[發(fā)明專利]感應(yīng)爐和用于處理待存儲(chǔ)的金屬?gòu)U料的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201480008553.X
• 申請(qǐng)日: 2014-02-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104981672B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅歇·博恩;阿曼德·博納迪爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 原子能和替代能源委員會(huì);阿雷瓦核廢料回收公司
• 主分類號(hào): F27B14/06
• 分類號(hào): F27B14/06;F27B14/10;F27B14/14;F27D11/06
• 代理公司: 北京派特恩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11270
• 代理人: 武晨燕,王艷波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種設(shè)計(jì)成熔融金屬?gòu)U料的感應(yīng)爐以及用于該金屬?gòu)U料的處理方法。

背景技術(shù)

一些金屬?gòu)U料或其它廢料由于其中含有的危險(xiǎn)、污染或有毒成分而可以被長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)在適當(dāng)?shù)娜萜髦小U料預(yù)先熔融是有利的以便減小其體積。預(yù)先熔融還將比金屬更可還原的污染物分散到最終獲得的錠塊的整個(gè)體積中，并且通過(guò)適當(dāng)?shù)幕衔?如有可能，基于氧化物的熔渣)將比金屬更可氧化的污染物轉(zhuǎn)移到熔渣中。因而，所獲得的結(jié)果是通過(guò)減少暴露于腐蝕的金屬的自由表面實(shí)現(xiàn)的良好的限制性并由此減小危險(xiǎn)元素的進(jìn)一步氧化的風(fēng)險(xiǎn)。

存在有許多類型的熔融爐。感應(yīng)加熱被最經(jīng)常使用，于是圍繞傾倒有廢料的坩堝布置勵(lì)磁線圈。勵(lì)磁線圈在廢料中產(chǎn)生高強(qiáng)度電流，使熱量足以導(dǎo)致熔融。坩堝通常需要通過(guò)冷流體(通常為水)的持續(xù)循環(huán)被冷卻，流體容納在相鄰于坩堝或形成在坩堝中的管道中。專利FR-2 835 620-A中描述了這種類型的感應(yīng)爐的一個(gè)示例。

設(shè)計(jì)者自己發(fā)現(xiàn)面臨著各種困難。首先，由來(lái)自熔體的熱量、熔體的腐蝕性和由于熔體與冷卻回路之間的小距離造成的不均勻膨脹產(chǎn)生的惡劣的熱、化學(xué)和機(jī)械效應(yīng)作用于坩堝。坩堝的由于浸沒(méi)在熔體中而最暴露于損害的內(nèi)表面通常由陶瓷耐火覆層構(gòu)成，坩堝的其余部分為金屬，但由于不均勻膨脹在金屬和陶瓷的界面處非常高，存在有金屬與陶瓷之間分離的風(fēng)險(xiǎn)或陶瓷崩落的風(fēng)險(xiǎn)。有必要防止會(huì)導(dǎo)致熔體與冷卻水之間的混合的坩堝的破損。施加到坩堝的力會(huì)導(dǎo)致過(guò)早磨損或甚至破損，繼之以熔體與冷卻水之間混合的危險(xiǎn)。

還有必要防止由于坩堝的壁中產(chǎn)生的寄生電流導(dǎo)致的感應(yīng)能量的過(guò)度消耗。這通常通過(guò)將坩堝分成區(qū)段克服，換言之，將坩堝分成由絕緣接頭分隔的角形區(qū)段，但接著在坩堝的內(nèi)表面處出現(xiàn)了另外的困難，其中這些接頭暴露于熔體并且由于不均勻膨脹加劇(由于不同材料之間的界面的數(shù)量增多)而產(chǎn)生問(wèn)題。盡管不是所有遇到的問(wèn)題都得到了解決，但在WO-03/067 166-A中公開(kāi)了區(qū)段覆有陶瓷這種設(shè)計(jì)。

其它困難出現(xiàn)在處理過(guò)程中。在該處理過(guò)程期間，在熔融結(jié)束時(shí)熔融金屬可以被傾倒到錠模中，或以錠塊的形式逐漸取出。所述第一處理過(guò)程會(huì)導(dǎo)致在傾倒期間金屬與其熔渣之間的不期望的混合，而基于冷坩堝的使用的第二處理過(guò)程涉及靠近錠塊取出孔的金屬的固化，因此熔融金屬和冷卻水必須彼此非常靠近并因此由于坩堝的故障而導(dǎo)致事故增大的危險(xiǎn)情。在所有處理過(guò)程中，安裝必須是不漏損的，以防止由于熔融金屬產(chǎn)生的蒸汽散播。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是至少部分地克服所述各種困難。首先是基于對(duì)安全熔融過(guò)程的需要，其中，在熔融期間由于坩堝故障或在最后傾倒期間由熔體的溢出和分散造成事故的風(fēng)險(xiǎn)將被消除。并且在設(shè)計(jì)本發(fā)明時(shí)，努力獲得具有可接受電損耗的坩堝，并且該坩堝還是堅(jiān)固和耐久的。

首先，熔融由核能產(chǎn)生的廢料的處理的正常設(shè)計(jì)是使用具有金屬殼體的坩堝來(lái)保持。金屬殼體不遭受意外故障并且容易將冷卻回路集成到其中，但感應(yīng)導(dǎo)致的電能損耗是過(guò)度的，除非坩堝由被絕緣接頭分隔的區(qū)段構(gòu)成，如上所述；但必須保證靠近于熔體的接頭的保護(hù)。

因此，本發(fā)明的一個(gè)特征構(gòu)思是將裝置分解成構(gòu)造的殼體和殼體中的內(nèi)部容器(現(xiàn)在形成坩堝)。坩堝包括耐火材料的內(nèi)層、金屬外層和一般而言的中間層。內(nèi)層不管所達(dá)到的溫度限制熔融材料，外層提供機(jī)械強(qiáng)度和坩堝抵抗耐火材料失效風(fēng)險(xiǎn)的內(nèi)聚力，并且中間層選擇成吸收不均勻熱膨脹并且如果可能的話提供保護(hù)外層的金屬不被過(guò)度加熱的熱絕緣。與殼體不同，坩堝圍繞圓周是連續(xù)的，以便保證其內(nèi)聚力和不滲透性。因而，外層受到電損耗的影響，所述電損耗是重要的但只要遵守了發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的一些設(shè)計(jì)規(guī)則實(shí)際上是可以接受的并且甚至是低的。并且具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的坩堝可以專用于單獨(dú)裝料并且可以在熔融之后用作該裝料的最終容器：坩堝被升出到殼體外部并且運(yùn)離，然后被用于下次裝料的新的坩堝替換。取消了傾倒熔融廢料的困難步驟，并且保持了坩堝結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，這對(duì)于保證限制廢料和防止輻射泄漏是重要的。完整的坩堝只需要放入到為它們?cè)O(shè)計(jì)的密封存儲(chǔ)容器中。坩堝以具有間隙的方式被安裝到殼體中，間隙在所有溫度下都存在，因?yàn)檑釄宓耐鈱雍蜌んw正常地由相同金屬或具有相似膨脹系統(tǒng)的金屬制成。

將裝置分成彼此嵌套的兩部分(坩堝和殼體)已經(jīng)在US-7 197 061-B中和DE-22 43 769-A中完成和公開(kāi)，然而在US-7 197 061-B的情況下，殼體和坩堝由耐火材料制成，耐火材料在這種情況下不可能用于需要高安全性的應(yīng)用，DE-22 43 769-A中的內(nèi)容是類似的。