冷坩埚的制作方法

1.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：

2.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。
3.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。
4.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。


技术实现要素：

5.本发明的实施例提供了一种冷坩埚，包括：主体，所述主体形成所述冷坩埚的加热腔，所述加热腔上端开口；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；盖体，可拆卸地连接于所述主体的上边缘，所述盖体用于封闭所述加热腔的上端开口；所述盖体由透磁材料制成。
6.在一些实施方式中，所述盖体上设置有限位结构，所述限位结构用于固定所述盖体与所述主体的相对位置。
7.在一些实施方式中，所述限位结构包括：至少一个限位块，所述限位块沿所述盖体周向设置于所述盖体上；所述主体套设于所述限位块外，并且与所述限位块相接触。
8.在一些实施方式中，所述限位块与所述盖体边缘之间的距离为预定距离。
9.在一些实施方式中，所述预定距离包括所述主体的厚度。
10.在一些实施方式中，所述限位结构包括：凹槽，所述凹槽沿所述盖体周向设置于所述盖体上；所述主体的上边缘卡接于所述凹槽内。
11.在一些实施方式中，所述凹槽内设置有缓冲垫。
12.在一些实施方式中，所述盖体上设置有至少一个通孔；测温装置和/或搅拌装置穿过所述至少一个通孔并伸入所述加热腔内，用于检测加热腔内的温度和/或搅拌加热腔内的物料。
13.在一些实施方式中，所述盖体上设置有至少一个进料口，包括：第一进料口；进料管穿设于所述第一进料口中，放射性废液和/或玻璃原料通过所述进料管输送至所述加热腔内。
14.在一些实施方式中，所述至少一个进料口还包括：第二进料口；加热材料通过所述第二进料口加入至所述加热腔内，所述加热材料用于加热所述玻璃原料。
15.在一些实施方式中，所述冷坩埚还包括：导向管，所述导向管穿过所述第二进料口伸入所述加热腔内，所述加热材料通过所述导向管加入至所述加热腔内的预定位置。
16.在一些实施方式中，所述导向管的高度可调节。
17.在一些实施方式中，所述第二进料口上还设置有上盖，所述上盖可选择性地打开或关闭。
18.在一些实施方式中，所述盖体上还设置有尾气出口，所述尾气出口与尾气管连接。
附图说明
19.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。
20.图1是根据本发明第一个实施例的盖体的结构示意图；
21.图2是图1中的盖体的另一角度的结构示意图；
22.图3是根据本发明第一个实施例的冷坩埚的结构示意图；
23.图4是根据本发明第二个实施例的盖体的结构示意图；
24.图5是根据本发明第二个实施例的冷坩埚的结构示意图；
25.图6是根据本发明第三个实施例的盖体的结构示意图；
26.图7是根据本发明第三个实施例的冷坩埚的结构示意图。
27.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。
28.附图标记说明：
29.100、冷坩埚；10、盖体；11、限位块；12、凹槽；14、通孔；15、第一进料口；16、第二进料口；17、上盖；18、尾气出口；
30.20、主体；30、感应线圈；40、埚底；
31.200、测温装置；300、搅拌装置；400、进料管；500、尾气管；600、加热材料；700、卸料管。
具体实施方式
32.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。
33.需要说明的是，除非另外定义，本技术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。
34.图3示出了根据本发明一个实施例的冷坩埚的结构示意图。如图3所示，所述冷坩埚100包括：盖体10、主体20以及感应线圈30。其中，所述主体20形成所述冷坩埚100的加热腔，并且所述加热腔的上端开口。所述盖体10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。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。
35.其中，所述盖体10可以由透磁材料制成，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。
36.本实施例中的盖体采用透磁材料制成，可以降低盖体对电磁的屏蔽，提高冷坩埚100的电磁能量的利用率。
37.在一些实施例中，所述盖体10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盖体10，可以降低盖体对电磁的屏蔽，提高冷坩埚100的电磁能量的利用率。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。
38.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。
39.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。
40.在一些实施例中，所述盖体10可以通过螺纹连接的方式连接于所述主体20上。可选的，所述盖体10还可以通过定位销连接于所述主体20上。可选的，所述盖体10还可以直接放置于所述主体上。
41.在一些实施例中，所述盖体10上设置有限位结构，所述限位结构用于固定所述盖体10与所述主体20的相对位置。
42.图1和图2示出了根据本发明一个实施例的盖体的不同角度的结构示意图。如图1和图2所示，所述限位结构可以包括至少一个限位块11，所述限位块11沿所述盖体10的周向设置于所述盖体，所述主体20可以套设于所述限位块11外，并且与所述限位块11相接触，从而防止所述主体20与所述盖体10的相对移动。
43.具体地，所示限位块可以包括圆柱形限位块，如图2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11外，所述主体20的内壁与所述限位块11相接触，以使所述主体20与所述盖体10的位置相对固定。另外，所述限位块11可以与盖体10一体成型。
44.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11还可以是环形限位块。
45.如图4和图5所示，在一些实施例中，所述限位结构可以包括设置于所述盖体上的多个限位块11。具体地，所述限位块11可以为弧形限位块，多个所述弧形限位块在所述盖体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11外，所述主体20的内壁与所述限位块11相接触，以使所述主体20与所述盖体10的位置相对固定。另外，各所述限位块11可以与盖体10一体成型。需要说明的是，本实施例对限位块11的数量并不进行限制，可以为2个、3个、4个、5个、6个等不同数量。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。
46.在一些实施例中，所述限位块11与所述盖体10的边缘之间的距离为预定距离，以使所述限位块11设置于与所述主体20的内径相适应的位置处。当盖体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。当盖体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。将盖体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。
47.在一些实施例中，所述主体20还可以嵌设于多个限位块11内，所述限位块11与所述主体的外壁相接触。
48.如图6和图7所示，在一些实施例中，所述限位结构还可以包括设置于所述盖体10上的凹槽12。所述凹槽12沿所述盖体10的周向设置于所述盖体10上，所述主体20的上边缘卡接于所述凹槽12内。具体地，所述凹槽12为设置于所述盖体10上的环形凹槽，所述凹槽12与所述主体20的尺寸相匹配，以使所述主体20与所述盖体10的位置相对固定，防止盖体10滑动。
49.在一些实施例中，所述凹槽12内还设置有缓冲垫(图中未示出)。具体地，所述缓冲垫可以弹性垫圈，与所述凹槽相匹配。当所述盖体10可拆卸地连接于所述主体20上时，防止盖体10与主体20接触时的磨损。
50.如图6和图7所示，所述盖体10上设置有至少一个通孔14，测温装置200和/或搅拌装置300穿过所述至少一个通孔14并伸入所述加热腔内，用于检测加热腔内的温度和/或搅拌加热腔内的物料。其中，所述测温装置200和所述搅拌装置300可以分别穿设于各所述通孔14中，所述测温装置200可以实时检测加热腔内的熔融物的温度，搅拌装置300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。需要说明的是，本实施例对所述通孔14的设置位置不进行限制，通孔14可以设置于盖体10上的任何位置，可以根据实际的需要进行选择。
51.在其他实施例中，也可以不设置搅拌装置300。采用设置在冷坩埚100的埚底40的鼓泡装置对加热腔内的熔融物进行搅拌。
52.在一些实施例中，所述盖体10设置有至少一个进料口。如图1至图3所示，盖体10上设置有第一进料口15，进料管400穿设于所述第一进料口15中，放射性废液和/或玻璃原料通过所述进料管400输送至所述加热腔内。其中，进料管400可以伸入到所述加热腔内，以使所述放射性废液和所述玻璃原料加入至加热腔内的一定位置处。
53.在一些实施例中，盖体10上还设置有第二进料口16，加热材料600通过所述第二进料口16加入至所述加热腔内，所述加热材料600用于加热所述玻璃原料。具体地，加热材料600可以在所述电磁场的作用下加热燃烧，并产生大量的热量，使加热腔内的玻璃原料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。其中，加热材料600可以为粉末状或者颗粒状的加热材料，例如石墨颗粒或者铝热剂等。
54.可选的，所述冷坩埚还可以包括导向管(图中未示出)，所述导向管穿过所述第二进料口16伸入所述加热腔内，所述加热材料600可以通过所述导向管加入至所述加热腔内的预定位置处。所述加热材料600在预定位置处可以有效地吸收所述电磁场的能量，快速地加热燃烧。进一步地，所述导向管的高度可调节，以使所述加热材料600加入到所述加热腔内不同的预定位置。
55.可选的，所述第二进料口16上还设置有上盖17，所述上盖17可选择性地打开或关闭。当需要使用所述第二进料口16进料时，打开所述上盖17，而在不使用所述第二进料口16时，关闭所述上盖17，以防止加热腔内燃烧和熔炼所产生的尾气从所述第二进料口16排出，污染环境。
56.在一些实施例中，所述盖体上还设置有尾气出口18，所述尾气出口18与尾气管500连接，可以将加热腔内物料燃烧和熔炼所产生的尾气排出至尾气处理装置进行处理。
57.需要说明的是，所述测温装置200、搅拌装置300、进料管400和尾气管500可以由外部支撑件支撑和固定，使其不固定在所述盖体10上，防止所述盖体受力过大而造成的损耗，延长盖体10的使用寿命。
58.在一些实施例中，所述冷坩埚100还包括埚底40，所述埚底可拆卸地连接于所述主体20的下边缘。所述埚底40可以包括多个底部组件，所述底部组件呈扇形，多个所述底部组件围绕所述主体20的轴线依次固定于外部支架上，然后将所述主体20连接于所述埚底40。本实施例中的埚底40呈辐射状地分为多个底部组件，使各底部组件之间具有缝隙，电磁场能在阻力较小的条件下通过埚底40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。另外，所述埚底40也可以由透磁材料制成，以降低对电磁场的屏蔽。
59.此外，埚底40上还设置有卸料管700，卸料管700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，可以通过所述卸料管700将加热腔内的熔融物从所述埚底40卸出。
60.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。
61.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。