專利名稱：感應(yīng)爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的主題是用于煅燒和玻璃化有機(jī)材料，玻璃化放射性或者非放射性的廢料，玻璃化危險(xiǎn)廢料和熔融耐火體的感應(yīng)爐的爐膛和爐床。
這樣的熔爐的結(jié)構(gòu)大致包括一個(gè)耐火的混凝土構(gòu)成的爐床，該爐床包括一些冷卻水管路，在這些管路上安裝了一個(gè)稱作爐膛的側(cè)壁，所述的側(cè)壁被感應(yīng)繞組圍繞，在這些感應(yīng)繞組以高于100kHz的頻率形成電流循環(huán)，該高頻電流是在爐膛內(nèi)部產(chǎn)生能量以便熔化其中的材料的能量源。這些熔爐主要用于煅燒和玻璃化有機(jī)材料，玻璃化放射性的或者非放射性的廢棄物和熔融耐火體。能使用這樣的裝置的工業(yè)是包括核廢料和危險(xiǎn)廢料的廢棄物處理工業(yè)，以及玻璃工業(yè)。
爐膛的側(cè)壁一般是磁場可穿透的金屬材料。該側(cè)壁含有一個(gè)冷卻管路，以便首先，使側(cè)壁可以抵抗所達(dá)到的能夠熔化如玻璃的耐火材料的高溫，然后，補(bǔ)償在所述結(jié)構(gòu)中通過焦耳作用消散的電能。這樣的爐膛稱作“冷爐膛”。另外爐膛壁一般分為垂直扇形件，通過加入一種電絕緣體將扇形件的縱向表面連接，從而限定了在所述壁中感應(yīng)的電流，這些感應(yīng)電流導(dǎo)致在感應(yīng)器和爐膛中的內(nèi)含物之間產(chǎn)生熱損失和電磁耦合。垂直扇形件以桶板方式設(shè)置。冷卻管路通常包括在每個(gè)扇形件上穿孔的垂直通道。
爐膛的側(cè)壁的扇形件必須被整體保持。一種第一方法在于使?fàn)t膛環(huán)繞有環(huán)形箍，該環(huán)形箍由水泥或者浸漬了彈性體或者環(huán)氧樹脂的玻璃織物實(shí)施。另外的提供更大的結(jié)合的方法在于將扇形件彼此焊接在感應(yīng)器上面的圓形凸緣上，在圓形凸緣上磁場強(qiáng)度較小。一種本發(fā)明優(yōu)選的安裝方法是用螺絲將包括胴節(jié)的垂直扇形件連接在感應(yīng)器的上面的圓形凸緣上。為了易于組裝，這些扇形件在安裝到胴節(jié)外部的部分上裝備了一些連接爪。
支撐該胴節(jié)的爐床包括一些金屬殼體或者包括一些不同截面(圓形，方形，矩形)的金屬管，該金屬殼體被一個(gè)冷卻管路穿過，該冷卻管路設(shè)置在耐火混凝土中，該金屬管平行或者成人字形安裝并且設(shè)置在耐火混凝土中。所述的殼體或者管彼此間隔耐火混凝土的寬度。其中的一個(gè)表面設(shè)置成與熔爐的熔融內(nèi)含物完全相對。殼體的形狀，完全象所述管那樣，可以是不同的矩形，三角形等。
已知的爐膛和爐床具有如下面所述的缺陷。為了在熔融的玻璃浴上燃燒-玻璃化有機(jī)材料，或者感應(yīng)爐中耐火體的熔融，必須使用比在其它應(yīng)用中更大的頻率和熱量。電氣短路的危險(xiǎn)可以出現(xiàn)在構(gòu)成冷卻爐膛的金屬元件(扇形件，凸緣)和構(gòu)成爐膛爐床支撐的金屬元件(冷卻金屬殼體)之間和爐膛和爐床的元件之間。這些短路甚至出現(xiàn)在爐膛的扇形件和爐床的殼體之間的電絕緣寬度很大時(shí)。
并不是排他地，電氣短路可以發(fā)生在爐膛的扇形件和爐床的殼體之間，因?yàn)樵谌紵袡C(jī)材料時(shí)在內(nèi)壁上存在有沉積的炭，或者因?yàn)樵诓Ａг∩闲纬闪肆蛩猁}池面，該硫酸鹽池進(jìn)入扇形件之間與不同的扇形件和電絕緣體接觸，或者例如當(dāng)熔融耐火氧化物時(shí)排出大量的水。所述短路導(dǎo)致對設(shè)置在構(gòu)成爐膛的元件之間的電絕緣體的不可修復(fù)的破壞，對設(shè)置在該爐床的冷卻殼體之間的耐火混凝土的不可修復(fù)的破壞，甚至這些短路使?fàn)t床和爐膛的金屬元件穿孔。這些短路還對感應(yīng)能量的良好使用有害。
在上述的應(yīng)用中，產(chǎn)生了高溫腐蝕氣氛，從而損害了由爐膛和爐床構(gòu)成的熔爐的金屬元件，或者迫使用具有高電阻的材料構(gòu)造所述金屬元件，從而顯著增加了電損失。
不管爐膛的扇形件的形狀如何(平行多邊形型面，T形型面，三角形型面)以及爐床的形狀，這些相鄰金屬元件的棱邊是大電弧產(chǎn)生之源(尖端電效應(yīng))。對于在熔融玻璃浴上的玻璃應(yīng)用和廢棄物的處理來說使用高于100kHz的高頻率的工作狀態(tài)有利于出現(xiàn)電弧。這些電弧是高能量的并且對爐膛的電絕緣體的性能和爐床的混凝土有害。精確地說，如果爐膛的扇形件是圓的或者卵形，將消除尖端效應(yīng)，但是不利于熔爐的胴節(jié)的密封，因?yàn)閷⑦^多地降低扇形件之間的電絕緣體的厚度，從而一旦出現(xiàn)絕緣材料的略微變質(zhì)，就導(dǎo)致了材料和氣體泄漏的問題。
為了解決這些缺點(diǎn)，感應(yīng)爐的一種新的爐膛和爐床在本發(fā)明中被提出。
為了避免出現(xiàn)電弧，預(yù)定的方法在于使得構(gòu)成爐膛的金屬扇形件和爐床的金屬殼體在它們的一個(gè)或者整個(gè)表面上覆蓋有一層陶瓷電絕緣層至少在相對的扇形件的內(nèi)表面和側(cè)表面上覆蓋，以便消除電弧，或者根據(jù)化學(xué)腐蝕和電腐蝕方法在包括頭部，腳部和朝向熔爐外部的表面的所有表面上覆蓋。這些陶瓷覆蓋層完成了設(shè)置在爐膛的扇形件和爐床的殼體之間的電絕緣體，并且允許了在熔爐的不同金屬元件之間甚至金屬元件和熔融覆蓋層之間的完美的電保護(hù)。另外，如此覆蓋后，爐膛的扇形件和爐床的殼體被保護(hù)防止玻璃、氣體和供應(yīng)到爐床所支撐的爐膛中的不同的廢棄物導(dǎo)致的化學(xué)腐蝕。耐火的，完美的電絕緣的陶瓷覆蓋層例如通過乙炔焰或者等離子焊炬實(shí)施。最經(jīng)常被投射的材料是以釩土、富鋁紅柱石、鋯石、鋯土、鋯酸鹽和硅的碳化物為基的，同時(shí)具有與靜電應(yīng)力兼容的不同攙雜物。
一旦在一個(gè)或者所有的表面上覆蓋，就通過插入一種作為耐火混凝土的電絕緣體，使金屬殼體設(shè)置在爐床中。至于爐膛的扇形件，一旦在一個(gè)或者整個(gè)表面上覆蓋陶瓷電絕緣體，所述扇形件能夠在冷卻凸緣上安裝或者螺絲固定，該冷卻凸緣也能夠覆蓋有電絕緣體。在本發(fā)明的說明書中，將詳細(xì)描述用螺絲安裝爐膛，因?yàn)樵试S限制連接的機(jī)械強(qiáng)度(局部壓力)和熱應(yīng)力(如果存在焊接的話)，但是本發(fā)明最好使用在現(xiàn)有技術(shù)中詳述的其它類型的安裝。
在所述文獻(xiàn)中可以發(fā)現(xiàn)，優(yōu)選將倒角實(shí)施在棱邊上以便避免陶瓷覆蓋層脆化及剝落。如果在扇形件的棱邊上實(shí)施倒角有助于絕緣體陶瓷滿意地沉積在扇形件的表面上，則所述倒角絲毫不夠用來防止因?yàn)楦哂?00kHz的頻率而在爐床殼體和扇形件的構(gòu)成爐膛的內(nèi)部的表面之間出現(xiàn)電弧，例如該電弧位于來自在熔融玻璃浴上有機(jī)材料的燃燒的碳化灰塵的對面或者位于將要玻璃化的元件的對面。
在熔爐的內(nèi)表面上取向的棱邊是通過具有彎曲半徑的倒圓加工的。通過加工彎曲半徑除去所有棱邊涉及了朝向感應(yīng)爐的內(nèi)部的棱邊。在爐膛外邊，其它棱邊上倒角的出現(xiàn)就足夠了，但不是必須的。這些彎曲半徑的尺寸允許實(shí)現(xiàn)下述的功能·彎曲半徑不許是小尺寸(小于1毫米)，例如以便避免在玻璃浴的高度改變時(shí)在扇形件之間的自由間隙中困住材料。
正如現(xiàn)有技術(shù)所述的某些結(jié)構(gòu)那樣，可以在扇形件之間保持一種電絕緣體，例如云母片(云母片的厚度在0.1-4毫米之間)或者可以安裝密封件，而沒有附加的電絕緣體例如陶瓷沉積物。所述的彎曲半徑較小(小于5毫米)以便確保被冷卻的金屬扇形件相當(dāng)接近，從而避免熔融的玻璃與在間隙中設(shè)置的電絕緣體接觸，但是冒著損壞該絕緣材料的危險(xiǎn)并且有使得所述的材料從爐膛內(nèi)部向外泄漏的危險(xiǎn)。
在焚化和玻璃化玻璃材料、玻璃化廢棄物和熔融耐火材料的應(yīng)用的精確描述中，本發(fā)明表現(xiàn)為在待玻璃化的材料和熔爐壁之間熱流量交換值非常小。例如，這些熱流量值小于在金屬熔融的冷爐膛中的熱流量值，因?yàn)榫o靠著爐壁建立一個(gè)固體的或者耐火的玻璃自動(dòng)爐膛。在這些情況中，電保護(hù)陶瓷材料被完全冷卻，防止了其失效、剝落，甚至還防止玻璃化材料的污染。
本發(fā)明下面將結(jié)合附圖就所有的特征進(jìn)行詳細(xì)描述，附圖包括-

圖1示出了按照現(xiàn)有技術(shù)焊接的爐膛；-圖2和3示出了本發(fā)明爐膛的一個(gè)實(shí)施例；-圖4和5示出了生產(chǎn)爐膛的實(shí)施例；和-圖6和7示出了本發(fā)明的爐床。
參照附圖1，爐膛包括一個(gè)用附圖標(biāo)記1表示的耐火混凝土爐床，附圖標(biāo)記2表示的側(cè)壁，用附圖標(biāo)記3表示的不銹鋼扇形件，用附圖標(biāo)記4表示的電絕緣中間層，和一些用附圖標(biāo)記5表示的感應(yīng)線圈。這些元件的構(gòu)造和設(shè)置的細(xì)節(jié)將遵照上述進(jìn)行。所述的側(cè)壁2僅僅部分示出，但是清楚表示了其在圓周上或者在整個(gè)圓周上延伸，正如對于所有其它的包括本發(fā)明的側(cè)壁的熔爐一樣。每個(gè)扇形件3被挖空有一個(gè)冷卻管路6，該冷卻管路6類似在其整個(gè)高度上延伸并且在這里包括一對平行的豎直導(dǎo)管，并且在扇形件3(這些導(dǎo)管中只有一個(gè)可以在截面圖中看到)底部延伸。冷卻流體的進(jìn)入和出來的穿孔7和8使得導(dǎo)管與扇形件3的外部連通，并且這些導(dǎo)管通向疊置的收集裝置9和10，收集裝置9和10具有同一個(gè)凸緣11，通過在扇形件3的外部上邊緣處的圓形焊縫12將扇形件3焊接在該凸緣11上。甚至通過這個(gè)焊接，可以將一個(gè)外部箍13在凸緣11的下面焊接到所述的結(jié)構(gòu)上，以便改善側(cè)壁2的連接，并且確保氣密性。而如果將這些模式組合，前面提到的兩種側(cè)壁2連接模式的缺點(diǎn)將不出現(xiàn)。通過在沒有示出的金屬殼體中的水的循環(huán)，將爐床1冷卻。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例將在后面借助于圖2和3進(jìn)行描述。
所述的側(cè)壁的扇形件用附圖標(biāo)記20表示。它們具有相同的外部形狀，并且還被冷卻管路21的一對導(dǎo)管穿過，冷卻管路21的端部由管子23a和23b通向外部(圖3)。但是與公知的實(shí)施例相反，本發(fā)明的扇形件20并不是裸露的，而是覆蓋有陶瓷覆蓋層22，所述陶瓷覆蓋層22在氧化鋁、富鋁紅柱石、堇青石、鋯土、鋯石或者鋯酸鹽為基的組合物，能夠根據(jù)所述爐膛應(yīng)對的熱應(yīng)力、化學(xué)應(yīng)力和靜電應(yīng)力加入的不同的添加劑中選擇。在圖2中示出的唯一的扇形件20具有覆蓋層22，但是事實(shí)上所有的扇形件都具有覆蓋層22。而且，所述覆蓋層22出現(xiàn)在圖3的扇形件20上，但是為了減小附圖的復(fù)雜程度沒有示出。提倡至少覆蓋扇形件20的內(nèi)表面24和側(cè)表面25和26，側(cè)表面25和26受到腐蝕作并且能夠出現(xiàn)電??；然而，外表面27甚至上表面和下表面也被覆蓋是不好的，在這里示出了外表面27。能夠評判覆蓋層22的使用狀況的化學(xué)腐蝕或者電短路的危險(xiǎn)來自于暫留在熔融材料上面的氣體和被氣體攜帶的顆粒和飛行物，而不是來自于熔融的材料本身，因?yàn)檫@些冷爐膛的功能在于保持側(cè)壁上爐膛的內(nèi)含物的固體厚度，所述的覆蓋層22延伸到扇形件20的頂部。根據(jù)應(yīng)用，覆蓋層的厚度在50微米-500微米之間。用于降低電弧發(fā)生率的互補(bǔ)設(shè)計(jì)，在完全允許交良好的覆蓋層22的連接同時(shí)，也消除了扇形件20的表面24-27之間的棱邊在這里，在熔爐上的內(nèi)部棱邊28和29(在內(nèi)表面24和側(cè)面25和26之間)已經(jīng)以一個(gè)彎曲半徑被倒圓，該彎曲半徑能夠?yàn)?-5毫米，其它的棱邊30和31(在外表面27和其它側(cè)面25和26之間)被簡單地倒角；所述的后者設(shè)計(jì)僅僅對于將覆蓋層22容易的連接到兩個(gè)被覆蓋表面的連接處來說是必須的。如果擔(dān)心相鄰元件的電弧，高處和低處的扇形件20的水平棱邊也可以被倒圓或者倒角。
特別參照附圖3，可以看到凸緣11沒有了，冷卻管路21沒有與鄰接于爐膛的收集裝置9和10相連，而是完全獨(dú)特的，管子23a和23b延伸到外部。扇形件20包括一個(gè)上爪32，該上爪32為扇形并且突出在外表面27上方。該上爪包括一個(gè)凹槽33，所述凹槽33向外面開口。一個(gè)圓形的扁平凸緣34設(shè)置在所有的爪32上，并且包括一些螺紋孔35。一些螺釘36配合在螺紋孔35中，穿過凹槽33并且在下面抵靠爪32，這些螺釘36靠在扁平的凸緣34上保持所述爪32。因此扇形件20被保持到位，并且形成了單一的組件。外部箍37可以被加入，以便確保爐膛的氣密性并且導(dǎo)致更加結(jié)實(shí)的連接，然而這并不是必須的；外部箍37可以為浸漬彈性體的實(shí)心的織物或者玻璃制成，或者由環(huán)氧樹脂制成。最后，電絕緣體層38，例如云母片，可以插入到相鄰的扇形件20的側(cè)面25和26之間。
陶瓷覆蓋層57還可以設(shè)置在凸緣34上，并且首先設(shè)置在其下表面58上，該下表面58接觸扇形件20的爪32。這里對連接兩個(gè)陶瓷覆蓋表面的棱邊進(jìn)行倒角是有用的。
可能設(shè)有扁平凸緣34的其它的設(shè)計(jì)，在于加入一個(gè)蓋子39，該蓋子39設(shè)置在凸緣34上，并且通過緊固密封40保持到螺絲41上，螺絲41配合在扁平凸緣34的螺紋孔中，以便將爐膛的內(nèi)容物封閉，并且確保完美密封。
已經(jīng)提到了由螺絲與扁平凸緣34的連接提供的扇形件20的精確和不變的調(diào)整，將允許用陶瓷覆蓋扇形件2，而對于陶瓷來說沒有危險(xiǎn)。下面應(yīng)該描述側(cè)壁的連接方法，同時(shí)所述側(cè)壁允許陶瓷不暴露于損害下參照圖4和5那樣。所述扇形件20，在其必要的地方(特別是設(shè)置在混凝土爐床上的側(cè)面，爪32的上表面和側(cè)面25和26)被足夠精確地加工并且通過等離子體沉積和摩擦拋光進(jìn)行覆蓋陶瓷后，在翻轉(zhuǎn)之后被大致設(shè)置在扁平的凸緣上，圓錐形對中楔型物42設(shè)置在扇形件20上，一些緊固套43圍繞扇形件20配合并且緊固成使它們靠近直到它們都接觸楔型物42的圓錐形側(cè)面。已經(jīng)插入了電絕緣體層38。根據(jù)楔型物42的高度和套43的緊固，側(cè)壁的直徑和其預(yù)應(yīng)力可以被調(diào)整。然后緊固螺絲36，以便將爪32連接到扁平凸緣34上，所述扁平凸緣34位于爪32下面。從而完成了組裝。箍37首先由位于緊固套43之間的繞組371形成，然后在緊固套43被取下時(shí)由互補(bǔ)的繞組形成。用兩次完成箍的設(shè)置，允許了不會因?yàn)檫^早地松開套43將側(cè)壁的預(yù)應(yīng)力釋放。
圖6和7示出了本發(fā)明實(shí)施例的爐床46。爐床46包括一個(gè)主板47，該主板47裝備了中央凹槽，冷卻殼體48占用這些中央凹槽。每個(gè)殼體48包括一個(gè)供應(yīng)導(dǎo)管49和一個(gè)出水導(dǎo)管50。
對于爐膛的扇形件20來說，以簡單地方式使得人們可以放心保護(hù)金屬殼體不受化學(xué)和熱腐蝕，并且預(yù)防了殼體的突然出現(xiàn)的電弧的反作用。殼體至少在上表面51(朝向熔融浴)覆蓋有陶瓷；所述覆蓋層用附圖標(biāo)記52表示。而限定了所述的上表面51的棱邊53被倒圓，這些棱邊53還具有1-3毫米的彎曲半徑；其它的棱邊56(限定了下表面55的豎直棱邊)也可以被倒圓或者至少被倒角，特別是在這些所述扇形件限定的側(cè)表面54和內(nèi)表面55也覆蓋了陶瓷情況下。
權(quán)利要求
1.一種感應(yīng)爐，包括基本上由豎直連接的扇形件(20)構(gòu)成的側(cè)壁(2)，其特征在于，這些扇形件至少在其內(nèi)表面(24)和側(cè)表面(25，26)上覆蓋陶瓷(22)，至少這些將所述內(nèi)表面連接到側(cè)表面的豎直棱邊(28，29)被倒圓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)爐，包括一個(gè)爐床，在所述爐床上設(shè)置側(cè)壁，其特征在于，所述爐床裝備了冷卻殼體(48)，該冷卻殼體(48)至少在上表面(51)覆蓋陶瓷，并且至少限定了所述的上表面(51)的棱邊(53)被倒圓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的感應(yīng)爐，其特征在于，所述扇形件還在其外表面(27)覆蓋有陶瓷。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的感應(yīng)爐，其特征在于，所述的的冷卻殼體還在其內(nèi)表面(54)和側(cè)表面(55)上覆蓋有陶瓷。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的感應(yīng)爐，其特征在于，所述的扇形件裝備有與上凸緣相連的連接爪(32)，所述的凸緣至少在其接觸扇形件的表面上覆蓋有陶瓷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的感應(yīng)爐，其特征在于，覆蓋有陶瓷的扇形件和裝有水的殼體的表面彼此通過倒圓或者倒角的棱邊(28，29，30，31)連接成一體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的感應(yīng)爐，其特征在于，所述的陶瓷基體在富鋁紅柱石、氧化鋁、堇青石，鋯土，鋯石和鋯酸鹽中選擇。
全文摘要
感應(yīng)爐爐膛的側(cè)壁的垂直扇形件(20)，其通過配合在被所有扇形件共用的凸緣(34)的螺紋孔中的螺絲，連接到一個(gè)可調(diào)節(jié)并且不變的位置上。因此實(shí)現(xiàn)了精確的連接，并且該連接既不產(chǎn)生變形也不產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。這些扇形件覆蓋有陶瓷覆蓋層，以便保護(hù)它并且防止形成電弧。表面(28，29)的連接邊緣被倒圓具有相同的效果。具有冷卻該爐的下爐床的水的殼體是由相同的材料構(gòu)成的。本發(fā)明使用了玻璃化技術(shù)。
文檔編號F27D11/06GK1628233SQ03803244
公開日2005年6月15日 申請日期2003年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月4日
發(fā)明者P·布倫, J·拉孔布, C·拉迪拉特, F·布斯克特 申請人:法國原子能委員會, 核燃料公司