车组件还包括电动推杆B和定位套筒；电动推杆B固定连接在在小车车体的一端，并做竖直方向的升降移动；定位套筒固定安装在倾翻平台上，并位于电动推杆B的下端；当小车位于第一位置时，电动推杆B与定位套筒上下正对，电动推杆B伸入定位套筒的内孔即将小车的位置锁定。

9.如权利要求8所述的核废料封存容器制备系统：其特征是：当内漏斗与外漏斗对接时，内漏斗的下端口与熔炼炉的熔炼腔的底面之间间距为0-5cm；内漏斗的下端口中设置有一次性的软垫，软垫的溶解温度处在200-500℃之间。

10.如权利要求9所述的核废料封存容器制备系统：其特征是：带式输送机A包括架体A和安装在架体A上的输送带A；带式输送机A沿输送带A输送方向的两端分别设有进料端A和排料端A；架体A从一端至另一端依次设有第一铰接处、第二铰接处和第三铰接处，架体A通过第一铰接处铰接安装在支座上，带式输送机A绕第一铰接处的转动路径位于竖直平面内；上部牵拉组件包括连接架、钢缆和卷扬机；连接架下端铰接在架体A的第三铰接处上；钢缆下端与连接架的上端连接，钢缆上端绕设在卷扬机上；卷扬机固定安装在支座上，卷扬机通过收放钢缆驱动带式输送机A绕第一铰接处转动，进而使带式输送机A在输送状态与避让状态之间转换，带式输送机A在输送状态下，其进料端A紧邻并正对垂直提升机的物料出口，排料端A位于熔炼炉的投料口的正上方，以实现物料的输送；带式输送机A在避让状态下，其避开内漏斗的升降移动路径、熔炼炉的翻转路径和倾翻平台的翻转路径。

11.如权利要求10所述的核废料封存容器制备系统：其特征是：垂直提升机包括电梯井、升降台、牵引驱动装置和传送带机构；电梯井下端设有连通至一层空间的物料入口，上端设有连通至二层空间的物料出口；升降台通过牵引驱动装置安装在电梯井内，其被牵引驱动装置带动做竖直方向的升降运动；传送带机构安装在升降台上，其上设有传送带，其随着升降台同步做升降移动，进而在上对接位置和下对接位置之间移动；在上对接位置时，传送带正对物料出口以输出物料，在下对接位置时，传送带正对物料入口以接收物料。

12.如权利要求11所述的核废料封存容器制备系统：其特征是：钢珠清洗机的钢珠出口D呈半圆形，并紧邻外筒体端面的下端边沿布置；相应的，盖板呈现出与钢珠出口D形状吻合的半圆形；相应的，干冰入口、废气出口和钢珠入口D均位于外筒体端面的上端。

13.如权利要求11所述的核废料封存容器制备系统：其特征是：其还包括工业机械臂，工业机械臂用于抓持和移动喷枪。

Images