抽象的
通过ANSTO人造岩石技术旨在提供一个安全的，安全矩阵放射性废物最终处置和固定。人造岩石技术将用于从创建放射性同位素钼-99（MO-99）的控制放射性废物。
本文将描述工艺发展的不同阶段，直接参考焙烧、热处理技术和Synroc方法学的主要元素。1-2
旋转热处理系统包括:优化的组件模块化设计，便于在热电池中进行远程维护，符合热电池的可维护性、可靠性和安全性的放射性环境标准，尖端的加热元件设计，便于远程维护和操作，增强了可靠性。
与核医学生产中产生的废物的热处理一起，这项技术提供了一系列的解决方案核材料处理亚博网站下载如硝酸铀酰的脱硝、UO的氧化等2粉末、颗粒和碎屑到美国3.O8,烧结UO2粒料反应堆的燃料棒，和UO的加氢氟化2球团矿。本文还将概述各种核应用的热处理解决方案。
介绍
钼-99核医学产生的废物管理是生产者和监管机构都关心的一个重要国际问题。
ANSTO的目标是将同位素生产过程中含有碱性化学成分的所有中级液体废物转化为符合处置和储存监管标准的耐磨固体废物形式。
ANSTO战略的一个关键要素是采用技术，增加废物在一种形式的废物内的装载量，无论是深地质或近地表存储库处理和存储，这种形式的废物都是持久的。ANSTO设计了一个模块化系统，该系统结合了多个已在行业规模上得到验证的技术。3.
对工程设计进行了改进，确定了核材料加工装置的可靠性和可维护性。亚博网站下载
采用旋转管式炉的热处理技术不仅对颗粒和相的形成至关重要，而且还影响到热等静压(HIP)加工的下游效果，最终影响到废料的寿命。
在工艺过程中，将废物体添加剂和液体废物结合起来，可产生高度均匀的自由流动粉末（含约20 wt.%的水），并将其送入煅烧炉。在煅烧步骤中，粉末内部的残余水被提取出来，并产生一定的致密化和相形成。
用于液体废物转化成固体废物耐用形式工艺流程图1概述如下。
粉末处理是第一步，中间水平的废物与定制的废物组成添加剂混合。薄膜蒸发器将这种液体混合物转换成粒状的粉末，并将粉末倒入料斗内进行热加工。
在旋转管炉内对含有放射性废物的粉末进行煅烧，远程调节以处理放射性粉末。煅烧后的粉末自由移动到计量柱，在计量柱中，材料被重复地填充到不锈钢罐中进行热等静压。
在髋关节置换术前，气罐被密封并清空。HIPing是创造一种持久废物形式的下一个阶段，当压力和热量同时施加时，就会产生一种致密的无机粉末。这一过程减少了废物包装的最终体积。
图1所示。中液面废物处理的Synroc工艺流程。图片来源:哈珀国际
讨论
在ANSTO的全球招标过程后，哈珀国际公司受委托对图1所示的这一重要粉末加工技术进行工厂验收测试，以规划、设计和测试性能。
生产了两个旋转煅烧炉:一个用于ANSTO设施的工程演示，另一个用于Synroc废物处理厂(SWTP)。由于周围的热槽环境，这些旋转煅烧炉有几种规格。采用合作的方法对加热炉关键特性的开发和设计进行了评估。
在某种程度上，这个项目的成效是各队之间的合作的结果。的回转式煅烧炉的内部的所期望的功能屏蔽创建了几个的新颖系统要求热室外壳。
对材料及其结构、远程可维护性和高系统完整性的具体要求亚博网站下载提出了复杂的系统设计挑战。该系统必须通过旋转煅烧炉系统一侧的屏蔽墙，通过接入口方便远程操作、拆卸、重新组装和维修。
远程组装和拆卸的效率对于限制个人在服务场所的时间和任何可能的工厂停机时间至关重要。这一点，加上替换零件的方便性，被认为是高效周转的关键。
随着远程服务能力的具体要求，定制项目质量计划与包括书面证据核质保-1（NQA-1）的标准线已创建。
这个计划是清晰的，完整的，高度结构化的，并且完全遵守。该计划的关键方面是:伪造检查、认证的COTS材料、认证的性能测试、认证的第三方无损检测、100%尺寸检查、认证的制造工艺如焊接、认证的材料以及检验和亚博网站下载测试计划(ITPs)。
每种材料进行了系统的处理亚博网站下载，被明确确定，隔离和dispositioned，与他们的可用性和状态，以制造被明确指定。该过程被严格控制，该系统被验证为是符合要求的，严格按照质量计划的结果。
回转煅烧炉系统的要求
该项目的目的是设计和生产完全适合核热细胞环境的旋转煅烧炉。这种旋转煅烧炉安装在粉末生产系统的内部。设计、概念化和提供一个可靠的系统来包含在热电池中是一个关键的挑战。
在无障碍设计、建筑材料和空间方面存在一些限制。亚博网站下载该设计的一个主要要求是将用于维护和操作的手套端口结合在一起，以便通过一侧的屏蔽墙进入。
回转窑用于加工几种类型的自由流动的材料，粉末，颗粒。亚博网站下载图2展示了一个典型的旋转系统的设计。进料通过系统前端的给料机进入旋转管。合金管的倾斜度一般在0.5到5度之间。
随着管的旋转，管的角度分布的材料跨越管的长度，并允许控制停留时间。这使得该机制移动材料进出加热区域。
粉状物料进入管道出口的出料罩，在那里它通过溜槽被分配到产品收集设备。app亚博体育旋转煅烧炉系统在旋转管的出口和入口设置了气氛密封，将室内空气与旋转系统内的工艺气体分开。
工艺气体通过漏斗进入出口室，并沿逆流方向通过工艺管进入入口室。出料罩和给料机采用密封装置，以防止粉尘或窑气逸出系统。
图2。典型回转系统的主要组成部分。图片来源:哈珀国际
该过程被保存在一个屏蔽热槽内，用于旋转煅烧炉的SWTP实现，800毫米的混凝土墙，以屏蔽裂变产物衰变的伽马辐射辐射。
若干内部外壳被控制在热室内，其中一个是煅烧炉。ANSTO设计了一种用于高形状粉末生产的系统，在该系统中，添加剂和液体废物进入外壳，并利用重力引导进入料斗进入旋转煅烧炉，转化为自由流动的粉末。
在进行任何安排的维护之前，包括放射性在内的原料将被用完，从而在维修发生前减少放射性库存亚博网站下载。由于进入热室环境的通道有限，需要通过屏蔽墙对旋转煅烧炉进行远程操作。
为了实现这一点，旋转系统的子组件被考虑用于远程提取和运输到工厂的不同区域进行维护。
键子组件分别出射罩，出口耳轴，加热元件，入口盖和密封件，合金处理管，入口耳轴和潜水电机，和螺旋进料器。
所有的子系统都被建立起来，以便在热室内远程移除，并运送到一个可以进行维护的区域。
图3概述了用于远程替换和移除的关键子组件。这些子系统还可以作为重要的备件使用，因此备件的替换可以提供一种高效的维修方法。
图3。旋转分解炉远程拆卸。图片来源:哈珀国际
项目交付战略
采用逐步的方法来确保遵循总体设计意图和书面规范。在工程阶段，对每个子组件进行测试，以确保其符合远程拆卸、建筑材料和最终子组件评估和测试的计划。亚博网站下载
确保项目成功的“质量”基础
由于它的复杂性，对于系统的性能和项目的执行有高度具体的需求。
这是Harper接受过的最严格的项目，这意味着在ANSTO的协作和指导下，为项目定制了质量计划。
一个关键的特点是开发组件级检验和测试计划，并创建供应商和内部支持流程，以帮助他们在设计发布到制造和采购之前。
对于每个关键子组件，设计并遵守单独的ITP。例如，结构焊接件将包括以下主要元素：制造组件的尺寸检验报告、材料证书、认证检验员、焊工和焊接程序，以及包含所有焊接和NDE标注的高度详细的图纸，以及焊接图。
对于购买的重要部件，ITPs将提供制造商提供的符合规范的证书，以及适当的校准证书或测试性能结果。
在其他示例中，如齿轮箱，在产品发布到装配阶段之前，确定、执行并确认了准确的范围划分和相关规范。
作为客户的工厂验收测试(FAT)和ITP的要求，在总装层进行系统级功能测试，以获得运输批准并验证性能符合要求。在最后阶段，对所有文件进行了详细的审核，以确保该方法得到普遍实施并形成文件。
高级旋转功能
下面列举了几个例子，概述了热室环境中旋转煅烧炉的一些解决方案和挑战。这并不是先进特性的全面清单，而是概述了旋转分解炉的几个优点。
先进的加热元件设计
加热元件的设计对热电池环境有一些额外的要求。加热系统需要坚固和冗余的加热组件，能够远程组装和拆卸。
在先进加热组件的施工和设计过程中，每个特殊要求都得到了解决和细化。先进的加热元件由一个远程支架构成，从回转窑中取出后放置。加热元件通过定位销定位到回转窑架中。
终端连接位于通过手套端口从操作人员的访问侧。在元件设计中加入了一个冗余部件，这样系统就不会因为单个部件的故障而无法正常工作。详细的规格，坚固的元件制造设计，以及确认的可重复性，允许在组装期间的可重复性结果。
这种先进的加热元件设计经过正确评估，便于在工厂进行远程维护和操作，然后再运到加工厂设施。
旋转管驱动系统
旋转管驱动系统需要为旋转炉提供不同的旋转速度，以坚持材料的结构限制，并可远程拆卸维护。
在此系统的开发中采用了设计和改进策略。评估了使用3D建模来评估易用性的设计评审。
供应商对特定组件和组件的反馈意味着对系统进行更新和修改以增加功能。ANSTO和Harper的共同工作确保了与热槽提升系统和盾壁的兼容性，盾壁是与旋转煅烧炉一起生产的。
多数子组件被构建成位于销和固定在适当位置与一个特制的手锁定装置，的屏蔽壁访问可访问的外部。在旋转管驱动器的例子，进一步的步骤是必要的用于连接到所述驱动联接在入口耳轴子组件。
在旋转管的齿轮是由入口耳轴系统接合。齿轮和联接系统的正确定位是对于旋转驱动系统至关重要的正常运行。入口耳轴系统最初定位到基部光束用于待组装的系统。
起重机提升支撑支架构造在重心上，并战略性地定位，以确保通过盾构墙进入端口的移动。导向销最初用于定位入口耳轴，然后用特制的锁定销将其固定到位。
下一个用于组装的子组件是驱动器。驱动器是利用位于重心的提升支撑支架定位的。当安装在槽上时，驱动器能够向前移动，与进口耳轴组件上的联轴器接合。
驱动系统是在正确的位置后，锁定销订婚。然后将管组件将被定位在耳轴系统上以接合所述传动装置。从详细设计到概念设计，设计审查序列沿着人体工程学的严格评估和辅助定位的硬件进行。
随着详细设计的推进，3D建模工具被用来描绘远程装配和拆卸。选择性设计和工程精度定制对准和锁定元件及其后续评估提供了一个基本但可靠的多组件远程施工。
进一步证明，两台旋转煅烧炉之间的组件是可互换的，这激发了人们的信心，即未来购买的备件可以在这种环境下组装。齿轮箱需要对结构材料进行彻底评估，以确保这些材料与伽马辐射兼容。亚博网站下载
变速箱还需要一个程序来清除不符合要求的材料(特别是润滑脂)。亚博网站下载为此过程生产了一个ITP，以确认所有非符合伽马的材料都被消除、重新组装和清洁。亚博网站下载然后使用专用的抗伽马辐射润滑脂涂覆系统。
在详细测试功能并将其与项目需求相关联之后，在产品发布给下一个供应商之前，执行、应用并确认了准确的范围划分和相关规范。对涉及远程拆卸和装配的每个组件进行了评估。在这个过程中产生了高度特异性的ITPs。
工厂系统测试
工厂验收测试(FAT)在旋转煅烧炉结构完成后进行。模拟盾墙(图5)与SWTP中规划的开口一起构建，以测试所需的远程拆卸和重组的新元素。
这个模拟盾构墙被用来调查所有的远程操作。出货前进行整体拆装，工厂验收测试。这样就有可能精确地调整特征和程序。
所述加热部件的装配在图6中说明中概述的接入位置到终端的连接的接近度。模拟维护，装配，和用于工厂验收测试中两炉中有效地进行操作。
在模拟过程中，炉膛的组装和拆卸速度大大快于运输前的目标时间。当比较两个炉时，报告的时间差异小于10%。通过炉膛和模拟屏蔽墙进入区域的有效性，我们获得了深刻的见解和信心。
图5。模拟屏蔽壁用于回转式煅烧炉的测试。图片来源:哈珀国际
图6。将加热元件组装到回转窑中。图片来源:哈珀国际
在工程演示设备旋转煅烧的测试
为了提高Synroc技术的技术成熟度，另一个定制设计的旋转煅烧炉和相同的模块化设计被安装到其不活动的工程演示设备中，以验证、开发和测试粉末生产的操作工艺参数(图7)。4
回转煅烧炉已成功安装到工厂中，生产出符合下游加工标准的粉末。图8显示了旋转管内粉末流动的模拟物。
已达到每小时3.5 kg的进料速度，满足加工技术要求。建筑物完工后，将在最终废物处理厂内调试另一个具有相同结构和设计的装置。
图7。哈珀回转煅烧窑的ANSTO人造岩石示范工厂内。图片来源:哈珀国际
图8。从单元废兴奋剂焙烧粉体人造岩石的非活动工程示范内部集成。图片来源:哈珀国际
分解炉安装，集成和调试到最终工厂
最终的垃圾处理厂正在建设中，预计将于2020年底移交建筑。粉末生产阶段的工厂布局和设备配置，包括第二个旋转煅烧炉，已在静止工程演示机上的屏蔽罩内配置app亚博体育和设计。
在大厦移交后，废物处理设施和工厂的设备将在试运行阶段之前进行舾装。app亚博体育
核材料加工应用技术解决方案亚博网站下载
本文概述的用于屏蔽热槽外壳的旋转煅烧炉的设计，是客户和供应商如何合作执行废物管理项目的技术解决方案的一个复杂的例子。
随着从生产放射性同位素，这种治疗固体和液体废物热过程技术可应用于广泛选择的遗留核废料，专业知识可以通过定制的旋转煅烧炉设计概念解决复杂的处理需求。
旋转煅烧炉还可以作为许多大学和政府实验室研究项目的动态测试设备。旋转煅烧炉的进一步应用是在毒性或粉尘控制是关键需要的处理过程中，即UO的氢氟化2硝酸铀酰和脱硝。
这种热技术的进一步广泛应用发生在核燃料制造厂，该厂回收受损的不合规格的燃料粉末、切屑和颗粒，然后在氧化环境中进行处理，以改变废物2到你3.O8在限制进入的地点，或在热房间和热电池设置。
这种材料再被加工回绿色UO2在燃料制造周期中，球团作为原料进入烧结阶段。这种热工技术也可应用于核燃料制造中，用于烧结绿色UO的窑炉和氢气还原气氛推进隧道炉2然后在反应堆燃料棒中使用的芯块。
结论
Harper for hot cell locations的旋转煅烧炉为放射性同位素生产产生的废液流处理中的煅烧阶段提供了成功的技术解决方案。旋转煅烧炉的制造完全结合了Synroc的模块化工艺技术。这个项目的有效性是许多考虑的结果。
在系统、设计和构建测试期间，ANSTO和Harper International之间的共同方法，以满足书面要求和总体设计意图，解决了设备维护的技术缺点和高温电池环境中废物的限制。app亚博体育
随着设计的挑战，严格遵守高质量规格和建筑材料标准的范围创造了一个项目，达到并远远超过相关的，项目特定的质量标准。
在工厂验收测试期间，根据SWTP预测的访问限制，有效验证了旋转分解炉的远程可用性、操作以及远程组装或拆卸。
实际物理限制和注意服务环境的细节，这是有效地使用这些维护和操作功能的系统产生的。用于热小区环境生成此回转煅烧炉已在ANSTO设施工程演示内委托。
非活性材料由演示设备在煅烧炉中运行，测试设计并确定后续实施的工艺条件。计划于2021年利用旋转煅烧炉处理安斯托SWTP内的放射性物质。
虽然预计设计的分解炉具有非凡的加工能力，但这些模块化热处理单元的设计和尺寸为扩大其产能创造了机会。这种容量的增加可以通过几条平行线来实现。该解决方案提供了低风险的扩展，同时减少了服务区域内的流程材料数量。
缩略词
NDE：无损检测
ITP：检验和测试计划
NQA-1:核质量保证
COTS:商用现货
FAT:工厂验收测试
SWTP:Synroc废物处理厂
HIP:热等静压
致谢
由Peter Witting亚博网站下载最初编写的材料制作而成1，詹森·格温1汤姆,奥康纳1, Rohan福尔摩斯2Abboud,阿曼达2，威廉·汤森2,迈克尔Deurra2，及Gerry Triani2从;
1.哈珀国际公司
2.ANSTO
参考文献和进一步阅读
- D.J.Gregg，E.R.Vance，“Synroc为锕系固定化量身定制的废物体”，Radiochim。Acta.，105（11），907-925（2017）
- M.L. Carter, H. Li, Y. Zhang, E.R. Vance and D.R.G. Mitchell，“钛酸盐陶瓷用于固定产生99 Mo的富铀放射性废物”，《核科学学报》，Vol 384 (3)， 322-326 (2009)
- R. Holmes, D.J. Gregg, E.R. Vance, M. Smith和G. Triani;“用于裂变生产钼-99的Synroc废物处理设施”废物管理研讨会，凤凰城，亚利桑那州，美国(2019)-19335
- R. Holmes, A. Abboud, B. Bigrigg, D.J. Gregg和G. Triani;“ANSTO Synroc的工程演示”废物管理研讨会，凤凰城，亚利桑那州，美国(2019)-19342
本信息来源、审查和改编自Harper International提供的材料。亚博网站下载
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