專利名稱：用于具有潛在危險的廢料的旋轉爐的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種爐，特別是一種用于具有潛在危險的廢料的旋轉爐，主要用于放射性和有毒廢料。
一系列的廢料具有顯著的潛在危險，這就要求必須進行進一步的處理。已知各種不同的爐型，例如用于處理有毒的和/或放射性廢料的感應爐、電弧爐或者等離子爐。特別是等離子爐內的惰性氣氛以及10000℃到15000℃高的電弧溫度會導致待處理的材料完全分解。這些材料的固體殘渣能夠重新在玻璃基體中固定并相對于環(huán)境密封。
在EP 0 636 839 B1中描述了一種具有這種等離子燃燒器能量源的旋轉爐。等離子旋轉爐的圓柱形爐腔具有設置在旋轉軸線中的中央澆鑄孔，分解的廢料的玻璃化的殘渣通過該澆鑄孔進行澆鑄。借助于轉換的與爐的底部或者其部件電連接的電弧等離子燃燒器供給用于分解所必要的能量。
通常在爐底中使用石墨塊或者導電的、耐熱的壓實材料用于轉換的直流電等離子燃燒器的電連接。但是這些導電材料具有一系列缺點。根據待處理的熔化物的化學成分，這些導電材料使用壽命不夠。爐子或者爐底爐襯只能時間上有限地經受運行負荷。這就需要經常更新爐底爐襯。另一方面由于石墨塊或者壓實材料良好的導熱性在與爐底爐襯相鄰的爐子結構處會出現熱負荷。這里甚至可能需要主動冷卻。在由導電材料制成的爐底爐襯的情況下不能設置安全絕緣層，該絕緣層可以防止爐子破裂進入到位于其下的爐子結構中的危險。
本發(fā)明的任務在于避免現有技術的缺點，特別是提供一種用于等離子燃燒技術和熔化技術的在爐底中具有改善的電流傳導性能的爐子，并延長使用壽命。
該任務通過一種按獨立權利要求的特征所述爐子解決。
按本發(fā)明的用于等離子燃燒技術和熔化技術的爐包括具有爐底和爐側壁的爐池(離心機)，其中爐子離心機在內側具有耐熱和耐化學腐蝕的爐襯材料，以及優(yōu)選布置在旋轉爐的旋轉軸線中的澆鑄孔。通過有抵抗力的爐襯材料電極穿入爐腔中。
本發(fā)明通過將到目前為止組合的電引線和對燃燒影響有抵抗能力的爐結構屏障分離提供了一系列的優(yōu)點。通過將爐池用合適的耐熱和耐化學腐蝕的爐襯材料進行覆蓋顯著延長了旋轉爐的使用壽命，因為爐襯材料不必用于導通電流的。使用緊密地被爐襯材料包圍的電極一方面使得電流更可靠地輸入，以及在控制技術方面得到了改善。對于將電極布置在爐襯材料中重要的是，在給定的運行條件下保證了均勻的電流輸送。這意味著盡管逐步地輸入電能，但是在旋轉爐旋轉時在爐池中實現了產生盡可能均勻的電弧等離子。也就是電極在底面上相互間以預定的間距布置，從而可以避免等離子燃燒器電弧的中斷。最大間距取決于電參數，例如電壓、電流、與等離子電極的距離以及材料特別是流動的、粘滯性的或者可能的話主要是固體的材料的傳導能力，這些材料在運行期間位于爐池內。除了這些材料的傳導能力，爐池的這種裝料的厚度也對最大間距有影響。對于本領域的普通技術人員來說，該最大間距可以根據經驗以及給定的工作參數方便地獲得。產生均勻的等離子也就是最好意味著根據通過調節(jié)預定的參數的恒定的能量流/電流。
最好每平方米爐底面積布置至少60個電極。電極的數量也取決于爐的幾何形狀、電極的尺寸、等離子燃燒器功率以及待處理的廢料種類。例如對于具有較小的橫截面的電極必須使用更多的電極。
最好在按本發(fā)明的旋轉爐中使用由鋼或者銅合金制成的電極。這種電極具有多個的優(yōu)點。一方面這種電極的材料具有非常良好的導電性，從而可以選擇比較小的電極尺寸，并且所施加的電參數、主要是電壓可以保持較低。另一方面，電極可以與爐池的爐襯分開制造和更換，由此在制造和保養(yǎng)時可以實現進一步的成本優(yōu)勢。
電極的橫截面的尺寸最好在5和60mm之間，優(yōu)選在10和50mm之間。電極的長度在250和800mm之間，最好在300和700mm之間，或者根據所要求的底部爐襯厚度確定。在選擇電極時最好選擇統(tǒng)一的橫截面尺寸，由此可以容易地制造爐底的爐襯。由于爐底向著布置在中央的、也就是旋轉軸線中的澆鑄孔的必要的傾斜，所使用的電極的所要求的長度可以根據到澆鑄孔的距離改變。
用于爐池的爐襯材料最好從在爐子制造中通常使用的有抵抗能力的材料中選擇。示例性的材料如澆鑄材料、壓實材料、澆鑄的或者擠壓的型磚、特別是剛玉、鉻剛玉和/或富含礬土的混合物。也可以考慮這些不同材料的組合。爐襯材料或者耐火材料的選擇可以基本上滿足使用壽命方面的要求，而不必大大地被電流輸入的要求限制。同樣有利的是澆鑄孔作為中央孔構造在爐襯材料的整體式部件(澆鑄塊)中。由此保證了流出的熔化物不會在澆鑄孔的區(qū)域中出現爐結構的損壞。澆鑄塊與其余爐底的結構上的分離簡化了爐池的制造和維護。由材料腐蝕引起的澆鑄孔的擴張可以通過選擇相應的內襯材料來減小或者甚至避免。
在另一種實施方式中，電極在爐底爐襯的下側與最好由鋼制成的爐底承載結構導電連接。爐底爐襯在此最好具有層結構。該層結構包括作為內側上的、也就是面向反應室的一側上的爐襯材料層和至少一層穩(wěn)定層或者絕緣層。穩(wěn)定層或者絕緣層基于爐底承載結構上。該爐底承載結構是導電的并且借助于多個電刷連接在電路上。當電極直接與爐底承載結構形狀配合連接時獲得了特別良好的穩(wěn)定性。
電極最好以其縱軸線相對于爐底承載結構的表面略微傾斜地布置。這種布置避免了在電極和周圍的爐襯材料之間的過渡區(qū)域中的結構上的薄弱位置。
由于爐底的傾斜和最好水平的爐底承載結構，電極的接觸面在與承載結構的分界面上具有橢圓形的橫截面。
下面根據附圖詳細說明本發(fā)明。
附圖示出

圖1示出了旋轉爐的橫截面；圖2示出了爐底的俯視圖。
圖1給出了按本發(fā)明的爐1的簡化視圖。爐1包括爐池2以及用于爐池2的爐底承載結構9。爐池包括用于爐壁爐襯4的支承結構8、穩(wěn)定或者絕緣結構10、11、12以及具有布置在中央的、也就是與旋轉軸線R重合的澆鑄孔6的澆鑄塊13。爐壁爐襯4和爐底爐襯3由穩(wěn)定或者絕緣層10、11、12支承。在爐底爐襯3中在四個繞著澆鑄孔6同心布置的圓上布置了用于產生等離子電弧的供電的電極7。電極除了爐襯3還穿過穩(wěn)定或者絕緣層10、11、12，并與爐底承載結構9保持電接觸。電刷14在圖1中示出。
爐底承載結構9具有向上敞開的U型橫截面輪廓，從而包圍支承結構8。在爐底承載結構9的外圍側面上通過電刷14、其支架15和纜線16建立電連接用于閉合用于產生等離子的電路。借助于驅動單元20使旋轉爐旋轉。驅動單元20作用在齒圈19上，齒圈19與具有爐池2的爐底承載結構9的支承支架18連接。支承支架18也支撐在位置固定的支承物17上。通過爐1的旋轉速度的匹配在旋轉爐運行期間使置入爐池2的玻璃材料由于離心力壓在爐側壁4上。為了使爐清空，降低爐的旋轉速度，使得流出量在考慮爐底3的存在的傾角的情況下流向澆鑄孔6。
在圖2中再次給出了電極7的特殊布置。在四個不同大小的環(huán)繞澆鑄孔6同心的圓上各布置了30個電極7。由鋼St 37-2制成的電極7的直徑為15mm，并且長度在411和436mm之間。長度差由于爐底3的傾斜和水平布置的爐底承載結構9引起，在此各個較長的電極7布置在具有相應較大周長的圓上。根據該實施例，直徑差分別為200mm，其中最小的圓直徑為1085mm。爐側壁4的內直徑為2041mm。澆鑄孔6的直徑為80mm，澆鑄塊13在爐底3上的外直徑為460mm或者640mm。
旋轉爐1的各個組件的順序按從外到內依次如下布置通過纜線16、支架15和電刷14的電連接在俯視圖中位于支承結構18的上方。例如由銅合金制成的電刷14靠在爐底承載結構9的外圓周上。向著爐中心的方向依次是支承結構8以及爐池2的內襯5。內襯5由澆鑄材料、壓實材料、澆鑄或者擠壓的型磚制成，特別是由剛玉、鉻剛玉和/或富含礬土的混合物制成。在俯視圖中可以清楚地看到電極7相對于相鄰的布置圓上的電極徑向錯開地布置。在一個圓內電極分別隔開12°的角度A1。兩個在徑向上相外依次連續(xù)的布置圓上的電極7的最小角度A2為6°。電極7的布置以及其尺寸設計用于最大功率為1.2MW或者最大工作電流為2000A的等離子燃燒器的電流強度。
對于改變的運行條件，電極的尺寸以及布置需要進行相應匹配。
權利要求
1.旋轉爐(1)，其具有作為能量源的等離子燃燒器，還包括具有爐底(3)和爐側壁(4)的爐池(2)，其中爐池(3)在內側具有耐熱和耐化學腐蝕的爐襯材料(5)，并且還有澆鑄孔(13)，其特征在于多個電極(7)穿過爐底(3)的爐襯材料(5)。
2.按權利要求1所述的旋轉爐(1)，其特征在于布置所述電極，使得保證可靠的電流。
3.按權利要求1所述的旋轉爐(1)，其特征在于在所述產生等離子的區(qū)域中每平方米的爐底(3)的面積布置至少60個電極(7)。
4.按權利要求1或者2所述的旋轉爐(1)，其特征在于所述電極(7)由鋼或者銅合金制造。
5.按前述權利要求任一項所述的旋轉爐(1)，其特征在于所述電極(7)橫截面的尺寸在5和60mm之間，優(yōu)選在10和50mm之間，并且長度在250和800mm之間，優(yōu)選在300和700mm之間。
6.按前述權利要求任一項所述的旋轉爐(1)，其特征在于爐襯材料(5)從由澆鑄材料、壓實材料、澆鑄或者擠壓的型磚、特別是剛玉、鉻剛玉和/或富含礬土的混合物組成的組中選擇或者是這些材料的組合。
7.按前述權利要求任一項所述的旋轉爐(1)，其特征在于所述電極(7)與爐底爐襯(3)下方的爐底承載結構(9)導電連接。
全文摘要
在旋轉爐(1)中用于產生轉換的交流電等離子電弧的必要的電流按本發(fā)明通過在爐底(3)內布置多個電極(7)進行。電極(7)的空間布置以及其尺寸主要受預定的運行條件影響。
文檔編號F23G5/10GK1882806SQ200480034051
公開日2006年12月20日 申請日期2004年7月3日 優(yōu)先權日2003年11月18日
發(fā)明者R·伊內亨 申請人:茲維拉格中間機架維倫林根股份公司