感应炉的制作方法

专利名称：感应炉的制作方法
技术领域：
本发明的主题是用于煅烧和玻璃化有机材料，玻璃化放射性或者非放射性的废料，玻璃化危险废料和熔融耐火体的感应炉的炉膛和炉床。
这样的熔炉的结构大致包括一个耐火的混凝土构成的炉床，该炉床包括一些冷却水管路，在这些管路上安装了一个称作炉膛的侧壁，所述的侧壁被感应绕组围绕，在这些感应绕组以高于100kHz的频率形成电流循环，该高频电流是在炉膛内部产生能量以便熔化其中的材料的能量源。这些熔炉主要用于煅烧和玻璃化有机材料，玻璃化放射性的或者非放射性的废弃物和熔融耐火体。能使用这样的装置的工业是包括核废料和危险废料的废弃物处理工业，以及玻璃工业。
炉膛的侧壁一般是磁场可穿透的金属材料。该侧壁含有一个冷却管路，以便首先，使侧壁可以抵抗所达到的能够熔化如玻璃的耐火材料的高温，然后，补偿在所述结构中通过焦耳作用消散的电能。这样的炉膛称作“冷炉膛”。另外炉膛壁一般分为垂直扇形件，通过加入一种电绝缘体将扇形件的纵向表面连接，从而限定了在所述壁中感应的电流，这些感应电流导致在感应器和炉膛中的内含物之间产生热损失和电磁耦合。垂直扇形件以桶板方式设置。冷却管路通常包括在每个扇形件上穿孔的垂直通道。
炉膛的侧壁的扇形件必须被整体保持。一种第一方法在于使炉膛环绕有环形箍，该环形箍由水泥或者浸渍了弹性体或者环氧树脂的玻璃织物实施。另外的提供更大的结合的方法在于将扇形件彼此焊接在感应器上面的圆形凸缘上，在圆形凸缘上磁场强度较小。一种本发明优选的安装方法是用螺丝将包括胴节的垂直扇形件连接在感应器的上面的圆形凸缘上。为了易于组装，这些扇形件在安装到胴节外部的部分上装备了一些连接爪。
支撑该胴节的炉床包括一些金属壳体或者包括一些不同截面(圆形，方形，矩形)的金属管，该金属壳体被一个冷却管路穿过，该冷却管路设置在耐火混凝土中，该金属管平行或者成人字形安装并且设置在耐火混凝土中。所述的壳体或者管彼此间隔耐火混凝土的宽度。其中的一个表面设置成与熔炉的熔融内含物完全相对。壳体的形状，完全象所述管那样，可以是不同的矩形，三角形等。
已知的炉膛和炉床具有如下面所述的缺陷。为了在熔融的玻璃浴上燃烧-玻璃化有机材料，或者感应炉中耐火体的熔融，必须使用比在其它应用中更大的频率和热量。电气短路的危险可以出现在构成冷却炉膛的金属元件(扇形件，凸缘)和构成炉膛炉床支撑的金属元件(冷却金属壳体)之间和炉膛和炉床的元件之间。这些短路甚至出现在炉膛的扇形件和炉床的壳体之间的电绝缘宽度很大时。
并不是排他地，电气短路可以发生在炉膛的扇形件和炉床的壳体之间，因为在燃烧有机材料时在内壁上存在有沉积的炭，或者因为在玻璃浴上形成了硫酸盐池面，该硫酸盐池进入扇形件之间与不同的扇形件和电绝缘体接触，或者例如当熔融耐火氧化物时排出大量的水。所述短路导致对设置在构成炉膛的元件之间的电绝缘体的不可修复的破坏，对设置在该炉床的冷却壳体之间的耐火混凝土的不可修复的破坏，甚至这些短路使炉床和炉膛的金属元件穿孔。这些短路还对感应能量的良好使用有害。
在上述的应用中，产生了高温腐蚀气氛，从而损害了由炉膛和炉床构成的熔炉的金属元件，或者迫使用具有高电阻的材料构造所述金属元件，从而显著增加了电损失。
不管炉膛的扇形件的形状如何(平行多边形型面，T形型面，三角形型面)以及炉床的形状，这些相邻金属元件的棱边是大电弧产生之源(尖端电效应)。对于在熔融玻璃浴上的玻璃应用和废弃物的处理来说使用高于100kHz的高频率的工作状态有利于出现电弧。这些电弧是高能量的并且对炉膛的电绝缘体的性能和炉床的混凝土有害。精确地说，如果炉膛的扇形件是圆的或者卵形，将消除尖端效应，但是不利于熔炉的胴节的密封，因为将过多地降低扇形件之间的电绝缘体的厚度，从而一旦出现绝缘材料的略微变质，就导致了材料和气体泄漏的问题。
为了解决这些缺点，感应炉的一种新的炉膛和炉床在本发明中被提出。
为了避免出现电弧，预定的方法在于使得构成炉膛的金属扇形件和炉床的金属壳体在它们的一个或者整个表面上覆盖有一层陶瓷电绝缘层至少在相对的扇形件的内表面和侧表面上覆盖，以便消除电弧，或者根据化学腐蚀和电腐蚀方法在包括头部，脚部和朝向熔炉外部的表面的所有表面上覆盖。这些陶瓷覆盖层完成了设置在炉膛的扇形件和炉床的壳体之间的电绝缘体，并且允许了在熔炉的不同金属元件之间甚至金属元件和熔融覆盖层之间的完美的电保护。另外，如此覆盖后，炉膛的扇形件和炉床的壳体被保护防止玻璃、气体和供应到炉床所支撑的炉膛中的不同的废弃物导致的化学腐蚀。耐火的，完美的电绝缘的陶瓷覆盖层例如通过乙炔焰或者等离子焊炬实施。最经常被投射的材料是以钒土、富铝红柱石、锆石、锆土、锆酸盐和硅的碳化物为基的，同时具有与静电应力兼容的不同搀杂物。
一旦在一个或者所有的表面上覆盖，就通过插入一种作为耐火混凝土的电绝缘体，使金属壳体设置在炉床中。至于炉膛的扇形件，一旦在一个或者整个表面上覆盖陶瓷电绝缘体，所述扇形件能够在冷却凸缘上安装或者螺丝固定，该冷却凸缘也能够覆盖有电绝缘体。在本发明的说明书中，将详细描述用螺丝安装炉膛，因为允许限制连接的机械强度(局部压力)和热应力(如果存在焊接的话)，但是本发明最好使用在现有技术中详述的其它类型的安装。
在所述文献中可以发现，优选将倒角实施在棱边上以便避免陶瓷覆盖层脆化及剥落。如果在扇形件的棱边上实施倒角有助于绝缘体陶瓷满意地沉积在扇形件的表面上，则所述倒角丝毫不够用来防止因为高于100kHz的频率而在炉床壳体和扇形件的构成炉膛的内部的表面之间出现电弧，例如该电弧位于来自在熔融玻璃浴上有机材料的燃烧的碳化灰尘的对面或者位于将要玻璃化的元件的对面。
在熔炉的内表面上取向的棱边是通过具有弯曲半径的倒圆加工的。通过加工弯曲半径除去所有棱边涉及了朝向感应炉的内部的棱边。在炉膛外边，其它棱边上倒角的出现就足够了，但不是必须的。这些弯曲半径的尺寸允许实现下述的功能·弯曲半径不许是小尺寸(小于1毫米)，例如以便避免在玻璃浴的高度改变时在扇形件之间的自由间隙中困住材料。
正如现有技术所述的某些结构那样，可以在扇形件之间保持一种电绝缘体，例如云母片(云母片的厚度在0.1-4毫米之间)或者可以安装密封件，而没有附加的电绝缘体例如陶瓷沉积物。所述的弯曲半径较小(小于5毫米)以便确保被冷却的金属扇形件相当接近，从而避免熔融的玻璃与在间隙中设置的电绝缘体接触，但是冒着损坏该绝缘材料的危险并且有使得所述的材料从炉膛内部向外泄漏的危险。
在焚化和玻璃化玻璃材料、玻璃化废弃物和熔融耐火材料的应用的精确描述中，本发明表现为在待玻璃化的材料和熔炉壁之间热流量交换值非常小。例如，这些热流量值小于在金属熔融的冷炉膛中的热流量值，因为紧靠着炉壁建立一个固体的或者耐火的玻璃自动炉膛。在这些情况中，电保护陶瓷材料被完全冷却，防止了其失效、剥落，甚至还防止玻璃化材料的污染。
本发明下面将结合附图就所有的特征进行详细描述，附图包括-

图1示出了按照现有技术焊接的炉膛；-图2和3示出了本发明炉膛的一个实施例；-图4和5示出了生产炉膛的实施例；和-图6和7示出了本发明的炉床。
参照附图1，炉膛包括一个用附图标记1表示的耐火混凝土炉床，附图标记2表示的侧壁，用附图标记3表示的不锈钢扇形件，用附图标记4表示的电绝缘中间层，和一些用附图标记5表示的感应线圈。这些元件的构造和设置的细节将遵照上述进行。所述的侧壁2仅仅部分示出，但是清楚表示了其在圆周上或者在整个圆周上延伸，正如对于所有其它的包括本发明的侧壁的熔炉一样。每个扇形件3被挖空有一个冷却管路6，该冷却管路6类似在其整个高度上延伸并且在这里包括一对平行的竖直导管，并且在扇形件3(这些导管中只有一个可以在截面图中看到)底部延伸。冷却流体的进入和出来的穿孔7和8使得导管与扇形件3的外部连通，并且这些导管通向叠置的收集装置9和10，收集装置9和10具有同一个凸缘11，通过在扇形件3的外部上边缘处的圆形焊缝12将扇形件3焊接在该凸缘11上。甚至通过这个焊接，可以将一个外部箍13在凸缘11的下面焊接到所述的结构上，以便改善侧壁2的连接，并且确保气密性。而如果将这些模式组合，前面提到的两种侧壁2连接模式的缺点将不出现。通过在没有示出的金属壳体中的水的循环，将炉床1冷却。
本发明的一个实施例将在后面借助于图2和3进行描述。
所述的侧壁的扇形件用附图标记20表示。它们具有相同的外部形状，并且还被冷却管路21的一对导管穿过，冷却管路21的端部由管子23a和23b通向外部(图3)。但是与公知的实施例相反，本发明的扇形件20并不是裸露的，而是覆盖有陶瓷覆盖层22，所述陶瓷覆盖层22在氧化铝、富铝红柱石、堇青石、锆土、锆石或者锆酸盐为基的组合物，能够根据所述炉膛应对的热应力、化学应力和静电应力加入的不同的添加剂中选择。在图2中示出的唯一的扇形件20具有覆盖层22，但是事实上所有的扇形件都具有覆盖层22。而且，所述覆盖层22出现在图3的扇形件20上，但是为了减小附图的复杂程度没有示出。提倡至少覆盖扇形件20的内表面24和侧表面25和26，侧表面25和26受到腐蚀作并且能够出现电弧；然而，外表面27甚至上表面和下表面也被覆盖是不好的，在这里示出了外表面27。能够评判覆盖层22的使用状况的化学腐蚀或者电短路的危险来自于暂留在熔融材料上面的气体和被气体携带的颗粒和飞行物，而不是来自于熔融的材料本身，因为这些冷炉膛的功能在于保持侧壁上炉膛的内含物的固体厚度，所述的覆盖层22延伸到扇形件20的顶部。根据应用，覆盖层的厚度在50微米-500微米之间。用于降低电弧发生率的互补设计，在完全允许交良好的覆盖层22的连接同时，也消除了扇形件20的表面24-27之间的棱边在这里，在熔炉上的内部棱边28和29(在内表面24和侧面25和26之间)已经以一个弯曲半径被倒圆，该弯曲半径能够为1-5毫米，其它的棱边30和31(在外表面27和其它侧面25和26之间)被简单地倒角；所述的后者设计仅仅对于将覆盖层22容易的连接到两个被覆盖表面的连接处来说是必须的。如果担心相邻元件的电弧，高处和低处的扇形件20的水平棱边也可以被倒圆或者倒角。
特别参照附图3，可以看到凸缘11没有了，冷却管路21没有与邻接于炉膛的收集装置9和10相连，而是完全独特的，管子23a和23b延伸到外部。扇形件20包括一个上爪32，该上爪32为扇形并且突出在外表面27上方。该上爪包括一个凹槽33，所述凹槽33向外面开口。一个圆形的扁平凸缘34设置在所有的爪32上，并且包括一些螺纹孔35。一些螺钉36配合在螺纹孔35中，穿过凹槽33并且在下面抵靠爪32，这些螺钉36靠在扁平的凸缘34上保持所述爪32。因此扇形件20被保持到位，并且形成了单一的组件。外部箍37可以被加入，以便确保炉膛的气密性并且导致更加结实的连接，然而这并不是必须的；外部箍37可以为浸渍弹性体的实心的织物或者玻璃制成，或者由环氧树脂制成。最后，电绝缘体层38，例如云母片，可以插入到相邻的扇形件20的侧面25和26之间。
陶瓷覆盖层57还可以设置在凸缘34上，并且首先设置在其下表面58上，该下表面58接触扇形件20的爪32。这里对连接两个陶瓷覆盖表面的棱边进行倒角是有用的。
可能设有扁平凸缘34的其它的设计，在于加入一个盖子39，该盖子39设置在凸缘34上，并且通过紧固密封40保持到螺丝41上，螺丝41配合在扁平凸缘34的螺纹孔中，以便将炉膛的内容物封闭，并且确保完美密封。
已经提到了由螺丝与扁平凸缘34的连接提供的扇形件20的精确和不变的调整，将允许用陶瓷覆盖扇形件2，而对于陶瓷来说没有危险。下面应该描述侧壁的连接方法，同时所述侧壁允许陶瓷不暴露于损害下参照图4和5那样。所述扇形件20，在其必要的地方(特别是设置在混凝土炉床上的侧面，爪32的上表面和侧面25和26)被足够精确地加工并且通过等离子体沉积和摩擦抛光进行覆盖陶瓷后，在翻转之后被大致设置在扁平的凸缘上，圆锥形对中楔型物42设置在扇形件20上，一些紧固套43围绕扇形件20配合并且紧固成使它们靠近直到它们都接触楔型物42的圆锥形侧面。已经插入了电绝缘体层38。根据楔型物42的高度和套43的紧固，侧壁的直径和其预应力可以被调整。然后紧固螺丝36，以便将爪32连接到扁平凸缘34上，所述扁平凸缘34位于爪32下面。从而完成了组装。箍37首先由位于紧固套43之间的绕组371形成，然后在紧固套43被取下时由互补的绕组形成。用两次完成箍的设置，允许了不会因为过早地松开套43将侧壁的预应力释放。
图6和7示出了本发明实施例的炉床46。炉床46包括一个主板47，该主板47装备了中央凹槽，冷却壳体48占用这些中央凹槽。每个壳体48包括一个供应导管49和一个出水导管50。
对于炉膛的扇形件20来说，以简单地方式使得人们可以放心保护金属壳体不受化学和热腐蚀，并且预防了壳体的突然出现的电弧的反作用。壳体至少在上表面51(朝向熔融浴)覆盖有陶瓷；所述覆盖层用附图标记52表示。而限定了所述的上表面51的棱边53被倒圆，这些棱边53还具有1-3毫米的弯曲半径；其它的棱边56(限定了下表面55的竖直棱边)也可以被倒圆或者至少被倒角，特别是在这些所述扇形件限定的侧表面54和内表面55也覆盖了陶瓷情况下。
权利要求
1.一种感应炉，包括基本上由竖直连接的扇形件(20)构成的侧壁(2)，其特征在于，这些扇形件至少在其内表面(24)和侧表面(25，26)上覆盖陶瓷(22)，至少这些将所述内表面连接到侧表面的竖直棱边(28，29)被倒圆。
2.根据权利要求1所述的感应炉，包括一个炉床，在所述炉床上设置侧壁，其特征在于，所述炉床装备了冷却壳体(48)，该冷却壳体(48)至少在上表面(51)覆盖陶瓷，并且至少限定了所述的上表面(51)的棱边(53)被倒圆。
3.根据权利要求1或者2所述的感应炉，其特征在于，所述扇形件还在其外表面(27)覆盖有陶瓷。
4.根据权利要求2所述的感应炉，其特征在于，所述的的冷却壳体还在其内表面(54)和侧表面(55)上覆盖有陶瓷。
5.根据上述权利要求中任一项所述的感应炉，其特征在于，所述的扇形件装备有与上凸缘相连的连接爪(32)，所述的凸缘至少在其接触扇形件的表面上覆盖有陶瓷。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的感应炉，其特征在于，覆盖有陶瓷的扇形件和装有水的壳体的表面彼此通过倒圆或者倒角的棱边(28，29，30，31)连接成一体。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的感应炉，其特征在于，所述的陶瓷基体在富铝红柱石、氧化铝、堇青石，锆土，锆石和锆酸盐中选择。
全文摘要
感应炉炉膛的侧壁的垂直扇形件(20)，其通过配合在被所有扇形件共用的凸缘(34)的螺纹孔中的螺丝，连接到一个可调节并且不变的位置上。因此实现了精确的连接，并且该连接既不产生变形也不产生内应力。这些扇形件覆盖有陶瓷覆盖层，以便保护它并且防止形成电弧。表面(28，29)的连接边缘被倒圆具有相同的效果。具有冷却该炉的下炉床的水的壳体是由相同的材料构成的。本发明使用了玻璃化技术。
文档编号F27D11/06GK1628233SQ03803244
公开日2005年6月15日 申请日期2003年1月31日 优先权日2002年2月4日
发明者P·布伦, J·拉孔布, C·拉迪拉特, F·布斯克特 申请人:法国原子能委员会, 核燃料公司