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申请/专利权人：南华大学

摘要：用于去除核废金属放射性的专用钢丸制备方法，应用于用于去除核废金属放射性的专用钢丸制备系统，用于制备钢丸。用于去除核废金属放射性的专用钢丸制备系统，包括喷丸去污装置、金属切割机、金属撕碎机、金属压缩打包机、金属熔炼上料总成和制丸设备总成；钢丸制备方法如下：表面喷丸；碎片化处理；压缩打包；冷炉投料；金属熔炼；制备钢丸。本发明以核废金属为原料，制备专用于金属核去污的钢丸，钢丸制备过程不额外产生放射性废物，钢丸使用过程可通过清洗流程实现多次循环利用，充分满足了“放射性废物最小化”的要求。

主权项：1.用于去除核废金属放射性的专用钢丸制备方法，其特征是，应用于金属核去污专用钢丸的制备系统，用于制备钢丸；所述的金属核去污专用钢丸的制备系统，包括喷丸去污装置、金属切割机、金属撕碎机、金属压缩打包机、金属熔炼上料总成和制丸设备总成；喷丸去污装置包括喷枪、砂尘分离器、砂尘收集器、钢丸清洗机、钢丸遣返器、干冰供给装置、高压空气气源和负压抽气设备；喷枪内部设有汇合腔、钢丸射入通道和钢丸回收通道；钢丸射入通道的前端和钢丸回收通道的前端分别连通至汇合腔的后端，汇合腔的前端、钢丸射入通道的后端、钢丸回收通道的后端分别在喷枪上形成喷丸操作口、钢丸入口A、钢丸出口A；砂尘分离器包括从上至下依次设置的筛选仓、回收仓和三通接头；筛选仓的上端两侧分别设有钢丸入口B和砂尘出口，筛选仓下端设有鼓风口A、钢丸下落口和钢丸出口B；钢丸入口B通过气路管道与喷枪的钢丸出口A连通；钢丸下落口上设有电控阀A；钢丸出口B上设有电控阀D；回收仓上端设有正对筛选仓的钢丸下落口A的敞口，回收仓下端设有钢丸出口C，回收仓侧壁上设有负压排气口和钢丸遣返口；三通接头上设有第一端口、第二端口和第三端口，第一端口连接在回收仓的钢丸出口C上，第二端口通过气路管道与喷枪的钢丸入口A连通；砂尘收集器包括集尘仓和安装在集尘仓内腔中的滤芯；滤芯将集尘仓内腔分隔为互不连通的上腔和下腔，集尘仓的外壁上设有连通至下腔的砂尘入口和连通至上腔的滤后出气口；砂尘入口通过气路管道与筛选仓的砂尘出口连通；钢丸清洗机包括外筒体、内筒体、支架A、电动推杆X及电机；外筒体一端设有钢丸出口D、干冰入口、废气出口和钢丸入口D，另一端中心处和下边沿处分别设有机轴穿孔和排渣口，排渣口上设有电控阀B；外筒体在钢丸出口D上转动连接有盖板，转动盖板以打开或关闭钢丸出口D；外筒体的废气出口通过气路管道与集尘仓的砂尘入口连通；外筒体的钢丸入口D通过管道与筛选仓的钢丸出口B连接；内筒体一端设有敞口，另一端设有端板，内部设有清洗腔，外圆面上设有镂空孔；内筒体可转动安装在外筒体内部，并与外筒体之间形成环形腔，内筒体的敞口正对并紧邻外筒体的钢丸出口D、干冰入口、废气出口和钢丸入口D；支架A下端安装在地面上，上端与外筒体的外壁铰接；电动推杆X下端铰接安装在地面上，上端与外筒体的外壁铰接，其用于驱动外筒体绕其铰接处做竖直平面的转动，进而使钢丸出口D朝向斜上方或朝向斜下方；当钢丸出口D朝向斜上方时，盖板与钢丸出口D贴合以关闭钢丸出口D，当钢丸出口D朝向斜下方时，盖板与钢丸出口D分离以打开钢丸出口D；电机固定安装在外筒体外部一侧端面上，其机轴通过机轴穿孔而伸入到外筒体内部，并与内筒体的端板固连，电机的机轴转动以驱动内筒体相对于外筒体做圆周转动；钢丸遣返器包括遣返仓、支架B及电动推杆Y；遣返仓上端设有钢丸入口E，下端设有钢丸出口E，遣返仓的钢丸入口E位于外筒体的钢丸出口D的正下方；支架B下端固定安装在地面上，上端与遣返仓的外壁铰接；电动推杆Y下端铰接安装在地面上，上端与遣返仓的外壁铰接，其用于驱动遣返仓绕其铰接处做竖直平面的转动，进而使钢丸出口E朝向斜上方或斜下方；干冰供给装置内部设有干冰存放腔，干冰供给装置外壁上设有连通至干冰存放腔的高压进气口、干冰投料口和干冰输出口；干冰输出口通过气路管道与钢丸清洗机的干冰入口连通；高压空气气源用于输出压缩空气，高压空气气源分别通过气路管道与筛选仓的鼓风口A、三通接头的第三端口、干冰供给装置的高压进气口连通；负压抽气设备用于提供负压，负压抽气设备分别通过气路管道与集尘仓的滤后出气口、回收仓的负压排气口连通；金属压缩打包机包括箱体、X向推进组件、Y向推进组件、顶部翻转组件和出料控制组件；箱体呈中空的长方体形，其内设有压缩腔，其上端设有连通至压缩腔的进出料口，其四面侧壁按照顺时针分别命名为第一壁、第二壁、第三壁和第四壁，第一壁在紧邻第二壁的下端设有连通至压缩腔的矩形开口A，第四壁在下端设有连通至压缩腔的矩形开口B，第三壁下端与箱体底壁之间设有转角缺口，转角缺口由设在第三壁上的矩形开口C和设在箱体底壁上的矩形开口D连通而成，矩形开口C正对矩形开口A；X向推进组件包括X向液压缸和连接在X向液压缸活塞杆端头上的X向推板；X向液压缸的缸体固定安装在箱体的第四壁上，并位于压缩腔外部；X向推板在X向液压缸的驱动下做水平往复直线移动，进而在齐平于矩形开口B与伸入压缩腔内之间变换，X向推板的移动方向垂直于第二壁；Y向推进组件包括Y向液压缸和连接在Y向液压缸活塞杆端头上的Y向推板；Y向液压缸的缸体固定安装在箱体的第一壁上，并位于压缩腔外部；Y向推板在Y向液压缸的驱动下做水平往复直线移动，进而在齐平于矩形开口A与伸入压缩腔内之间变换，Y向推板的移动方向平行于第二壁；顶部翻转组件包括转板和翻转液压缸；转板一端设有第四铰接处，转板中部设有第五铰接处；翻转液压缸的缸体铰接在第四壁的上端，翻转液压缸的活塞杆端头铰接在转板的第五铰接处上，翻转液压缸的活塞杆伸缩以驱动转板绕第四铰接处做竖直平面内的转动，进而将箱体的进出料口封闭或敞开；出料控制组件包括转轴、折板和出料液压缸；转轴水平布置并活动安装在第三壁的上端，并平行于第三壁布置，转轴在一端与板A的上端固定连接，转轴在另一端与出料液压缸的活塞杆端头铰接；折板由相互垂直并在侧边处连接的板A和板B组成，折板设在转角缺口处，并在板A的上端与转轴固定连接；出料液压缸的缸体铰接在第二壁的下端，出料液压缸的活塞杆伸缩以驱动转轴转动，进而带动折板绕转轴转动，使折板在补缺状态与出料状态之间转换；当折板在补缺状态下时，板A位于压缩腔内的表面与第三壁位于压缩腔内的表面齐平，板B位于压缩腔内的表面与箱体底壁位于压缩腔内的表面齐平；当折板在出料状态下时，板A向压缩腔外侧倾斜，板B向压缩腔上端倾斜；金属熔炼上料总成包括总框架、垂直提升机、熔炼炉组件、小车组件、投料对接机构、负压除尘机构和物料输送机构；总框架从下至上依次设有一层底板和二层底板，一层底板与二层底板之间为一层空间，二层底板上端为二层空间，二层底板上设有连通一层空间与二层空间的连通口；垂直提升机固定安装在总框架上，并位于一层空间与二层空间之间，其下端设有连通至一层空间的物料入口，上端设有连通至二层空间的物料出口；熔炼炉组件包括倾翻平台、熔炼炉和翻转液压缸；倾翻平台铰接安装在二层底板的连通口处，并绕铰接处做竖直平面的转动；熔炼炉内部设有熔炼腔，熔炼炉上端设有连通至熔炼腔的投料口和连通至投料口的引流槽，熔炼炉在外壁上端与倾翻平台固定连接，并位于二层底板的连通口处，并位于一层空间与二层空间之间；翻转液压缸设置在一层底板与熔炼炉之间，其下端铰接在一层底板上，上端与倾翻平台的下表面铰接，其用于驱动倾翻平台绕其铰接处转动，进而带动熔炼炉转动，使熔炼炉在工作状态与倒料状态之间转换；熔炼炉在工作状态下呈竖直姿态，投料口竖直朝上；熔炼炉在倒料状态下呈倾斜姿态，熔炼腔中的熔炼液可通过投料口和引流槽倒出；小车组件包括导轨、小车、电动推杆B和定位套筒；导轨的数量为两条，两条导轨相互平行布置固定安装在二层底板上，并分布在熔炼炉的投料口的两侧；两条导轨均垂直于熔炼炉的引流槽布置，其中一条导轨相对靠近引流槽，另一条导轨相对远离引流槽；小车包括车体和电动轮；车体上设有镂空孔A和镂空孔B；电动轮安装在车体下端；小车通过电动轮活动安装在两条导轨上；电动推杆B固定连接在在小车的车体的一端，并做竖直方向的升降移动；定位套筒固定安装在倾翻平台上，并位于电动推杆B的下端；当小车位于第一位置时，电动推杆B与定位套筒上下正对，电动推杆B伸入定位套筒的内孔即将小车的位置锁定；投料对接机构包括外漏斗、内漏斗和行吊；外漏斗固定安装在车体的镂空孔A中，并呈上大下小的喇叭口形；内漏斗呈上大下小的喇叭口形，并与外漏斗的内孔形状吻合，其上端设有用于对接行吊的挂耳；行吊安装在二层空间内，其用于控制内漏斗移动，进而使内漏斗与外漏斗对接或分离；当内漏斗与外漏斗对接时，内漏斗的下端口通过熔炼炉的投料口伸入熔炼炉的熔炼腔中；负压除尘机构包括集尘罩和负压除尘器；集尘罩内部设有气路通道，气路通道在集尘罩的两端分别形成集尘口和排尘口，集尘罩安装在小车上，并位于小车的镂空孔B中，其排尘口和集尘口分别位于镂空孔B的上端和下端；负压除尘器上设有进气口和排气口，负压除尘器内部设有滤芯，负压除尘器的进气口与集尘罩的排尘口通过气管连接；物料输送机构包括支座、带式输送机A和上部牵拉组件；支座固定安装在二层空间内；带式输送机A铰接在支座上，并绕铰接处座竖直平面的转动，进而在输送状态与避让状态之间转换；输送状态下，其用于将垂直提升机排出的物料输送至熔炼炉内，避让状态下，其避开内漏斗的升降移动路径、熔炼炉的翻转路径和倾翻平台的翻转路径；上部牵拉组件与带式输送机A关联，以驱动带式输送机A绕其铰接处转动；小车沿导轨的移动路径上依次设有第一位置、第二位置和第三位置；当小车处在第一位置时，外漏斗的下端口与处在工作状态的熔炼炉的投料口上下正对；当小车处在第二位置时，集尘罩的集尘口与处在工作状态的熔炼炉的投料口上下正对；当小车处在第三位置时，小车与倾翻平台的转动路径上下错开；仅当小车处于第一位置时，外漏斗与内漏斗可进行对接或分离；制丸设备总成包括离心雾化制丸机、震动筛选机及热处理炉；离心雾化制丸机包括外壳、电机B及转盘；外壳内部设有制丸腔，上端设有连通至制丸腔的喇叭口；电机B固定安装在外壳的制丸腔底部，其机轴竖直向上伸出；转盘上表面中心处设有凹坑和多条环绕凹坑中心点呈辐射状分布的钢水流动槽，钢水流动槽的两端分别连通至转盘边沿和凹坑边沿；转盘在下端中心处与电机的机轴固定连接，转盘的凹坑位于喇叭口正下方；制备钢丸之前，金属核去污专用钢丸的制备系统处在初始状态，在初始状态下：a、喷丸去污装置内部的钢丸集中在筛选仓内；b、箱体的进出料口敞开；c、X向推板齐平于矩形开口B；d、Y向推板齐平于矩形开口A；e、折板处在补缺状态；f、熔炼炉处在工作状态；g、小车处在第一位置；h、内漏斗与外漏斗对接；i、带式输送机A处在输送状态；j、电动推杆B伸入定位套筒的内孔；k、转盘处于转动状态；钢丸制备方法如下：S01、表面喷丸：a、针对存在内壁面的核废金属，通过金属切割机进行切割处理，使其内壁面暴露出来，以便于后续进行表面喷丸；b、将喷枪的喷丸操作口正对并抵住核废金属的表面，然后启动高压空气气源和负压抽气设备；在高压空气气源和负压抽气设备的共同作用下，使钢丸在喷枪、筛选仓、回收仓的内部之间循环流动；钢丸流经喷枪时，移动路径依次为钢丸射入通道、汇合腔、钢丸回收通道；钢丸进入汇合腔后，朝向喷丸操作口移动，并最终撞击到金属表面，一方面将金属表面的污渍、锈渍和放射性物质层剥离，另一方面立即反弹变向，并在负压作用下进入钢丸回收通道；高压空气气源启动后，通过鼓风口A向筛选仓内自下而上的鼓风，将筛选仓内的杂质、灰尘和碎片吹至筛选仓上部区域；高压空气气源启动后，通过三通接头和钢丸入口A向喷枪的钢丸射入通道中鼓风，使连接在三通接头上的钢丸出口C产生负压，在负压作用下，钢丸从回收仓的钢丸出口C排出，然后进入气路管道中，接着在风力推动下向喷枪的钢丸射入通道流动；负压抽气设备启动后，使得集尘仓的上腔、集尘仓的下腔、筛选仓的上部区域、喷枪的钢丸回收通道中依次产生负压；在负压作用下，筛选仓上部区域的杂质、灰尘、碎片进入集尘仓的下腔，从而沉降在下腔底部或被滤芯收集；本步骤中，未涉及的气路管道上的阀门处于关闭状态，涉及到的气路管道上的阀门处于打开状态；S02、碎片化处理：对表面喷丸处理后的核废金属，通过金属切割机切割成符合金属撕碎机进料要求的尺寸；将切割后的核废金属投入金属撕碎机进行撕碎处理；S03、压缩打包：a、将撕碎处理形成的金属碎料转移至箱体的压缩腔中后，翻转液压缸启动，驱动转板绕第四铰接处做竖直平面内的转动，一方面将箱体的进出料口封闭，另一方面对箱体压缩腔内的金属碎料进行高度方向的压缩；b、X向液压缸启动，驱动X向推板向靠近第二壁的方向移动，将压缩腔内的金属碎料进行水平X向的压缩，当X向推板移动至与矩形开口A的侧边沿齐平时，即停止移动；c、Y向液压缸启动，驱动Y向推板向靠近第三壁的方向移动，将压缩腔内的金属碎料进行水平Y向的压缩，金属碎料压缩后形成一个长方体块，后续简称为金属块；d、X向液压缸和Y向液压缸不分先后次序启动，分别驱动X向推板个Y向推板退回原位；e、出料液压缸启动，通过转轴带动折板转动，使折板由补缺状态转动至出料状态，从而将压缩的长方体块翘起并从箱体的压缩腔中排出；本步骤中，将X向推板的移动方向定义为X向，将Y向推板的移动方向定义为Y向，所述侧边沿为矩形开口A相对远离第二壁的侧边沿；S04、冷炉投料：a、将金属块通过物料入口送入垂直提升机，垂直提升机将金属块从一层空间提升至二层空间后，驱动金属块从物料出口排出到垂直提升机外部；b、金属块从物料出口排出后，通过带式输送机A的进料端A进入输送带A上，金属块随着输送带A向带式输送机A的排料端A移动；c、金属块从带式输送机A的排料端A排出后，通过内漏斗进入熔炼炉的熔炼腔中；d、投料完成后，卷扬机启动，拉动带式输送机A绕第一铰接处向上转动，使带式输送机A由输送状态转变为避让状态；e、通过行吊下端的吊钩勾住内漏斗上端的挂耳，再操控行吊将内漏斗向上提起，使内漏斗与外漏斗完全分离；S05、金属熔炼：a、电动推杆B退出定位套筒的内孔，以解除小车的位置锁定，然后小车由第一位置移动至第二位置，使集尘罩的集尘口正对熔炼炉的投料口；b、启动熔炼炉的加热功能，对金属块进行熔炼；熔炼过程中，一方面，确保负压除尘器持续运行，使熔炼产生的挥发气体通过集尘罩进入负压除尘器，气体中的放射性核素被截留在负压除尘器的滤芯中，过滤后的气体通过负压除尘器排放到大气中，另一方面，对熔炼产生的炉渣进行实时人工清理；c、熔炼完成后，驱动小车由第二位置移动至第三位置，使小车与倾翻平台的转动路径上下错开；S06、制备钢丸：a、控制翻转液压缸动作，使熔炼液依次通过投料口和引流槽排出，通过喇叭口进入外壳的制丸腔内，落在转动中的转盘的凹坑内，然后在离心力的作用下，通过钢水流动槽甩出，形成钢水微滴，掉入外壳的制丸腔下部的冷却水中，形成钢丸，钢丸用于S01步骤的表面喷丸使用；b、使用震动筛选机筛选出直径在0.25mm-2mm之间的钢丸，再使用热处理炉对钢丸依次进行正火、淬火、回火处理，使钢丸达到HRC＞49的硬度要求。

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