坩埚及用于其腔体的盖体、物料处理设备

技术领域

本申请涉及坩埚技术领域，具体涉及一种坩埚及用于其腔体的盖体、物料处理设备。

背景技术

坩埚可以对物料进行高温加热处理，例如，坩埚可以为冷坩埚。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。

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。

根据使用方式不同，可以把电磁冷坩埚分为间歇式和连续铸造式2种，但是基本原理一样，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。

有些物料的加热过程需要有启动介质来触发。然而，相关技术中是在坩埚内加入启动玻璃，然后将启动材料置于启动玻璃上；然后启动电源，选择适宜的功率启动加热启动材料并逐步增加功率，以使启动材料被逐渐加热至燃烧；然后向坩埚内通入氧气，加速启动材料的燃烧直至其燃尽；最后停止向坩埚内通入氧气，保持电源的功率，使得坩埚内的玻璃不断熔融至完全熔融。这样方式容易由于误操作而导致加热反应的直接进行，由于启动材料是置于启动玻璃上的，那么在将附有启动材料的启动玻璃加入坩埚后，只要开启电源就会使得反应直接进行，若此时不小心开启电源会导致反应直接进行。如何避免坩埚由于误操作而导致加热反应的直接进行成为亟待解决的技术问题。

发明内容

根据本申请的第一个方面，提供了一种用于坩埚的腔体的盖体，所述腔体限定出用于对物料进行加热的加热腔，所述加热腔具有开口，所述盖体用于开闭所述开口，其中，所述盖体开设有投递口，所述投递口用于在所述盖体封闭所述开口时提供所述加热腔外的启动介质进入所述加热腔的至少部分路径，所述启动介质用于在受热时触发所述加热腔内的物料的加热过程。

可选地，所述盖体包括：本体，所述本体开设有所述投递口；第一导向管，所述第一导向管限定出具有与所述投递口连通并向所述加热腔外延伸的第一管孔，所述第一管孔用于在所述盖体封闭所述开口时提供所述加热腔外的启动介质进入所述加热腔的至少另一部分路径；和/或第二导向管，所述第二导向管限定出具有与所述投递口连通并向所述加热腔内延伸的第二管孔，所述第二管孔用于在所述盖体封闭所述开口时提供所述加热腔外的启动介质进入所述加热腔的至少又一部分路径。

可选地，所述第一管孔的延伸方向与所述第二管孔的延伸方向相同。

可选地，所述本体包括：顶壁；侧壁，由所述顶壁的周缘向下延伸，所述侧壁开设有所述投递口。

可选地，所述顶壁还开设有进料口，所述进料口用于在所述盖体封闭所述开口时提供所述加热腔外的物料进入所述加热腔的至少部分路径。

可选地，所述进料口开设于所述顶壁。

可选地，所述第二导向管以及所述进料口在水平平面上的投影不具有重合部分。

可选地，所述第二管孔沿水平方向延伸。

可选地，盖体还包括：门体，设置于所述第一导向管远离所述投递口的一端，用于开闭所述第一管孔远离所述投递口的管口。

可选地，所述门体与所述第一导向管的下端枢转连接，以通过枢转实现对所述管口的开闭。

根据本申请的第二个方面，提供了一种坩埚，包括：腔体，所述腔体限定出用于对物料进行加热的加热腔，所述加热腔具有开口；上述任一所述盖体，所述盖体用于开闭所述开口。

根据本申请的第三个方面，提供了一种物料处理设备，其中，包括：炉具，所述炉具将放射性物料加热成浆状或粉末状；上述的坩埚，用于接收并加热玻璃基料以及浆状或粉末状的所述放射性物料，以获得固化玻璃。

附图说明

通过下文中参照附图对本申请所作的描述，本申请的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本申请有全面的理解。

图1是根据本申请一个实施例的盖体的结构示意图；

图2是根据本申请另一个实施例的盖体的结构示意图；

图3是根据本申请一个实施例的坩埚的结构示意图；

图4是根据本申请一个实施例的物料处理设备的结构示意图。

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

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请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申请的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

本申请的实施例首先提供了一种用于坩埚的腔体100的盖体200，腔体100限定出用于对物料进行加热的加热腔110，加热腔110具有开口，盖体200用于开闭开口。图1是根据本申请一个实施例的盖体200的结构示意图，图2是根据本申请另一个实施例的盖体200的结构示意图，图3是根据本申请一个实施例的坩埚的结构示意图。

可以理解地，坩埚可以为冷坩埚，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。冷坩埚的腔体100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，但腔体100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110的底部。

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，将磁力线聚集到坩埚内的物料上，坩埚内的物料就被这个交变的磁场的磁力线所切割，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。

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，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。

在坩埚中，部分物料的加热过程，例如，非金属材料从室温加热到熔点这一过程一般不能由感应方法来直接完成，而需要用外部加热源。外部加热源在坩埚内部材料中心处先建立一个熔化的“种区”，这一熔化的“种区”吸收高频磁场的能量后逐步扩大，最终实现对全部材料的熔化。“种区”的形成可以采用启动介质的投递来实现，其中，启动介质可以是导电的高熔点金属块等。

本申请的实施例提供的盖体200开设有投递口211，投递口211用于在盖体200封闭开口时提供加热腔110外的启动介质进入加热腔110的至少部分路径，启动介质用于在受热时触发所述加热腔110内的物料的加热过程。

本申请的实施例提供的这种盖体200可以满足需要有启动介质触发加热的物料的加热，可以在物料需要加热时进行启动介质的投递，相比于将启动介质直接附着在物料上可以避免误操作导致加热的产生。

在本申请的一些实施例中，盖体200包括本体210以及第一导向管220，本体210开设有投递口211。第一导向管220限定出具有与投递口211连通并向加热腔110外延伸的第一管孔，第一管孔用于在盖体200封闭开口时提供加热腔110外的启动介质进入加热腔110的至少另一部分路径。可以理解地，第一导向管220可以为启动介质进行导向，并且还可以使得启动介质在投递时避免与坩埚的壁面接触，从而保证坩埚运行的安全性。

在本申请的另一些实施例中，盖体220包括本体210以及第二导向管230，本体210开设有投递口211。第二导向管230限定出具有与投递口211连通并向加热腔110内延伸的第二管孔，第二管孔用于在盖体200封闭开口时提供加热腔110外的启动介质进入加热腔110的至少又一部分路径。可以理解地，第二导向管230可以为启动介质进行导向，并且还可以使得启动介质在投递时避免与坩埚的壁面接触，从而保证坩埚运行的安全性。

在本申请的其他实施例中，如图2所示，盖体200可以包括本体210、第一导向管220和第二导向管230。本体210开设有投递口211。第一导向管220限定出具有与投递口211连通并向加热腔110外延伸的第一管孔，第一管孔用于在盖体200封闭开口时提供加热腔110外的启动介质进入加热腔110的至少另一部分路径。第二导向管230限定出具有与投递口211连通并向加热腔110内延伸的第二管孔，第二管孔用于在盖体200封闭开口时提供加热腔110外的启动介质进入加热腔110的至少又一部分路径。可以理解地，第一导向管220以及第二导向管230可以为启动介质进行导向，并且还可以使得启动介质在投递时避免与坩埚的壁面接触，从而保证坩埚运行的安全性。

当盖体200包括本体210、第一导向管220和第二导向管230时，第一导向管220和第二导向管230可以一体成型，从而提高盖体200的生产效率。第一导向管220和第二导向管230也可以不是一体成型的，例如，可以是通过焊接、螺纹连接等各种方式连接而成。

在一些实施例中，第一管孔的延伸方向与第二管孔的延伸方向可以相同，由此，启动介质在投递过程的路径简单，便于实现启动介质的投递。

本体210可以包括顶壁212以及侧壁213，侧壁213由顶壁212的周缘向下延伸，侧壁213开设有投递口211。由于便于操作人员进行启动介质的投递，尤其是当坩埚的整体的体积较大时，能方便操作人员投递启动介质，

顶壁212还可以开设有进料口214，进料口214用于在盖体200封闭开口时提供加热腔110外的物料进入加热腔110的至少部分路径。由此，在盖体200封闭开口时，物料也能进入加热腔110。

进料口214可以开设于顶壁212，由此，物料在进入加热腔110中过程中可以利用重力自然下落，其中，进料口214可以连接回转煅烧炉的出料口，以接收回转煅烧炉的出料。

第二导向管230以及进料口214在水平平面上的投影不具有重合部分。由此，避免物料的下落被第二导向管230遮挡，并同时避免启动介质的投递路径被物料遮挡，保证坩埚的正常运行。

在本申请的一些实施例中，第二管孔可以沿水平方向延伸，由此，启动介质在投递过程中即使掉落至第二导向管内也不会在重力作用下滚动，从而保证坩埚运行的安全。

盖体200还可以包括门体240，门体240设置于第一导向管220远离投递口211的一端，用于开闭第一管孔远离投递口211的管口。由此，可以保证坩埚在运行时使得加热腔110处于相对稳定、密封的环境，保证加热的效果。

在本申请的一些实施例中，门体240与第一导向管220的下端枢转连接，以通过枢转实现对管口的开闭。由此，可以避免打开门体240时门体240在重力作用下封闭管口而对启动介质的投递过程产生影响，从而提升用户体验，保证投递过程的顺利进行。

在本申请的其他实施例中，门体240与第一导向管220的连接可以通过其他方式实现，例如，通过卡扣等方式来实现。其中，门体240与第一导向管220的连接处可以设置有密封件，从而实现门体与导向管220间的密封连接。

本申请的实施例还提供了一种坩埚10，如图3所示，坩埚10包括腔体100以及上述任一盖体200。腔体100限定出用于对物料进行加热的加热腔110，加热腔110具有开口，盖体200用于开闭开口。其中，腔体的其他相关内容可以参照前述实施例，在此不再赘述。

本申请的实施例还提供了一种物料处理设备，图4是根据本申请一个实施例的物料处理设备的结构示意图，物料处理设备包括炉具300以及上述腔体。

炉具300将放射性物料加热成浆状或粉末状，腔体用于接收并加热玻璃基料以及浆状或粉末状的所述放射性物料，以获得固化玻璃。

其中，炉具300可以为回转煅烧炉，回转煅烧炉传热过程主要包括炉内、炉壁和炉外三部分。回转炉内的温度依次分几个不同温度逐渐升高的区域，物料在炉内高温状态下持续时间长，炉内气体湍流程度高，搅拌效果好，且气、固体接触良好，物料在回转炉高温状态下持续时间长，有利于物料煅烧处理，炉内无移动的机械组件，操作稳定，控制方便，能实现连续出料，产生的二次废物较少，同时煅烧后的氧化物比表面积大，易于后续固化处理。

本申请的实施例提供的这种盖体200、坩埚以及物料处理装置可以满足需要有启动介质触发加热的物料的加热，可以在物料需要加热时进行启动介质的投递，相比于将启动介质直接附着在物料上可以避免误操作导致加热的产生。

对于本申请的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请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。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。