CN104671809B - 一种等离子体热处理***熔融炉的筑炉及烘炉工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种等离子体热处理***熔融炉的筑炉工艺，该工艺为选定炉体外壳，以陶瓷纤维针刺毯、轻质莫来石砖、氧化铝空心球砖、锆刚玉砖、氧化铝空心球浇注料以及锆刚玉浇注料分别为保温层、隔热层、耐火层、内衬、出口烟道内衬和耐火托板的材料，浇筑出出口烟道内衬和耐火托板并进行养护，待养护完成后，砌筑出口烟道内衬于外壳上部，耐火托板于外壳的底部，并依次在外壳内壁上砌筑炉体的保温层、隔热层、耐火层和内衬，即制得产品。实施本发明，能够增强炉体的隔热效果，保证了炉体结构的稳定性，从而提高了炉体的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及核电站低中水平放射性废物处理技术领域，尤其涉及一种等离子体热处理***熔融炉的筑炉及烘炉工艺。
背景技术
核能的开发和利用给人类带来巨大的经济效益和社会效益，同时也产生了大量的放射性废物，给人类的生存环境带来了较大的威胁。因此，如何安全有效地处置放射性废物，使其最大限度的与生物圈隔离已成为核工业、核科学面临的日益迫切的重要课题，是影响核能持续健康发展的关键因素。
对放射性废物的处置，通常在等离子体热处理***熔融炉中采用等离子体处理废物技术，该技术利用等离子体炬产生的高温热等离子体将废物快速分解破坏，其中有机物热解为可燃性的小分子物质，无机物被高温熔融后，生成类玻璃体残渣。该技术具有反应速度快、二次污染小、适用范围广等特点，它克服了传统处理技术如焚烧、化学处理等二次污染大、工艺复杂、对废物有选择性等缺点。
目前，现有技术中的等离子体热处理***熔融炉，其筑炉的原料单一、筑炉工艺简单、使得熔融炉的结构稳定性不高，且炉体的使用寿命过短；同时在烘炉工艺中，由于采用传统的煤炭加热方式，导致温度不可控、烘烤温度不均匀及易开裂等现象出现。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种等离子体热处理***熔融炉的筑炉及烘炉工艺，能够增强炉体的隔热效果，保证了炉体结构的稳定性，从而提高了炉体的使用寿命，并且替代传统煤炭加热方式，使升温梯度可控、烘烤温度均匀，从而防止普通烘炉易开裂等不良特性的发生。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种等离子体热处理***熔融炉的筑炉工艺，所述工艺包括：
a、选料：选定等离子体热处理***熔融炉的外壳，分别将陶瓷纤维针刺毯用作保温层、轻质莫来石砖用作隔热层、氧化铝空心球砖用作耐火层、锆刚玉砖用作内衬、氧化铝空心球浇注料用作出口烟道内衬以及锆刚玉浇注料用作耐火托板；其中，所述氧化铝空心球浇筑料以电熔白刚玉为骨料，氧化铝80和水泥为结合剂，并引入配比比例为6：4的氧化铝超细粉和耐火水泥作添加剂，按骨料：结合剂：添加剂＝92.85：7：0.15配比成的刚玉浇筑料；所述锆刚玉浇注料以三氧化二铝为骨料，氧化锆和水泥为结合剂，并引入氧化钛作添加剂，按骨料：结合剂：添加剂＝70：28：2配比成的锆刚玉浇筑料；
b、浇筑出口烟道内衬：先把所述氧化铝空心球浇筑料中的骨料、结合剂和添加剂分别搅拌均匀，其次按比例放入胶砂搅拌机内干混2～3分钟，然后加清洁的自来水，加水量为料总重的4.8～6％，充分搅拌3～5分钟待料具有较好施工塑性后，将湿混好的料装入模具，放在振动台上充分振动使之密实成型；
c、浇筑耐火托板：先把所述锆刚玉浇注料中的骨料、结合剂和添加剂分别搅拌均匀，其次按比例放入胶砂搅拌机内干混2～3分钟，然后加清洁的自来水，加水量为料总重的4.8～6％，充分搅拌3～5分钟待料具有较好施工塑性后，将湿混好的料装入模具，放在振动台上充分振动使之密实成型；
d、养护：将所述密实成型的出口烟道内衬和耐火托板分别自然养护至少72小时，并在养护过程中避免日晒及雨淋，且及时排除下部的积水，待所述出口烟道内衬和所述耐火托板成型完毕后，分别放在20℃环境中带模养护36～48小时后脱模；
e、砌筑：待所述出口烟道内衬和所述耐火托板养护完成后，将所述出口烟道内衬砌筑于所述外壳的上部，将所述耐火托板砌筑于所述外壳的底部，并依次在所述外壳内壁上砌筑炉体的保温层、隔热层、耐火层和内衬，即制得产品。
其中，所述步骤d养护中的脱模后的出口烟道内衬和耐火托板均需要自然养护48小时后才可进行烘干处理。
其中，所述步骤e砌筑中的保温层、隔热层、耐火层和内衬均需要自然养护48小时后才可进行烘干处理。
其中，所述工艺的施工环境温度为5～30℃。
其中，当所述工艺的施工环境温度低于5℃时，干料应存放在取暖房内，施工时通过采用加热壳体、加40℃以下的热水搅拌、掺加一定量的促凝剂之其中任一或多种使拌和料温度保持在10℃以上。
其中，当所述工艺的施工环境温度高于30℃时，施工时通过采用将容器和管道遮蔽起来免受日光照射、在衬里设备外壁喷水降温且确保水不流入衬里设备内侧施工部位、掺加一定量的缓凝剂、使用冰水搅拌、使用冷风机对环境降温之其中任一或多种。
本发明实施例还提供了一种等离子体热处理***熔融炉的烘炉工艺，其在采用上述的筑炉工艺制备而成的等离子体热处理***熔融炉上实现，所述工艺包括：
S1、烘干阶段：将所述制备而成的等离子体热处理***熔融炉按工艺送电化通后升温，升温速度应控制在3～6℃/小时之间，且在炉衬温度位于100～150℃时，保温一时间段来确保炉体充分干燥，待炉体干燥充分后，自然冷却所述炉衬温度至室温；
S2、烘烤阶段：待所述炉衬温度冷却至20～30℃之间时，进行烘烤脱水，炉膛经过第一次脱水后，还需通过4～8次脱水才能完成晶型转化的聚合作用，并经过逐步升温至1100℃使其达到烧结强度。
其中，所述步骤S1烘干阶段中的保温一时间段为24小时。
其中，所述步骤S2烘烤阶段中待所述炉衬温度分别位于350～450℃和600～650℃之间时，均需保温1小时。
其中，所述步骤S2烘烤阶段中炉腔温度应均匀变化，温度控制应以最高点为基础进行烘炉，实际温度控制在设定温度±20℃。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
(1)在本发明实施例中，由于采用陶瓷纤维针刺毯用作保温层，轻质莫来石砖用作隔热层，氧化铝空心球砖用作耐火层，锆刚玉砖用作内衬，因此大大增强了炉体的隔热效果；
(2)在本发明实施例中，由于采用分层砌筑，且砌筑和养护同步进行的方法筑炉，因此保证了炉体结构的稳定性，从而提高了炉体的使用寿命；
(3)在本发明实施例中，由于在烘炉工艺中电加热方式代替煤炭加热方式，采用低温烘干、高温烘烤原则，高温烘烤阶段根据炉体烧结原理分三段持续保温(350～450℃、600～650℃和1000～1200℃)，因此使得升温梯度可控，烘炉时温度均匀，烧制的炉体结实耐用、不易变形。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明实施例提供的等离子体热处理***熔融炉筑炉工艺制备而成产品的剖视图；
图2为本发明实施例提供的等离子体热处理***熔融炉的烘炉工艺中烘干阶段温度随时间的变化曲线图；
图3为本发明实施例提供的等离子体热处理***熔融炉的烘炉工艺中烘烤阶段温度随时间的变化曲线图；
图中，1-熔融炉炉体外壳，2-保温层，3-隔热层，4-耐火层，5-内衬，6-出口烟道内衬，7-耐火托板。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明实施例提供一种等离子体热处理***熔融炉的筑炉工艺，所述工艺包括：
a、选料：选定等离子体热处理***熔融炉的外壳，分别将陶瓷纤维针刺毯用作保温层、轻质莫来石砖用作隔热层、氧化铝空心球砖用作耐火层、锆刚玉砖用作内衬、氧化铝空心球浇注料用作出口烟道内衬以及锆刚玉浇注料用作耐火托板；其中，氧化铝空心球浇筑料以电熔白刚玉为骨料，氧化铝80和水泥为结合剂，并引入配比比例为6：4的氧化铝超细粉和耐火水泥作添加剂，按骨料：结合剂：添加剂＝92.85：7：0.15配比成的刚玉浇筑料；锆刚玉浇注料以三氧化二铝为骨料，氧化锆和水泥为结合剂，并引入氧化钛作添加剂，按骨料：结合剂：添加剂＝70：28：2配比成的锆刚玉浇筑料；
b、浇筑出口烟道内衬：先把氧化铝空心球浇筑料中的骨料、结合剂和添加剂分别搅拌均匀，其次按比例放入胶砂搅拌机内干混2～3分钟，然后加清洁的自来水，加水量为料总重的4.8～6％，充分搅拌3～5分钟待料具有较好施工塑性后，将湿混好的料装入模具，放在振动台上充分振动使之密实成型；
c、浇筑耐火托板：先把锆刚玉浇注料中的骨料、结合剂和添加剂分别搅拌均匀，其次按比例放入胶砂搅拌机内干混2～3分钟，然后加清洁的自来水，加水量为料总重的4.8～6％，充分搅拌3～5分钟待料具有较好施工塑性后，将湿混好的料装入模具，放在振动台上充分振动使之密实成型；
d、养护：将密实成型的出口烟道内衬和耐火托板分别自然养护至少72小时，并在养护过程中避免日晒及雨淋，且及时排除下部的积水，待所述出口烟道内衬和所述耐火托板成型完毕后，分别放在20℃环境中带模养护36～48小时后脱模；
e、砌筑：待出口烟道内衬和耐火托板养护完成后，将出口烟道内衬砌筑于外壳的上部，将耐火托板砌筑于外壳的底部，并依次在外壳内壁上砌筑炉体的保温层、隔热层、耐火层和内衬，即制得产品，如图1所示。
应当说明的是，在步骤b浇筑出口烟道内衬中和在步骤c浇筑耐火托板中加清洁的自来水的量应先按下限(即料总重的4.8％)加水，在保证可浇注性能的前提下尽量减少加水量。
在一个实施例中，将含锆型的陶瓷纤维针刺毯用作保温层；将型号为3Al2O3·2SiO2的轻质莫来石砖用作隔热层；将配比关系为Al2O3：ZrO2：Fe2O3＝99.6：0.2：0.2的氧化铝空心球砖用作耐火层；将配比关系为锆英石砂：氧化铝粉＝1:1的锆刚玉砖用作内衬；以电熔白刚玉为骨料，氧化铝80和水泥为结合剂，并引入配比比例为6：4的氧化铝超细粉和耐火水泥作添加剂，按骨料：结合剂：添加剂＝92.85：7：0.15配比成的氧化铝空心球浇注料用作出口烟道内衬以及以三氧化二铝为骨料，氧化锆和水泥为结合剂，并引入氧化钛作添加剂，按骨料：结合剂：添加剂＝70：28：2配比成的以及锆刚玉浇注料用作耐火托板。
在本发明实施例中，配比后的氧化铝空心球浇筑料和锆刚玉浇注料的密度均为3000kg/m3，具有耐高温、强度高、耐冲刷等特点。
在本发明实施例中，脱模后的出口烟道内衬和耐火托板均需要自然养护48小时后才可进行烘干处理。同样的，保温层、隔热层、耐火层和内衬均需要自然养护48小时后才可进行烘干处理。
筑炉工艺的施工环境温度应为5～30℃，低于或超过该温度区域时，要采取相应的保温和降温措施。因此，当施工环境温度低于5℃时，干料应存放在取暖房内，施工时可通过采用加热壳体、加40℃以下的热水搅拌、掺加一定量的促凝剂之其中任一或多种使拌和料温度保持在10℃以上；或当施工环境温度高于30℃时，施工时可通过采用将容器和管道遮蔽起来免受日光照射、在衬里设备外壁喷水降温且确保水不流入衬里设备内侧施工部位、掺加一定量的缓凝剂、使用冰水搅拌、使用冷风机对环境降温之其中任一或多种。
本发明实施例还提供了一种等离子体热处理***熔融炉的烘炉工艺，其在采用上述的筑炉工艺制备而成的等离子体热处理***熔融炉上实现，所述工艺包括：
步骤S1、烘干阶段：将制备而成的等离子体热处理***熔融炉按工艺送电化通后升温，升温速度应控制在3～6℃/小时之间，且在炉衬温度位于100～150℃时，保温一时间段来确保炉体充分干燥，待炉体干燥充分后，自然冷却所述炉衬温度至室温；
步骤S2、烘烤阶段：待炉衬温度冷却至20～30℃之间时，进行烘烤，炉膛经过第一次脱水后，还需通过4～8次脱水才能完成晶型转化的聚合作用，并经过逐步升温至1100℃使其达到烧结强度。
应当说明的是，烘烤中的升温制度取决于炉衬的结构、材质、砖型以及砌筑方法等因素，然而在烘干阶段(如图2所示)和烘烤阶段(如图3所示)，分别要实现“慢升温，不回头”的烘炉原则，特别应注意在100～150℃(吸附水排除阶段，属于烘干阶段)、350～450℃(结晶水排除阶段，属于烘烤阶段)和600～650℃(化学水排除阶段，属于烘烤阶段)三个温度区间段应需适当的时间段进行保温。作为一个例子，烘干阶段中的保温时间段为24小时，烘烤阶段中待炉衬温度分别位于350～450℃和600～650℃之间时，均需保温时间段为1小时。
为了实现升温过程中的可控性，并烧制的炉体结实耐用、不易变形，因此在步骤S2烘烤阶段中炉腔温度应均匀变化，温度控制应以最高点为基础进行烘炉，实际温度控制在设定温度±20℃。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
(1)在本发明实施例中，由于采用陶瓷纤维针刺毯用作保温层，轻质莫来石砖用作隔热层，氧化铝空心球砖用作耐火层，锆刚玉砖用作内衬，因此大大增强了炉体的隔热效果；
(2)在本发明实施例中，由于采用分层砌筑，且砌筑和养护同步进行的方法筑炉，因此保证了炉体结构的稳定性，从而提高了炉体的使用寿命；
(3)在本发明实施例中，由于在烘炉工艺中电加热方式代替煤炭加热方式，采用低温烘干、高温烘烤原则，高温烘烤阶段根据炉体烧结原理分三段持续保温(350～450℃、600～650℃和1000～1200℃)，因此使得升温梯度可控，烘炉时温度均匀，烧制的炉体结实耐用、不易变形。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种等离子体热处理***熔融炉的筑炉工艺，其特征在于，所述工艺包括：
a、选料：选定等离子体热处理***熔融炉的外壳，分别将陶瓷纤维针刺毯用作保温层、轻质莫来石砖用作隔热层、氧化铝空心球砖用作耐火层、锆刚玉砖用作内衬、氧化铝空心球浇注料用作出口烟道内衬以及锆刚玉浇注料用作耐火托板；其中，所述氧化铝空心球浇筑料以电熔白刚玉为骨料，氧化铝80和水泥为结合剂，并引入配比比例为6：4的氧化铝超细粉和耐火水泥作添加剂，按骨料：结合剂：添加剂＝92.85：7：0.15配比成的刚玉浇筑料；所述锆刚玉浇注料以三氧化二铝为骨料，氧化锆和水泥为结合剂，并引入氧化钛作添加剂，按骨料：结合剂：添加剂＝70：28：2配比成的锆刚玉浇筑料；
b、浇筑出口烟道内衬：先把所述氧化铝空心球浇筑料中的骨料、结合剂和添加剂分别搅拌均匀，其次按比例放入胶砂搅拌机内干混2～3分钟，然后加清洁的自来水，加水量为料总重的4.8～6％，充分搅拌3～5分钟待料具有较好施工塑性后，将湿混好的料装入模具，放在振动台上充分振动使之密实成型；
c、浇筑耐火托板：先把所述锆刚玉浇注料中的骨料、结合剂和添加剂分别搅拌均匀，其次按比例放入胶砂搅拌机内干混2～3分钟，然后加清洁的自来水，加水量为料总重的4.8～6％，充分搅拌3～5分钟待料具有较好施工塑性后，将湿混好的料装入模具，放在振动台上充分振动使之密实成型；
d、养护：将所述密实成型的出口烟道内衬和耐火托板分别自然养护至少72小时，并在养护过程中避免日晒及雨淋，且及时排除下部的积水，待所述出口烟道内衬和所述耐火托板成型完毕后，分别放在20℃环境中带模养护36～48小时后脱模；
e、砌筑：待所述出口烟道内衬和所述耐火托板养护完成后，将所述出口烟道内衬砌筑于所述外壳的上部，将所述耐火托板砌筑于所述外壳的底部，并依次在所述外壳内壁上砌筑炉体的保温层、隔热层、耐火层和内衬，即制得产品。
2.如权利要求1所述的筑炉工艺，其特征在于，所述步骤d养护中的脱模后的出口烟道内衬和耐火托板均需要自然养护48小时后才可进行烘干处理。
3.如权利要求1所述的筑炉工艺，其特征在于，所述步骤e砌筑中的保温层、隔热层、耐火层和内衬均需要自然养护48小时后才可进行烘干处理。
4.如权利要求1所述的筑炉工艺，其特征在于，所述工艺的施工环境温度为5～30℃。
5.如权利要求4所述的筑炉工艺，其特征在于，当所述工艺的施工环境温度低于5℃时，干料应存放在取暖房内，施工时通过采用加热壳体、加40℃以下的热水搅拌、掺加一定量的促凝剂之其中任一或多种使拌和料温度保持在10℃以上。
6.如权利要求4所述的筑炉工艺，其特征在于，当所述工艺的施工环境温度高于30℃时，施工时通过采用将容器和管道遮蔽起来免受日光照射、在衬里设备外壁喷水降温且确保水不流入衬里设备内侧施工部位、掺加一定量的缓凝剂、使用冰水搅拌、使用冷风机对环境降温之其中任一或多种。
7.一种等离子体热处理***熔融炉的烘炉工艺，其特征在于，其在采用如权利要求1至6中任一项所述的筑炉工艺制备而成的等离子体热处理***熔融炉上实现，所述工艺包括：
S1、烘干阶段：将所述制备而成的等离子体热处理***熔融炉按工艺送电化通后升温，升温速度应控制在3～6℃/小时之间，且在炉衬温度位于100～150℃时，保温一时间段来确保炉体充分干燥，待炉体干燥充分后，自然冷却所述炉衬温度至室温；
S2、烘烤阶段：待所述炉衬温度冷却至20～30℃之间时，进行烘烤脱水，炉膛经过第一次脱水后，还需通过4～8次脱水才能完成晶型转化的聚合作用，并经过逐步升温至1100℃使其达到烧结强度。
8.如权利要求7所述的烘炉工艺，其特征在于，所述步骤S1烘干阶段中的保温一时间段为24小时。
9.如权利要求7所述的烘炉工艺，其特征在于，所述步骤S2烘烤阶段中待所述炉衬温度分别位于350～450℃和600～650℃之间时，均需保温1小时。
10.如权利要求7所述的烘炉工艺，其特征在于，所述步骤S2烘烤阶段中炉腔温度应均匀变化，温度控制应以最高点为基础进行烘炉，实际温度控制在设定温度±20℃。
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 518031 Guangdong province Futian District Shangbu Road West of the city of Shenzhen Shenzhen science and technology building 15 layer (1502-1504, 1506) Co-patentee after: China General Nuclear Power Corporation Patentee after: CHINA NUCLEAR POWER TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE Co-patentee after: China wide nuclear electricity incorporated company Address before: 518031 Guangdong province Futian District Shangbu Road West of the city of Shenzhen Shenzhen science and technology building 15 layer (1502-1504, 1506) Co-patentee before: China General Nuclear Power Corporation Patentee before: Zhongkehua Nuclear Power Technology Institute Co., Ltd. Co-patentee before: China wide nuclear electricity incorporated company |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Effective date of registration: 20191104 Address after: 518000 Guangdong province Futian District Shangbu Road West of the city of Shenzhen Shenzhen science and technology building 15 layer (1502-1504, 1506) Patentee after: CHINA NUCLEAR POWER TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE Address before: 518031 Guangdong province Futian District Shangbu Road West of the city of Shenzhen Shenzhen science and technology building 15 layer (1502-1504, 1506) Co-patentee before: China General Nuclear Power Corporation Patentee before: CHINA NUCLEAR POWER TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE Co-patentee before: China wide nuclear electricity incorporated company |