容器内熔体液位的测量系统及方法与流程

1.本技术涉及容器技术领域，具体涉及一种容器内熔体液位的测量系统及方法。


背景技术：

2.相关技术中的液位计可以用来测量部分容器的液位，但相关技术中的这种液位计的应用非常局限，例如，无法对冷坩埚玻璃固化技术中使用的冷坩埚的液位进行测量。
3.冷坩埚玻璃固化技术具有工作温度高、处理范围广、使用寿命长、熔体均一、设备体积小、退役容易等特点。冷坩埚玻璃固化技术不仅可用于核电站产生的固体废物、树脂、浓缩物等低、中水平放射性废物；还可用于高水平放射性废液及其它一些腐蚀性较强的难处理废物。因此，该技术的研究进展受到广泛关注。在核电运行中，势必产生大量放射性废物。其中，乏燃料后处理及其产生的高水平放射性废液，由于具有放射性比活度高、释热率高、并含有一些半衰期长、生物毒性高的核素等特点，其处理处置成为制约核电及核燃料循环工业可持续发展的关键问题之一。冷坩埚玻璃固化技术作为一种新的核废物处理技术，在核电废物和高水平放射性废液处理方面，有其独特的优势。
4.冷坩埚是由数个弧形块或管组成的圆形或椭圆形容器，弧形块或管内通入冷却水以保持冷壁，各个弧形块或管间缝隙充填绝缘物质，通过电磁场对其内部物料进行加热，冷坩埚外有由铜管绕制而成的水冷线圈。由于冷坩埚采用水冷结构，因而在靠近冷却管温度低的区域会形成一层固态玻璃壳层，避免了熔融物对冷坩埚的腐蚀。冷坩埚玻璃固化系统主要包括：冷坩埚、进料子系统、玻璃出料子系统、烟气净化子系统及仪表控制系统等。冷坩埚玻璃固化工艺主要有三种形式，分别为：两步法玻璃固化工艺、一步法玻璃固化工艺和一步法焚烧玻璃固化工艺。两步法玻璃固化工艺是先将废液在锻烧炉内煅烧后与玻璃基料混合，送人冷坩埚；一步法玻璃固化工艺是废液与玻璃基料直接送入冷坩埚；一步法焚烧玻璃固化工艺是将可燃固体废物与玻璃基料混合后，送入冷坩埚。前两种工艺主要用于处理废液，后一种工艺主要用于处理固体废物。
5.冷坩埚主要由水冷坩埚、电源和其它辅助设施组成。坩埚外绕有螺旋式感应线圈，感应线圈与电源相连，以产生交变电磁场。当线圈通入交变电流时，在线圈内部和周围产生1个交变电磁场。由于冷坩埚的每根金属管之间彼此绝缘，所以每根管内都产生感应电流。当感应线圈的瞬问电流为逆时针方向时，则在每根管的截面内同时产生顺时针方向的感生电流，相邻两管的截面上电流方向则相反，彼此在管问建立的磁场方向相同，向外表现为磁场增强效应。因此冷坩埚的每一缝隙处都是1个强磁场，冷坩埚如同强流器一样，将磁力线聚集到坩埚内的物料上，坩埚内的物料就被这个交变磁场的磁力线所切割。根据电磁场理论，坩埚内的物料中就产生感应电动势，由于感应电动势的存在，物料的熔体表面薄层内将形成封闭的电流回路。通常把这种电流称为涡流，涡流的大小服从欧姆定律。由于涡流回路的电阻通常很小，故能达到很高的值，使涡流回路产生大量的热，从而使金属熔化，其热量可由欧姆定律确定。
6.冷坩埚可以将物料加热成熔体，在冷坩埚的运行过程中，熔体的液位的测量对冷
坩埚的运行状态等具有重大影响。同时，针对特殊领域，如放射性废物的玻璃固化，要求相应的测量设备不能深入熔体中且要求该测量设备反应快速、灵敏。然而，相关技术中并不能有效地对冷坩埚内的熔体的液位进行测量。


技术实现要素：

7.根据本技术的第一个方面，提供了一种容器内熔体液位的测量系统，其中，包括：气源，用于在所述测量系统测量所述液位时产生气流；气管，其第一端连接所述气源，以使所述气源产生的所述气流由所述第一端流至所述气管的第二端；气体测量装置，用于测量所述气管内的气压和/或气体流量；在所述测量系统测量所述液位时，所述第二端由所述熔体的液面上方向下移动，所述气体测量装置在所述移动的过程中测量的气压和/或气体流量上升预设值时指示对应的所述第二端的位置为所述液面的位置。
8.可选地，所述液面的位置用于与所述第二端的移动的初始高度以及所述熔体的底部高度确定所述熔体的相对于所述底部的高度。
9.可选地，所述液面的位置用于通过确定所述第二端由所述液面的位置处移动至所述熔体的底部的距离以确定所述熔体的相对于所述底部的高度。
10.可选地，测量系统还包括：驱动机构，与所述气管连接，以驱动所述气管，并通过对所述气管的驱动使所述第二端进行所述移动。
11.可选地，测量系统还包括：显示装置，设置于所述气管外部，用于显示所述气体测量装置的测量结果。
12.可选地，所述气源还用于在所述气体测量装置测量的气压和/或气体流量上升预设值后，且，所述第二端向上移动至与所述液面分离时产生气流。
13.根据本技术的第二个方面，提供了一种容器内熔体液位的测量方法，其中，包括：将第一端连接产生气流的气源的气管的第二端置于所述熔体的液面上方，所述气源产生的所述气流由所述第一端流至所述第二端；使所述第二端向下移动，并在所述移动的过程中利用气体测量装置测量所述气管内的气压和/或气体流量，在所述气压和/或气体流量上升预设值时确定对应的所述第二端的位置为所述液面的位置。
14.可选地，所述液面的位置用于与所述第二端的移动的初始高度以及所述熔体的底部高度确定所述熔体的相对于所述底部的高度。
15.可选地，所述液面的位置用于通过确定所述第二端由所述液面的位置处移动至所述熔体的底部的距离以确定所述熔体的相对于所述底部的高度。
16.可选地，所述气管与驱动机构连接，所述驱动机构通过对所述气管的驱动使所述第二端进行所述移动。
17.可选地，所述气体测量装置的测量结果由设置于所述气管外部的显示装置显示。
18.可选地，所述气源还用于在所述气体测量装置测量的气压和/或气体流量上升预设值后，且，所述第二端向上移动至与所述液面分离时产生气流。
附图说明
19.通过下文中参照附图对本技术所作的描述，本技术的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本技术有全面的理解。
20.图1是根据本技术一个实施例的容器的结构示意图；
21.图2是根据本技术一个实施例的测量系统在测量时处于第一位置时的示意图；
22.图3是根据本技术一个实施例的测量系统在测量时处于第二位置时的示意图；
23.图4是根据本技术一个实施例的测量系统在测量时处于第三位置时的示意图。
24.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。
具体实施方式
25.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例的附图，对本技术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技术的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本技术的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
26.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技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
27.本技术实施例首先提供了一种容器100内熔体液位的测量系统，图1是根据本技术一个实施例的容器100的结构示意图。
28.容器100可以包括限定出具有开口的加热腔的加热件以及用于开闭开口的盖体(图中未示出)，加热腔用于将物料加热成熔体。
29.可以理解地，容器100可以为冷坩埚，冷坩埚是利用电源产生高频电流，再通过感应线圈(可以为高频感应线圈)转换成电磁流透入待加热物料内部形成涡流产生热量，实现物料的直接加热熔融。冷坩埚的加热件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，冷坩埚工作时金属管内连续通冷却水，冷坩埚内熔融物的温度可高达2000℃以上，但加热件的壁面仍保持较低温度(一般小于200℃)，使其在运行过程中物料在其内壁面形成低温区域形成一层固态的壳。冷坩埚不需要耐火材料，不用电极加热，形成的固态的壳可以减少物料对冷坩埚的腐蚀作用，延长冷坩埚的使用寿命，使得冷坩埚可以对腐蚀性物料进行处理，其中，冷坩埚的卸料口可以位于加热腔的底部。
30.冷坩埚工作时，感应线圈通入交变电流，在感应线圈内部和周围产生一个交变电磁场。由于冷坩埚的每根金属管之间彼此绝缘，所以每根管内都产生感应电流，相邻两管的截面上电流方向则相反，彼此在管间建立的磁场方向相同，向外表现为磁场增强效应。因此冷坩埚的每一缝隙处都是一个强磁场，冷坩埚如同强流器一样，将磁力线聚集到冷坩埚内的物料上，冷坩埚内的物料就被这个交变的磁场的磁力线所切割，冷坩埚内的物料中就产生感应电动势，由于感应电动势的存在，物料的熔体表面薄层内将形成封闭的电流回路，由于涡流回路产生大量的热，从而使物料熔化。
31.其中，冷坩埚可以用于两步法玻璃固化工艺，两步法玻璃固化工艺中，先使放射性待处理物料在回转煅烧炉中经过预处理，由液态转化为泥浆或者固体粉末状态，然后将预处理后物料与玻璃基料一起加入冷坩埚，并在冷坩埚内熔融成玻璃，由此，可以避免放射性物质对环境的危害。
32.容器100内熔体的液位直接影响容器100的运行状态，例如，当液面过低时，容易出现加热资源浪费的现象，当液面过高时，还容易降低加热的效果，从而导致较多熔体凝固，
难以卸料。当容器100为冷坩埚时，液面过低还会使得熔体偏离感应线圈的主功率区，导致冷坩埚对能量的利用率下降，使熔体温度下降、熔制速度降低、熔制活性降低，当冷坩埚中液位过低时，还容易出现熔体无法利用磁场能量的情况，使得冷坩埚“死机”，只能等待冷却后重新加料进行重启动。当冷坩埚内液面过高时，高温熔融的区域远离冷坩埚的埚底，造成熔体底部温度偏低，使得卸料极为困难，乃至造成无法出料的情况。因此冷坩埚在运行中需实时监测埚内液位高度，并将液位保持在适宜的高度区间内，即使冷坩埚保持在较高的熔制活性，又不能使热区过于远离埚底而影响冷坩埚的卸料。
33.由于，容器100的加热腔110内特殊的高温的环境，且容器100处理的物料可能为具有放射性的腐蚀性的物料，因此，难以在加热腔内设置一些检测液位装置来测量液位，而本技术实施例提供的这种测量系统200可以适用于容器100。
34.本技术的实施例提供的测量系统200包括气源210、气管220以及气体测量装置230。
35.气源210用于在测量系统200测量液位时产生气流。气管220的第一端连接气源210，以使气源210产生的气流由第一端流至气管220的第二端。气体测量装置230用于测量气管220内的气压和/或气体流量，可以理解地，当气体测量装置230用于测量气管220内的气压时，气体测量装置230可以为气压计，当气体测量装置230用于测量气管220内的气体流量时，气体测量装置230可以为流量计，当气体测量装置230用于测量气管220内的气压和气体流量时，气体测量装置230可以由气压计与流量计组合而成。
36.在测量系统200测量液位时，第二端由熔体的液面上方向下移动，气体测量装置230在移动的过程中测量的气压和/或气体流量上升预设值时指示对应的第二端的位置为液面的位置。
37.图2是根据本技术一个实施例的测量系统200在测量时处于第一位置时的示意图；图3是根据本技术一个实施例的测量系统200在测量时处于第二位置时的示意图。
38.如图2所示，在测量系统200开始测量液位时，气管220的第二端位于熔体的液面上方，即图2所示的第一位置即表示第二端位于熔体的液面上方的位置，此时，气源210开始产生由气管220的第一端流至气管220的第二端的气流。
39.随后，气管220的第二端继续向下移动，可以理解地，在该移动的过程中，气源210会继续产生由气管220的第一端流至气管220的第二端的气流，且气体测量装置230会在该移动的过程中持续测量气管220内的气压和/或气体流量。
40.在气管220的第二端没有与熔体的液面接触时，气流会从气管220的第二端流至环境中，从而气管220内的气压和/或气体流量不会有太大变化，也就是说，气体测量装置230的测量值不会发生太大的变化。
41.可以理解地，容器100还可以具有用于开闭加热腔的开口的盖体，盖体允许加热腔内外的空间进行少量的气体交换，相应地，盖体上设有供气管220穿过以进行液位测量的开孔。其中，容器100还可以具有门体，门体用于开闭开孔，其中，在测量系统200测量熔体的液位时，门体被打开，在测量系统200不进行对熔体的液位的测量时，门体被关闭，门体与盖体可以通过密封件密封连接，其中，密封件可以由橡胶等材料制成。
42.随着气管220的第二端的向下移动，如图3所示，气管220的第二端会与熔体的液面接触。此时，气流无法从气管220的第二端流至环境中，因此，气管220内的气压和/或气体流
量会有较大变化。因此，气体测量装置230在该移动的过程中测量的气压上升预设值时，可以表示此时气管220的第二端的位置为液面的位置，从而可以获得熔体的液位。其中，预设值的具体大小可以根据实验情况确定。
43.也就是说，根据此时气管220的第二端的高度就可以获得液面的高度，可以理解地，此时气管220的第二端的高度由气管220的第二端的初始高度减去气管220的第二端的下降高度确定。
44.在一些实施例中，液面的位置用于与第二端的移动的初始高度以及熔体的底部高度确定熔体的相对于底部的高度。可以理解地，移动的初始高度以及移动至液面接触时的移动距离可以确定液面的高度，而液面的高度减去熔体的底部高度就可以获得熔体的相对于底部的高度。由此，便于用户直观地掌握熔体的液位情况，提升用户体验。
45.在另一些实施例中，液面的位置用于通过确定第二端由液面的位置处移动至熔体的底部的距离以确定熔体的相对于底部的高度。在其他实施例中，气管220可以仅少部分插入熔体中，一般插入深度不超过10cm，由此，使得气体测量装置230的示数相较于图3所示位置时的示数变化更加明显，且相较于图3所示的位置更容易控制气管220的第二端的位置，且相较于图4所示的位置使得气管220插入的深度较少，缩短了行程。
46.图4是根据本技术一个实施例的测量系统200在测量时处于第三位置时的示意图，其中，第三位置表示气管220的第二端位于熔体的底部，在第二端由液面的位置处移动至熔体的底部的过程中，气源210可以不产生气流，以节省能源，可以理解地，第二端由液面的位置处移动至熔体的底部的距离即表示熔体的相对于底部的高度。由此，便于用户直观地掌握熔体的液位情况，提升用户体验。在其他实施例中，还可以在气管220的第二端下降的过程中持续通气，以防物料进入气管中，造成堵塞。
47.测量系统200还可以包括驱动机构，驱动机构与气管220连接，以驱动气管220，并通过对气管220的驱动使第二端进行移动。由此，提高测量系统200的自动化水平，减少用户的操作负担，并便于精准确定移动过程中的各项数据。
48.在一些实施例中，气管220可以包括水平管段以及竖直管段，水平管段的一端为气管220的第一端，水平管段的另一端连接竖直管段的上端，竖直管段的下端为气管220的第二端。
49.驱动机构可以为与水平管段连接的伸缩机构，驱动机构可以伸缩，从而使得水平管段上下移动，水平管段上下移动时，相应的，气管220的第二端也会跟着上下移动。这种气管220的形状可以便于驱动机构的布置，从而提升用户体验。
50.可以理解地，气管220可以由不锈钢制成，从而使得熔体为具有腐蚀性的放射性物料时，气管220也不易损坏，延长气管220的使用寿命。
51.其中，在一些实施例中，水平管段以及竖直管段可以一体成型，从而避免装配的工序，简化生产工艺，提升生产效率。在另一些实施例中，水平管段与竖直管段之间可以通过螺纹、卡扣等各种方式连接，且连接处可以设置有密封件，从而保证气管220内的气密性，从而保证测量结果的准确性，其中，密封件可以由橡胶等材料制成。
52.在其他实施例中，气管220可以仅包括竖直管段，驱动机构直接驱动该竖直管段上下移动，这种气管220结构简单，便于加工制造。
53.测量系统200还可以包括显示装置，显示装置设置于气管220外部，用于显示气体
测量装置230的测量结果。气体测量装置230设置于气管220内以测量气管220内的气压和/或气体流量时，用户不便于观测到气压和/或气体流量的变化，因此，在气管220外设置显示装置，从而便于用户观测到气体测量装置230的观测结果，提升用户体验。
54.在一些实施例中，显示装置可以固定于气管220外，从而便于对测量系统200的收纳。在另一些实施例中，显示装置可以通过连接线路与气体测量装置230电连接，并配置成在气管220移动时，不随气管220移动，从而便于用户通过显示装置观看气体测量装置230的计数。
55.在一些实施例中，气源210还用于在气体测量装置230测量的气压和/或气体流量上升预设值后且第二端向上移动至与液面分离时产生气流。也就是说，在气管220的第二端已经与熔体的液面接触了，且再向上移动至与熔体的液面分离后，气源210还可以产生气流，从而避免气管220内附着有部分熔体。其中，此时产生的气流的强度可以大于气管220的第二端由熔体的液面上方向下移动时气源210产生的气流，以提高去除附着物的效果，从而提升用户体验，气流的强度的具体大小可以根据实际情况或实验情况确定，例如，可以根据测得的熔体的液位来确定，可以理解地，当熔体的液位越高时，表明气管220内的附着物越多，此时，可以使用于去除附着物的气流的强度加大，从而保证对附着物的去除效果，当熔体的液位越低时，表明气管220内的附着物相对较少，此时，可以使用于去除附着物的气流的强度降低，从而节省能源。
56.本技术的实施例提供的这种测量系统200可以简单有效地测量出容器100内熔体的液位，且可以有效避免测量系统200损坏，提升了用户体验，并且，这种本技术的实施例提供的这种用于容器100的测量系统200可以在容器100运行时进行测量。
57.本技术的实施例还提供了一种容器100内熔体液位的测量方法，本技术提供的这种熔体的液位的测量方法包括：将第一端连接产生气流的气源210的气管220的第二端置于所述熔体的液面上方，所述气源210产生的所述气流由所述第一端流至所述第二端；使所述第二端向下移动，并在所述移动的过程中利用气体测量装置230测量所述气管220内的气压和/或气体流量，在所述气压和/或气体流量上升预设值时确定对应的所述第二端的位置为所述液面的位置。
58.在一些实施例中，所述液面的位置用于与所述移动的初始高度以及所述熔体的底部高度确定所述熔体的高度。
59.在一些实施例中，所述液面的位置用于通过确定所述第二端由所述液面的位置处移动至所述熔体的底部的距离以确定所述熔体的高度。
60.在一些实施例中，所述气管220与驱动机构连接，所述驱动机构通过对所述气管220的驱动使所述第二端进行所述移动。
61.在一些实施例中，所述气体测量装置230的测量结果由设置于所述气管220外部的显示装置显示。
62.在一些实施例中，所述气源210还用于在所述气体测量装置230测量的气压和/或气体流量上升预设值后，且，所述第二端向上移动至与所述液面分离时产生气流。
63.本技术的实施例中提供的这种测量方法中使用的容器100、气源210、气管220、气体测量装置230、驱动装置以及显示装置等各种装置的其他相关内容以及测量的具体实现过程可以参照前述实施例相关内容，此处不再赘述。本技术的实施例提供的这种测量方法
可以简单有效地测量出容器100内熔体的液位，且可以有效避免用于测量液位的各部件损坏，提升了用户体验，并且，这种本技术的实施例提供的这种用于容器100的测量方法可以在容器100运行时进行测量。
64.对于本技术的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术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。
65.以上，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。