熔融装置的制作方法

1.本发明涉及熔融装置技术领域，具体涉及一种熔融装置。


背景技术：

2.目前，在核工业领域中，冷坩埚玻璃固化技术由于具有处理温度高、可处理废物类型广、熔炉使用寿命长、退役容易等优点，成为国内及国际上用于放射性废物处理采用的较为先进的工艺手段。由于冷坩埚的埚体的容积有限，在处理主要以液态存在的放射性废物(即放射性废液)时，可以通过配备一台煅烧炉(例如回转煅烧炉)提前对放射性废液进行预处理，将放射性废液煅烧转形至固体粉末状，再通入至冷坩埚中进行后续熔融固化，这种方式被称为两步法冷坩埚玻璃固化技术。
3.两步法冷坩埚玻璃固化技术的主要设备包括煅烧炉和冷坩埚。其中，冷坩埚是利用电源产生高频(105～106hz)电流，再通过感应线圈转换成电磁流透入待处理物料，形成涡流产生热量，实现待处理物料的直接加热熔融。冷坩埚主要包括冷坩埚埚体和熔融加热结构，冷坩埚埚体是由通冷却水的金属弧形块或管组成的容器(容器形状主要有圆形或椭圆形)，熔融加热结构包括缠绕在冷坩埚埚体的外侧的感应线圈和与感应线圈电性连接的高频感应电源。当待处理物料放置在冷坩埚埚体内后，打开高频感应电源向感应线圈通电，通过感应线圈将电流转换成电磁流并透过冷坩埚埚体的壁体进入待处理物料内部，从而在待处理物料内部形成涡流产生热量，进而实现对待处理物料的加热。冷坩埚工作时金属弧形块或管内连续通入冷却水，冷坩埚埚体内的熔融物的温度很高，一般可高达2000℃以上，但冷坩埚埚体的壁体仍保持较低温度，一般小于200℃，从而使熔融物靠近冷坩埚埚体的壁体的低温区域形成一层2～3cm厚的固态物(冷壁)，因此称为“冷”坩埚。
4.上述冷坩埚通过加热将物料熔融后，需要通过卸料口进行卸料。然而，现有的冷坩埚的卸料口可能会被熔融物料局部凝固形成的固态物堵塞，一旦如此将严重影响卸料操作。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的熔融装置。
6.本发明提供了一种熔融装置，包括：熔融主体，具有容置腔，熔融主体的底壁设有与容置腔连通的卸料口；加热线圈盘，设置在熔融主体的下方，加热线圈盘包括设置在预设平面内的电磁线圈，加热线圈盘具有对应于卸料口的加热工位，当加热线圈盘处于加热工位时，预设平面与熔融主体的底壁平行或呈锐角夹角，并且熔融主体的底壁位于卸料口周围的部位中的至少部分处于电磁线圈产生的交变磁场中，以对卸料口处的固态物加热使其熔融。
7.进一步地，当加热线圈盘处于加热工位时，电磁线圈的中心位于卸料口的中心线延长线上，并且预设平面与熔融主体的底壁平行。
8.进一步地，当加热线圈盘处于加热工位时，熔融主体的底壁位于卸料口周围的部位全部处于电磁线圈产生的交变磁场中。
9.进一步地，加热线圈盘包括支架，电磁线圈设置在支架上，支架具有用于避让卸料口的避让部，当加热线圈盘处于加热工位时，卸料口沿竖直方向的投影位于避让部内。
10.进一步地，加热线圈盘还包括导流罩，导流罩的第一端设置于避让部处，导流罩的第二端向上延伸至卸料口的下方，导流罩的第二端的径向尺寸大于其第一端的径向尺寸。
11.进一步地，导流罩由非导磁材料制成，电磁线圈与导流罩的第一端的至少部分外壁相靠近或相贴合。
12.进一步地，导流罩的径向尺寸由导流罩的第二端至第一端的方向逐渐减小。
13.进一步地，还包括：卸料阀，用于控制卸料口的打开或关闭，加热线圈盘始终处于加热工位，当熔融装置不进行卸料时，电磁线圈处于断电状态，当通过卸料阀将卸料口打开后，若卸料口处存在固态物，将电磁线圈通电以对该固态物进行加热。
14.进一步地，还包括：液位检测装置，用于实时检测容置腔内的熔融物的液位；控制器，与液位检测装置和电磁线圈的电源装置通信连接，当卸料口持续在第一预设时间内保持打开状态且液位检测装置检测得到的液位信息未发生变化时，控制器控制开启电源装置对电磁线圈进行通电。
15.进一步地，加热线圈盘还具有整体均避开卸料口的空闲工位，熔融装置还包括驱动装置，驱动装置用于驱动加热线圈盘在加热工位和空闲工位之间进行切换。
16.进一步地，驱动装置驱动加热线圈盘摆动和/或移动。
17.进一步地，还包括：液位检测装置，用于实时检测容置腔内的熔融物的液位；控制器，与液位检测装置和驱动装置通信连接，当卸料口持续在第一预设时间内保持打开状态且液位检测装置检测得到的液位信息未发生变化时，控制器控制驱动装置驱动加热线圈盘由空闲工位切换至加热工位。
18.进一步地，还包括：控制器，与驱动装置通信连接，当加热线圈盘加热第二预设时间后，控制器控制驱动装置驱动加热线圈盘由加热工位切换至空闲工位。
19.应用本发明的技术方案，当需要进行卸料且卸料口被固态物堵塞时，使加热线圈盘处于加热工位，向电磁线圈通电产生交变磁场。此时，电磁线圈处于的预设平面与熔融主体的底壁平行或呈锐角夹角，从而使电磁线圈通电产生的交变磁场能够更好地针对熔融主体的底部区域。熔融主体的底壁位于卸料口周围的部位中的至少部分处于电磁线圈产生的交变磁场中会产生热量，从而对卸料口处的固态物加热使其熔融，进而实现对卸料口的应急疏通。
附图说明
20.通过下文中参照附图对本发明所作的描述，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。
21.图1是根据本发明一个实施例的熔融装置的剖视示意图；
22.图2是图1的熔融装置的加热线圈盘、传动件及驱动装置的结构示意图；
23.图3是图1的熔融装置的控制器、液位检测装置及驱动装置的控制关系示意图；
24.图4是根据本发明另一个实施例的熔融装置的加热线圈盘、控制器、电源装置及液
位检测装置的控制关系示意图；
25.图5是根据本发明另一个实施例的熔融装置的剖视示意图；
26.图6是图5的熔融装置的加热线圈盘、传动件及驱动装置的结构示意图。
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：
29.10、熔融主体；11、容置腔；12、卸料口；20、加热线圈盘；21、电磁线圈；22、支架；221、避让部；23、导流罩；30、卸料阀；31、阀座；32、阀板；40、液位检测装置；50、控制器；60、驱动装置；70、电源装置；80、传动件。
具体实施方式
30.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。
31.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。
32.本技术提供了一种熔融装置，该熔融装置可以为应用于各种领域的熔融装置。例如，熔融装置可以为核工业领域的放射性废物处理工艺中所用到的熔融装置(即冷坩埚)，熔融装置用于熔融例如放射性废物(或经过预处理后)形成的基料和玻璃基料等需要熔融的物料。
33.图1示出了本发明一个实施例的熔融装置的剖视示意图，其中，加热线圈盘20处于加热工位。图2示出了图1的熔融装置的加热线圈盘20、传动件80及驱动装置60的结构示意图。如图1所示，在本技术的一些实施例中，熔融装置(例如冷坩埚)包括熔融主体10(例如冷坩埚埚体)，熔融主体10具有容置腔11，熔融主体10的底壁设有与容置腔11连通的卸料口12。在图中示出的具体实施例中，熔融主体10的壁体由金属材料制成并且壁体内具有冷却通道(图中未示出)，熔融装置还包括熔融加热结构，熔融加热结构包括缠绕在熔融主体13的外侧的感应线圈。当待处理物料放置在容置腔11内后，利用高频感应电源向感应线圈通电，通过感应线圈将电流转换成电磁流并透过熔融主体10的壁体进入待处理物料内部，从而在待处理物料内部形成涡流产生热量，进而实现对待处理物料的加热。
34.由于待处理物料熔融过程需要较多的热量，熔融物本身的温度也会很高(例如，熔融物为放射性废物基料和玻璃基料熔融后形成的熔融玻璃时，其温度可高达2000℃以上)，
为了防止熔融主体10被高温腐蚀损坏、提高其使用寿命，熔融装置在工作时需要向冷却通道中通入冷却介质，从而使熔融主体10的内壁保持较低温度(例如小于200℃)。由于熔融主体10的内壁(即容置腔11的内壁)的温度远低于熔融物的温度，紧贴熔融主体10的内壁的熔融物会凝固形成固态物。一般情况下，熔融主体10的容置腔11的底壁和侧壁均需要通过冷却介质进行冷却，在这些部位均会形成固态物(图中未示出)。
35.此外，熔融主体10的底部设有卸料阀30，通过卸料阀30控制卸料。具体地，卸料阀30包括阀座31和阀板32，阀座31的顶板形成容置腔11底壁的一部分，卸料口12位于阀座31的顶板上。卸料口12与容置腔11内部连通。阀板32可活动地设置在阀座31上以具有避让卸料口12的打开位置以及封堵卸料口12的关闭位置。当熔融装置进行熔融过程不需要卸料时，阀板32处于关闭位置，从而将卸料口12封堵住。当需要进行卸料时，控制阀板32切换至打开位置，卸料口12被让开，由于容置腔11的底壁对应于卸料口12位置的固态物的上方为高温的熔融物，下方为空气，在其两侧形成温度差，该部分固态物逐渐熔融，从而使容置腔11内的熔融物由卸料口12开始进行卸料。然而，在一些特殊情况下(例如熔融主体10的底部由于物料搅拌不均匀、物料过多等因素温度偏低时)，卸料口12位置的固态物无法被融掉，从而造成卸料口12的堵塞。此时，则需要对卸料口12进行应急疏通。
36.需要说明的是，熔融装置的结构不限于此，在图中未示出的其他实施方式中，也可以为其他能够实现熔融功能的熔融装置。例如，熔融装置的熔融加热结构也可以为采用电阻丝直接加热等加热形式，熔融主体10的壁体的壁体内部也可以不具有冷却通道，此时需要将壁体采用耐高温材质。无论熔融装置为何种结构，需要保证熔融装置的卸料口12会存在被固态物堵塞的情况。
37.如图1和图2所示，在本技术的一些实施例中，熔融装置还包括加热线圈盘20，加热线圈盘20设置在熔融主体10的下方。加热线圈盘20包括支架22和设置在支架22上的电磁线圈21，电磁线圈21位于预设平面内。加热线圈盘20具有对应于卸料口12的加热工位。当需要进行卸料且卸料口12被固态物堵塞时，使加热线圈盘20处于加热工位，向电磁线圈21通电产生交变磁场。此时，上述预设平面与熔融主体10的底壁平行或呈锐角夹角，从而使电磁线圈21通电产生的交变磁场能够更好地针对熔融主体10的底部区域。此外，熔融主体10的底壁位于卸料口12周围的部位中的至少部分处于电磁线圈21产生的交变磁场中会产生热量，从而对卸料口12处的固态物加热使其熔融，进而实现对卸料口12的应急疏通。
38.需要说明的是，熔融主体10的底壁处于交变磁场中的部分能够产生热量的前提是，该部分具有能够导磁的结构。例如，熔融主体10的底壁整体由导磁材料制成；或者，熔融主体10的底壁位于卸料口12周围的部位由导磁材料制成；或者，熔融主体10的底壁位于卸料口12周围的部位的表面设置有导磁层，等等。其中，导磁材料可以为多种能够导磁以在交变磁场中可实现加热的材料，例如可以为导磁金属。在一些实施例中，熔融主体10的底壁可以采用分瓣结构，电磁线圈21产生的交变磁场能够在阻力较小的情况下通过熔融主体10的底壁，从而对熔融主体10的底壁上形成的固态物也起到一定的加热作用，更有利于卸料的进行。
39.此外，本领域技术人员可以理解地，上述“卸料口12处的固态物”包括但不限于位于卸料口12的内壁围成的内部空间中的固态物，还可以包括位于卸料口12上方或下方且能够封堵住卸料口12的固态物。
40.如图1所示，在本技术的一些实施例中，当加热线圈盘20处于加热工位时，电磁线圈21的中心位于卸料口12的中心线延长线上，并且预设平面与熔融主体10的底壁平行，这样可以保证电磁线圈21通电后形成的交变磁场在卸料口12的中心线延伸方向上分布，并且熔融主体10的底壁处于交变磁场中的部分相对于卸料口12的中心线更加对称，从而使对卸料口12处的固态物的加热更加均匀。当然，加热线圈盘20处于加热工位时电磁线圈21的设置方式不限于此，在图中未示出的其他实施方式中，加热线圈盘20处于加热工位时电磁线圈21处于的预设平面也可以与熔融主体10的底壁呈锐角夹角。
41.优选地，当加热线圈盘20处于加热工位时，熔融主体10的底壁位于卸料口12周围的部位全部处于电磁线圈21产生的交变磁场中，从而增强对卸料口12处的固态物的加热效果，提高疏通效率。当然，可以理解地，在本技术的另一些实施例中，当加热线圈盘20处于加热工位时，熔融主体10的底壁位于卸料口12周围的部位也可以仅一部分处于电磁线圈21产生的交变磁场，只要能够达到熔融卸料口12处的固态物的目的即可。
42.如图1所示，在本技术的一些实施例中，加热线圈盘20还具有整体均避开卸料口12的空闲工位。熔融装置还包括驱动装置60，驱动装置60用于驱动加热线圈盘20在加热工位和空闲工位之间进行切换。当熔融装置不需要进行卸料以及需要进行卸料但卸料口12未被堵塞时，加热线圈盘20可以一直保持在空闲工位。加热线圈盘20处于空闲工位时，加热线圈盘20能够避开卸料口12，不会影响到熔融装置由卸料口12进行卸料。加热线圈盘20在加热工位和空闲工位之间进行切换的运动方式有多种。在本技术的一些实施例中，驱动装置60驱动加热线圈盘20摆动和/或移动。例如，加热线圈盘20的加热工位位于熔融主体10的正下方，空闲工位位于熔融主体10的侧方并与加热工位处于同一水平面，此时可通过驱动装置60驱动加热线圈盘20摆动或移动进行切换；或者，加热线圈盘20的加热工位位于熔融主体10的正下方，空闲工位位于熔融主体10的侧方并低于加热工位所在水平面，此时可通过驱动装置60驱动加热线圈盘20先摆动后移动或先移动后摆动来进行切换。在图中示出的具体实施方式中，驱动装置60通过传动件80与加热线圈盘20连接，具体地，驱动装置60为驱动电机，驱动电机的输出轴与传动件80的第一端驱动连接以驱动传动件80在水平面内进行摆动，传动件80的第二端与加热线圈盘20固定连接，随着传动件80的摆动加热线圈盘20进行摆动。
43.图3示出了图1的熔融装置的控制器50、液位检测装置40及驱动装置60的控制关系示意图。如图1和图3所示，在本技术的一些实施例中，熔融装置还包括液位检测装置40和控制器50。其中，液位检测装置40用于实时检测容置腔11内的熔融物的液位。液位检测装置40的类型可以为多种，例如可以为非接触式液位传感器，设置在容置腔11的顶壁上。控制器50与液位检测装置40和驱动装置60通信连接。当卸料口12持续在第一预设时间内保持打开状态(即卸料口12不被阀板32等结构遮挡)且液位检测装置40检测得到的液位信息未发生变化时，可认为卸料口12被固态物堵塞，此时控制器50控制驱动装置60驱动加热线圈盘20由空闲工位切换至加热工位，以便进行紧急疏通操作。由于卸料口12打开后容置腔11底部的固态物需要一定的熔化时间，若该熔化时间能够经实验或理论计算得出，第一预设时间可以设定为大于该熔化时间。上述方式能够实现加热线圈盘20的工位切换的自动控制，节省人工成本，并且可实现远距离操作，适用于对放射性废物进行处理的熔融装置，保证操作人员的安全。
44.在本技术的一些实施例中，控制器50与驱动装置60通信连接，当加热线圈盘20加热第二预设时间后，控制器50控制驱动装置60驱动加热线圈盘20由加热工位切换至空闲工位。若卸料口12处堵塞的固态物被加热至疏通的熔化时间能够经实验或理论计算得出，上述第二预设时间可以根据该熔化时间来确定，例如，第二预设时间略小于该熔化时间，从而在卸料口12即将被疏通时能够及时地将加热线圈盘20切换至空闲工位，进而避免干涉后续的卸料。
45.图4示出了本发明另一个实施例的熔融装置的加热线圈盘20、控制器50、电源装置70及液位检测装置40的控制关系示意图。在本技术的另一些实施例中，熔融装置包括卸料阀30，卸料阀30用于控制卸料口12的打开或关闭。加热线圈盘20始终处于加热工位。当熔融装置不进行卸料时，电磁线圈21处于断电状态。当通过卸料阀30将卸料口12打开后，若卸料口12处存在固态物，将电磁线圈21通电以对该固态物进行加热。需要说明的是，根据熔融装置/卸料口12所需的状态控制电磁线圈21通断电的方式同样适用于如上述的工位可切换的加热线圈盘20。
46.如图4所示，熔融装置还包括液位检测装置40和控制器50，液位检测装置40用于实时检测容置腔11内的熔融物的液位。液位检测装置40的类型可以为多种，例如可以为非接触式液位传感器，设置在容置腔11的顶壁上。控制器50与液位检测装置40和电磁线圈21的电源装置70通信连接。当卸料口12持续在第一预设时间内保持打开状态且液位检测装置40检测得到的液位信息未发生变化时，控制器50控制开启电源装置70对电磁线圈21进行通电。上述方式能够实现加热线圈盘20的开启加热的自动控制，节省人工成本，并且可实现远距离操作，适用于对放射性废物进行处理的熔融装置，保证操作人员的安全。其中，“第一预设时间”的确定方式与前述的第一预设时间的相同，在此不再赘述。
47.图5示出了本发明另一个实施例的熔融装置的剖视示意图。图6示出了图5的熔融装置的加热线圈盘20、传动件80及驱动装置60的结构示意图。如图5和图6所示，在本技术的另一些实施例中，加热线圈盘20包括支架22，电磁线圈21设置在支架22上，支架22具有用于避让卸料口12的避让部221。当加热线圈盘20处于加热工位时，卸料口12沿竖直方向的投影位于避让部221内。当卸料口12已被疏通时，即使加热线圈盘20仍处于加热工位，卸料口12流出的物料也可以通过避让部221流向下方，不会对加热线圈盘20造成污染和损坏。图5和图6示出的具体实施例中，加热线圈盘20通过驱动装置60驱动可在空闲工位和加热工位之间进行切换，当然，对于图中结构的加热线圈盘20，也可以采用始终保持在加热工位的方式进行设置。
48.进一步地，如图5和图6所示，加热线圈盘20还包括导流罩23。导流罩23的第一端设置于避让部221处，导流罩23的第二端向上延伸至卸料口12的下方。导流罩23的第二端的径向尺寸大于其第一端的径向尺寸。当卸料口12已被疏通且加热线圈盘20仍处于加热工位时，导流罩23能够将由卸料口12流出的物料引导至避让部221，进一步保证物料不会污染加热线圈盘20。优选地，导流罩23的径向尺寸由导流罩23的第二端至第一端的方向逐渐减小，这样对于物料的引导效果更好。
49.此外，在图中示出的具体实施例中，导流罩23由非导磁材料制成，电磁线圈21与导流罩23的第一端的至少部分外壁相靠近或相贴合。采用上述电磁线圈21与导流罩23的设置关系，可以使电磁线圈21尽量对应于靠近卸料口12中心的位置，从而提高加热效果。而导流
罩23采用非导磁材料制成，也可以避免对电磁线圈21通电产生的交变磁场造成影响。
50.本技术还提供了一种放射性废物处理系统，根据本技术的放射性废物处理系统的实施例包括煅烧装置和熔融装置，熔融装置为上述的熔融装置。其中，放射性废物进入到煅烧装置中进行煅烧转形，得到的物料再与玻璃基料一同进入到熔融装置中进行熔融并形成熔融玻璃，熔融玻璃由熔融系统的卸料阀卸出。在用于放射性废物处理的具体应用场景下，煅烧装置为回转煅烧炉，熔融装置为冷坩埚。回转煅烧炉包括支架、可转动地设置在支架上的炉管、用于加热炉管的加热部件、与炉管的第一端连通的进料管及与炉管的第二端连通的出料管，炉管可沿自身轴线转动。放射性废液及其他添加剂通过进料管进入到炉管中，通过加热部件对炉管进行加热，与此同时炉管沿自身轴线进行转动，放射性废液逐渐被煅烧转形至固体粉末状物料，并经由出料管进行出料。出料管与冷坩埚的埚体连通，由出料管出来的物料混合玻璃基料一同进入冷坩埚的埚体中，进行后续的熔融固化过程。当物料放置在冷坩埚埚体内后，打开高频感应电源向感应线圈通电，通过感应线圈将电流转换成电磁流并透过冷坩埚埚体的壁体进入待处理物料内部，从而在待处理物料内部形成涡流产生热量，进而实现对待处理物料的加热。
51.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。
52.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。