[发明专利]一种超高温熔融物的热释放及连通装置

说明书

本发明涉及一种超高温熔融物的热释放及连通装置，包括设置在冷坩埚底部和承接容器顶部之间的加热管结构，所述冷坩埚位于冷坩埚加热炉内，释放控制感应线圈根据加热管顶部与冷坩埚底部对应位置的温度变化信号控制加热管的加热，高温加热管使所述冷坩埚内熔融物底部壳层结构发生热失效，从而使超高温熔融物流经加热管进入承接容器内。本发明避免了熔融物在释放管道内的凝固及堵塞,无需外部机械操作且结构简单。本装置可应用于核工业、冶金、铸造、化工等需要对高温熔融物受控释放的应用场景，有着重要的科学和工程意义。

技术领域

本发明涉及一种超高温熔融物的释放技术，具体涉及一种可将大质量的超高温熔融物(最高温度2600℃)由冷坩埚感应加热炉底部热释放装置，并作为熔融物向承接容器释放的高温连通管道。

背景技术

核电站发生严重事故时，堆芯融化形成高温熔融池，威胁压力容器的完整性。一旦发生压力容器破损，熔融物将泄漏至反应堆腔室内，可能发生熔融物与冷却剂相互作用引发蒸汽爆炸,亦可能发生熔融物与混凝土相互作用等复杂的物理及化学反应，严重威胁到安全壳的完整性。

当模拟熔融物释放后的流动过程和材料间相互作用现象时，需要先通过高温加热炉将物料由常温加热至高温熔融，然后通过有效且畅通的释放方式进入承接容器内。由于反应堆堆芯熔融物的温度在2000℃～2600℃，过高的温度限制了常规材料和常规释放方式的使用，从而使熔融物释放及引流过程变得非常困难。另外，在冶金、铸造、化工等领域，也涉及到与高温物料的高效熔化和可控释放相关的先进技术装备需求。

中国专利申请CN104575631A公开了一种高温熔融物释放装置，采用气动支撑机构及撞击机构，可实现公斤量级的熔融物的释放。此装置主要部件包括气动支撑板、快关阀、石墨锥等部件。实施熔融物释放的主要过程是：通过远程控制打开气动支撑板，石墨坩埚和熔融物下落，并由位于下落管道内的石墨锥将石墨坩埚底部破坏后高温熔融物流出。此种方式存在的问题是：(1)释放装置中石墨坩埚与熔融物在熔化过程中长期接触，高温条件下易发相互作用，从而改变熔融物原有成分；(2)石墨坩埚每次卸料后底部损坏，若开展大质量熔融物的高温释放，则对应于大容积的石墨坩埚，工况数量受成本限制。(3)石墨锥位于熔融物下落通道内，对熔融物下落过程中会发生飞溅且过热度快速降低，使得熔融物在释放管道内有滞留或堵塞的风险。

中国专利申请CN208093163U及CN108520787A采用坩埚堵塞向上提升的方式实现熔融物的释放。主要部件有坩埚堵塞、导向杆、钢丝绳、滑轮、固定支架等部件，其中坩埚堵塞为非导电性材料，防止被感应加热。此种方式结构相对简单，可实现熔融物的释放，但坩埚堵塞在熔融物升至高温的过程中长时间与熔融物接触，发生材料相互作用或堵塞损坏的机率增加，改变熔融物成分。

韩国的TROI实验通过在冷坩埚底部设置尖锥对熔融物池底部进行机械刺穿的方式开展释放(参见Application of cold crucible for melting of UO₂/ZrO₂mixture,2003)。需在冷坩埚底部开口区域布置电动执行机构，用于远程控制释放过程，此种方式与CN104575631A相近，同样存在刺穿锥在熔融物下落通道内，而导致熔融物在释放管道内发生飞溅且过热度快速降低的问题，使得熔融物在释放管道内有滞留或堵塞，且无法控制高温液态熔融物的出口状态。

以上几种方式均以施加机械外力方式将坩埚底部破坏后实现熔融物向承接容器的释放。在高温熔融物相关的应用场景中，由于熔融物温度过高且易与多种材料发生反应，且在释放过程中因温度快速降低而在释放机构或释放管线中凝固或堵塞。因此有必要设计一种结构及控制简单，并在释放过程中熔融物温度不降低、不凝固、不飞溅的释放装置，解决大质量熔融物释放及流动控制中的技术瓶颈。

发明内容

本发明的目的是针对现在技术的不足，提供一种大质量的高温熔融物由冷坩埚感应加热炉底部释放，并沿指定流通路径后进行可控释放的装置，为反应堆熔融物行为、材料间相互作用现象的模拟和高温冶金、铸造和化工等相关工程领域应对类似难题提供可行的解决方案。