一种用于冻融阀放料的中频感应线圈及其使用方法
阅读说明：本技术 一种用于冻融阀放料的中频感应线圈及其使用方法 (Medium-frequency induction coil for discharging of freeze-thaw valve and use method thereof ) 是由 裴广庆 陈树彬 凡思军 唐景平 钱敏 邹兆松 薛天锋 胡丽丽 于 2021-08-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及核废料玻璃固化领域,具体涉及一种新型中频感应线圈及其使用方法。中频感应线圈分为直筒型和纺锤型；直筒型线圈设置上段、中段和下段,上段和下段铜管间距小于中段；纺锤型线圈设置上段、中段和下段,上段和下段铜管直径小于中段。这两种线圈结构,结合底部水冷闸阀,实现温度梯度可控,放料启动和停止操作简单,可有效避免漏料管内玻璃析晶和底部玻璃拉丝,适合长期服役。(The invention relates to the field of nuclear waste glass solidification, in particular to a novel medium-frequency induction coil and a using method thereof. The medium-frequency induction coil is divided into a straight cylinder type and a spindle type; the straight-tube coil is provided with an upper section, a middle section and a lower section, and the distance between copper tubes of the upper section and the lower section is smaller than that of the middle section; the spindle-shaped coil is provided with an upper section, a middle section and a lower section, and the diameters of copper pipes of the upper section and the lower section are smaller than that of the middle section. The two coil structures are combined with a bottom water-cooling gate valve, so that the temperature gradient is controllable, the starting and stopping operations of discharging are simple, the devitrification of glass in the material leakage pipe and the drawing of bottom glass can be effectively avoided, and the material leakage pipe is suitable for long-term service.)
技术领域
本发明涉及核废料玻璃固化领域，具体涉及一种用于冻融阀放料的中频感应线圈及其使用方法。
背景技术
中频感应加热电源的主要工作原理是通过整流二极管将三相输入电压整流为直流，然后通过交流接触器连接至逆变，最后通过IGBT全桥逆变为中频交流电压输出至变压器，再将交流电输出至感应线圈，在金属材料(漏料管)上产生感应电流。因此，漏料管既是发热体，也是高温熔体的流经通道。
中国原子能科学研究院公开了一种用于冷坩埚的高温熔体中频感应加热卸料装置(CN201610478762.1)，该结构相对简单，但不利于漏料口附近玻璃的清空，容易产生玻璃拉丝，影响高放射性环境使用的可靠性。
日本Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu公开了一种冷坩埚冻融阀结构(US1984/4460398)，该冻融阀采用双中频感应加热，可实现放料、关闭操作的精准控制。同时，放料关闭前残留在漏料口附近的玻璃在下中频加热继续加热后，可以完成清空操作，这样可以避免高放射性玻璃拉丝。但该结构相对复杂，不利于远程拆装和维修。
同时，如何控制漏料管纵向温度梯度，是不造成玻璃析晶、完成重复放料的重要参数，以上专利都未涉及。
发明内容
为克服现有漏料管中频感应加热的不足，本发明公开了一种可适用于冻融阀放料的中频感应线圈及其使用方法。
一种用于冻融阀放料的中频感应线圈，包括漏料管和缠绕在该漏料管上的感应线圈，其特点征在于：所述的感应线圈由上到下依次分为上段、中段和下段；
设所述的上段和下段的线圈间距I，线圈直径d，所述的中段的线圈间距L，线圈直径D，则满足以下条件：
l<L或者d<D。
所述线圈上段，贴近坩埚底，放料时(感应加热时)此处漏料管的温度应高于玻璃的液相温度TL，但不应超过漏料管的长期可靠工作温度，一般为1050℃以下，最佳为1000℃以下。
进一步的，所述线圈中段，为线圈的中心部位，放料开始时此处漏料管的温度相对较低，但随着时间的推移，由于漏料管的热传递作用，会逐渐接近上段温度。在放料结束后，此处的温度会快速下降，高温玻璃的粘度迅速升高，实现堵料。
进一步的，所述线圈下段，为线圈的最下部，靠近漏料管的出料口附近。在放料结束前，将缓慢降低线圈的加热功率，此处的温度会下降，但仍高于玻璃的析晶上限温度，可以将此处的高温玻璃清空，避免玻璃拉丝。
进一步的，所述线圈下段，以漏料管漏出1～3cm为最佳。漏出太多，由于出料口的快速散热，此处的温度低于线圈覆盖漏料管处，若长期低于玻璃的液相温度，会造成玻璃析晶，多次放料后会堵塞漏料口，造成放料失败。
进一步的，所述直筒型线圈中段的线圈间距L与上段和下段的线圈间距l的比例L/l等于1.1～3，最佳为1.5～2。比例太大，漏料管的温度梯度大，不易控制漏料，不易实现放料时的析晶温度控制；比例太小，漏料管的温度梯度小，不能实现放料时的快速堵料和玻璃拉丝。
所述纺锤型线圈中段的线圈直径D与上段和下段的线圈直径d的比例D/d等于1.1～1.5，最佳为1.2～1.3。比例太大，漏料管的温度梯度大，不易控制漏料，不易实现放料时的析晶温度控制；比例太小，漏料管的温度梯度小，不能实现放料时的快速堵料和玻璃拉丝。
所述水冷闸阀，为通有冷却水的自动开关阀门，放料时阀门打开，放料结束后自动关闭，完成快速放料。
上述用于冻融阀放料的中频感应线圈的使用方法，其特点在于：该方法包括如下步骤：
步骤1.在中频控制器上设定升温程序，升温速率设定为20-50℃/min，最高温度为TL+50℃，其中，TL为玻璃的液相温度；
步骤2.启动放料流程，开启中频加热电源；
步骤3.30～50min后，将漏料管内玻璃开始放出到接料罐；
步骤4.根据接料罐反馈的实时重量信号，计算出放料速率，中频控制器输出功率控制信号，结合坩埚内玻璃熔体的温度控制，进而控制玻璃液的粘度，将放料速率控制在2～8kg/min；
步骤5.当玻璃接料罐重量达到目标重量前1～2min，缓慢降低中频加热功率，确保漏料管下段的玻璃液清空避免玻璃拉丝，上段和中段仍留有部分固体玻璃实现堵料；
步骤6.当玻璃接料罐重量达到目标重量后，关闭中频加热，合上水冷闸阀，完成一轮放料流程。
这两种线圈结构，结合底部水冷闸阀，实现了一种温度梯度可控，放料启动和停止操作简单，可有效避免底部拉丝。具体的：对于直筒型线圈，在放料时(升温时)，由于漏料管上下两段的线圈排布更密集，磁感应强度更大，漏料管上下两段的温度高于中段，既可以快速将热量传递至漏料顶端(坩埚底附近)的固体玻璃，又可以在放料过程中防止由于漏料管下端温度过低造成玻璃的析晶；在关闭时(降温时)，漏料管中段的温度将低于上下两段的温度，此处的玻璃粘度逐渐升高，既可以快速实现中段玻璃冷却完成堵料，又可以将漏料管下端的残余玻璃液清空，避免玻璃拉丝。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本装置的中频感应线圈设计为分段结构，直筒型的上段和下段间距小于中段，加热时可实现最佳的温度梯度，启动时避免高温玻璃析晶，关闭时可完成快速堵料和避免玻璃拉丝；
(2)本装置的中频感应线圈设计为分段结构，纺锤型的上段和下段直径小于中段，加热时可实现最佳的温度梯度，启动时避免高温玻璃析晶，关闭时可完成快速堵料和避免玻璃拉丝。
附图说明
图1为发明中频感应线圈结构第一实施例直筒型线圈的结构示意图。
图2为发明中频感应线圈结构第二实施例纺锤型线圈的结构示意图。
图中：1—漏料管；2—感应线圈；3—上段；4—中段；5—下段；6—水冷闸阀。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步描述，但不应以此限制我们的保护范围。
实施例1：直筒型线圈(如图1所示)，上段3、下段5线圈间距l小于中段4线圈间距L；
选用690合金漏料管，外径为40mm，内径为16mm，总长度170mm。直筒型中频线圈的总长度为100mm，上段和下段的线圈长度L设计为36mm，中段长度l设计为28mm(L/l≈1.3)，内径为60mm。选用液相温度TL为900℃的硼硅酸盐玻璃。
高温玻璃的放料方法如下：
(1)在中频控制器上设定升温程序，升温速率设定为40℃/min，最高温度为950℃；
(2)启动放料流程，开启中频加热电源；
(3)40min后，漏料管内玻璃开始放出到接料罐；
(4)根据接料罐反馈的实时重量信号，计算出放料速率，放料速率控制在4kg/min；
(5)当玻璃接料罐重量达到目标重量前2min，缓慢降低中频加热功率；
(6)当玻璃接料罐重量达到目标重量后，关闭中频加热，合上水冷闸阀，完成一轮放料流程。
使用时漏料管内高温玻璃流速稳定，未出现因析晶现象而影响流速；关闭放料时，几分钟即可完成堵料，漏料口未出现玻璃拉丝。
实施例2：纺锤型线圈(如图2所示)，即上段和下段线圈直径d小于中段线圈直径D。
选用690合金漏料管，外径为45mm，内径为16mm，总长度180mm。纺锤型中频线圈的总长度为120mm，上段和下段线圈的直径d设计为65mm，中段线圈直径设计为78mm(D/d＝1.2)，上中下段的长度都为40mm。选用液相温度TL为900℃的硼硅酸盐玻璃。
高温玻璃的放料方法如下：
(1)在中频控制器上设定升温程序，升温速率设定为40℃/min，最高温度为930℃；
(2)启动放料流程，开启中频加热电源；
(3)35min后，漏料管内玻璃开始放出到接料罐；
(4)根据接料罐反馈的实时重量信号，计算出放料速率，放料速率控制在3.5kg/min；
(5)当玻璃接料罐重量达到目标重量前1.5min，缓慢降低中频加热功率；
(6)当玻璃接料罐重量达到目标重量后，关闭中频加热，合上水冷闸阀，完成一轮放料流程。
使用时漏料管内高温玻璃流速稳定，未出现因析晶而影响流速；关闭放料时，几份钟即可完成堵料，漏料口未出现玻璃拉丝。
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