[发明专利]用于玻璃固化的鼓泡搅拌式冷坩埚及鼓泡搅拌方法

说明书

本发明提供了一种用于玻璃固化的鼓泡搅拌式冷坩埚及鼓泡搅拌方法。该用于玻璃固化的鼓泡搅拌式冷坩埚包括埚底和鼓泡管，所述鼓泡管数量不少于4根，各鼓泡管均穿过冷坩埚埚底并伸入冷坩埚内部，各鼓泡管在冷坩埚内部的开口距冷坩埚中心线的距离不唯一。本发明的鼓泡搅拌式冷坩埚采用了特殊鼓泡管开口布置方式，其鼓泡搅拌方法采用了脉冲式鼓泡，能够使冷坩埚玻璃固化熔体内温度场分布更为均匀，不会产生明显的搅拌死角，对熔体内部的扰动效果良好，达到预设搅拌效果所需时间短，需要设置的鼓泡管数量少，减少了对冷坩埚玻璃固化工艺的影响。

技术领域

本发明属于放射性废液处理领域，特别涉及一种用于玻璃固化的鼓泡搅拌式冷坩埚及鼓泡搅拌方法。

背景技术

冷坩埚玻璃固化技术是目前国际上用于放射性废物处理的新一代玻璃固化技术，其利用感应线圈将高频电流转换成电磁流，通过电磁流在物料中形成的涡流产生热量，实现待处理物料的加热熔融。

冷坩埚玻璃固化装置主要由高频感应电源、冷坩埚炉体和其它辅助系统组成，其中冷坩埚炉体是由通冷却水的金属弧形块或管组成的圆形或椭圆形容器。工作时，金属管内连续通冷却水，坩埚内熔融物的温度可高达2000℃以上，但坩埚壁仍保持较低温度(一般小于200℃)，此时坩埚壁附近低温区域形成一层2-3cm厚的固态玻璃壳(即冷壁)，因此这种玻璃固化装置被称为“冷坩埚”。与其它玻璃固化技术相比较，冷坩埚技术最主要的优点是熔制温度高，可处理废物类型广，熔炉寿命长(大于20a)，退役容易，是一种更为先进的玻璃固化技术，更适合后处理厂长期连续运行的需要。目前，世界上开展冷坩埚玻璃固化技术研发的国家有法国、英国、美国、印度、韩国和中国等。法国高放废液冷坩埚玻璃固化技术发展最快，已于2012-2013年实现U-Mo高放废物的两步法冷坩埚玻璃固化工业运行生产。

冷坩埚熔炉是冷坩埚玻璃固化工艺中用于物料熔融的关键设备，其最大直径目前已经做到1000mm。但是，随着熔炉直径的增大，已有的高频电磁场搅拌技术已不能满足使熔炉内物料均化的要求，因此搅拌技术的研发已经成为制约冷坩埚玻璃固化技术工业化的关键技术之一。

具体技术层面，韩国原子力研究院于2002-2009完成了550mm直径商用冷坩埚的建造和运行，并成功开发了空气鼓泡搅拌系统。黄维琳、顾斌等人在普通玻璃窑炉工艺中对于鼓泡方法进行了研究，主要研究了压力同鼓泡泡径大小的关系以及鼓泡频率同泡径大小的关系等。然而，目前的鼓泡搅拌方法仍然存在鼓泡管设置等方面的问题，即鼓泡管设置较多会对冷坩埚玻璃固化工艺产生负面影响，鼓泡管设置较少则会使冷坩埚玻璃固化熔体内温度场分布不均匀。

发明内容

为了解决现有冷坩埚玻璃固化工艺鼓泡搅拌方法中存在的鼓泡管设置等方面的问题，本发明提供了一种用于玻璃固化的鼓泡搅拌式冷坩埚及鼓泡搅拌方法。

该用于玻璃固化的鼓泡搅拌式冷坩埚包括埚底和鼓泡管，所述鼓泡管数量不少于4根，各鼓泡管均穿过冷坩埚埚底并伸入冷坩埚内部，各鼓泡管在冷坩埚内部的开口距冷坩埚中心线的距离不唯一。

根据一个实施例，所述鼓泡管分为两组，每组内的鼓泡管在冷坩埚内部的开口分布在以冷坩埚中心线为轴的圆上。

根据一个实施例，所述每组内的鼓泡管在冷坩埚内部的开口在所述圆上均匀分布。

根据一个实施例，所述分为两组的鼓泡管两组间数量相等；且其中一组鼓泡管中的每一鼓泡管在冷坩埚内部的开口，与相邻的另一组中的两个鼓泡管在冷坩埚内部的开口之间的距离相等。

根据一个实施例，所述分为两组的鼓泡管，其中一组鼓泡管在冷坩埚内部的开口距冷坩埚中心线的距离为冷坩埚内径的1/4，另一组鼓泡管在冷坩埚内部的开口距冷坩埚中心线的距离为冷坩埚内径的1/3。

采用上述鼓泡搅拌式冷坩埚的鼓泡搅拌方法，该鼓泡搅拌方法包括如下步骤：当冷坩埚埚体中的熔体熔融后，通过各鼓泡管向熔体内通入气体脉冲进行脉冲式鼓泡。