Экспериментальные и численные исследования для разработки промышленной печи остекловывания высокоактивных отходов индукционной плавкой в холодном тигле

Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, выполняется постановка цели и задач, определяется научная новизна, теоретическая и практическая значимость исследований, формулируются научные положения, выносимые на защиту.
В первой главе представлен обзор российских и зарубежных экспериментальных и промышленных электротехнологических установок остекловывания ВАО. Определены преимущества и недостатки при выборе той или иной технологии остекловывания. Показана перспектива и ориентированность атомной промышленности развитых стран на использование в качестве установок остекловывания ВАО печей ИПХТ.
Описан опыт российских ученых по внедрению в радиохимическую промышленность технологии ИПХТ для остекловывания радиоактивных отходов низкого и среднего уровня активности. Показана важность развития Новой Электротехнологической концепции построения установки остекловывания методом ИПХТ из-за необходимости повышения производительности и надежности установок благодаря снижению частоты тока источников питания и увеличению размеров печей.
Показана проблема седиментации и накопления частиц БМ в печах остекловывания ВАО, приводящая к существенному уменьшению срока службы плавильного оборудования. На основе опыта предыдущих исследований обобщены знания о физико-химических процессах, происходящих при седиментации частиц БМ в печах ИПХТ малого и среднего масштаба.
Во второй главе приводится описание разработанного комплекса математических моделей и методики их применения для проектирования и конструирования печей ИПХТ стекол. В разработанный расчетный комплекс входя следующие математические модели:
1) электрогидродинамическая модель стартового нагрева;
2) электрогидродинамическая модель стационарного режима плавки;
3) двухчастотная модель индукционного нагрева при сливе расплава стекла;
4) модель охлаждения конструкционных элементов печи при индукционном нагреве. Известно, что стартовый нагрев при ИПХТ стекла может быть самой энергоемкой частью
плавки с точки зрения нагрузки на источник питания и питающую сеть. В некоторых случаях стартовый нагрев может быть невозможен по причинам плохой электромагнитной связи стартового материала и индуктора, недостаточной мощности или напряжения источника питания для образования стартовой ванны расплава, невозможности осуществления стартового нагрева из-за недопустимого перегрева элементов печи или недостаточного поверхностного эффекта в стартовой ванне расплава. Для определения устойчивости ИПХТ , динамических электрических, энергетических и тепловых распределенных и интегральных характеристик процесса и времени выхода на стационарный режим плавки была разработана трехмерная математическая модель стартового нагрева [2].
На рисунке 1 показаны результаты расчета, полученные с использованием электрогидродинамической модели стартового нагрева при ИПХТ стекла, в виде динамических электротепловых характеристик процесса, где Tmelt, Tsurf – максимальная температура в объеме и на поверхности ванны расплава; P1, Pglass, Pring, Pcc – активная мощность, подводимая к индуктору, в расплаве стекла, стартовом материале и секциях тигля, соответственно; Iind, Uind – действующие значения тока и напряжения на индукторе; R, Xl – эквивалентное активное и индуктивное сопротивление индуктора; ηel – электрический КПД индуктора; cosф – коэффициент мощности индуктора. Холодный тигель состоит из 20 секций, выполненных из трубок круглого сечения диаметром 16 мм. Внутренний диаметр тигля – 200 мм. Количество витков индуктора – 3 шт. Частота тока индуктора – 1,76 МГц. Холодный тигель и стартовое кольцо выполнены из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Крышка печи, дно и индуктор выполнены из меди.
Рисунок 1 – Изменение во времени электротепловых параметров ИПХТ во время стартового нагрева
Из данных, представленных на рисунке 1 следует, что по достижению времени 6500 секунд cosф стремится к установившемуся значению, что является характеристикой стационарности процесса плавки. Достижение стационарного режима плавки свидетельствует также о тепловой устойчивости ИПХТ, что позволяет с помощью данной модели прогнозировать такое состояние при проектировании и конструировании экспериментальных и промышленных печей.
Однако, наиболее эффективной, в отношении затраченных ресурсов/полученной информации, является разработанная трехмерная модель стационарного режима плавки при ИПХТ [6]. Данная модель является оптимальным инженерным инструментом для количественной оценки электрических, энергетических и теплогидродинамических параметров плавки с учетом конструкционных элементов печи.
На рисунке 2 представлены некоторые результаты 3D численного моделирования стационарного режима плавки боросиликатного стекла в экспериментальной печи ИПХТ с внутренним диаметром тигля 195 мм на частоте тока 1,76 МГц. Все элементы печи ИПХТ выполнены из меди.
Численное моделирование стационарного режима плавки при изменении конструкции печей ИПХТ стекол позволяет прогнозировать и обеспечивать требуемое распределение температуры в расплаве, повышать производительность благодаря улучшению гидродинамических условий, выбирать расположение и форму индуктора и сливного устройства и пр. Также в работе показано, что проведение 3D расчета оправдано при необходимости определения электрических потерь в конструкционных элементах печи ИПХТ.
Плотность тока в секциях тигля [А/м2]
Поле температуры [oC]
Рисунок 2 – Распределение физических полей при 3D электрогидродинамическом расчете
стационарного режима плавки
На основании разработанного комплекса математических моделей была предложена и обоснована методика применения комплекса для эффективного проектирования и конструирования экспериментальных и промышленных печей. Основная идея методики заключается в том, что для получения исчерпывающей информации об электрических, энергетических и теплогидродинамических характеристиках печи ИПХТ стекол необходимо выполнить численное моделирование трех основных технологических стадий: стартовый нагрев, стационарный режим плавки и слив расплава стекла (рисунок 3). В некоторых случаях также необходимо выполнить моделирование охлаждения конструкционных элементов печи при ИПХТ.
Полученная в результате расчетов информация позволит:
1) определить энергетические характеристики источника питания при проектировании печи ИПХТ;
2) выполнить модернизацию конструкции печи ИПХТ с целью её совершенствования при обеспечении конструкционных требований;
3) получить информацию об электрических и энергетических характеристиках печи и теплогидродинамических параметрах ванны расплава в стационарных и динамических режимах работы для снижения объема пуско-наладочных испытаний при вводе в эксплуатацию нового оборудования ИПХТ или при планировании экспериментальных исследований;
4) определить пространственное распределение физических полей в индукционной системе для анализа влияния различных эффектов и конструкционных решений на работу печи на различных стадиях ИПХТ.
Объемные источники тепла [Вт·м-3]
Поле скорости [см·с-1]
Рисунок 3 – Схема методики применения комплекса математических моделей для проектирования и конструирования печей ИПХТ стекол
В тексте диссертационной работы раскрыт алгоритм, в котором определен порядок использования той или иной модели расчетного комплекса при проектировании промышленного и экспериментального оборудования ИПХТ стекол.
В третьей главе представлены результаты исследований, полученных на опытно- промышленном стенде остекловывания имитаторов ВАО в боросиликатную матрицу методом ИПХТ. В состав стенда входит печь ИПХТ с плоским дном с внутренним диаметром холодного тигля из нержавеющей стали – 630 мм и транзисторным источником питания с частотой тока – 440 кГц и колебательной мощностью – 240 кВт (рисунок 4).
Рисунок 4 – Внешний вид экспериментальной установки остекловывания имитаторов ВАО методом ИПХТ
В ходе исследований при отработке технологии остекловывания имитаторов ВАО были определены электрические, энергетические и тепловые характеристики работы печи во время стартового нагрева, наплавления ванны и слива расплава стекла с помощью «горячего» сливного устройства индукционного типа. Исследован процесс формирования «холодной» шапки расплава при жидкостном дозировании азотнокислого раствора имитаторов ВАО. При отработке процесса остекловывания по одностадийной технологии доказана плановая производительность печи ИПХТ, которая составила 11-12 кг/ч по стеклу. Установлено, что характеристики сваренного на стенде стекла удовлетворяют требованиям НП-019-2015. Показано, что при наличии в шихте имитаторов БМ в процессе остекловывания происходит их седиментация и накопление на дне печи, что сопровождается ухудшением электротепловых параметров плавки [3].
Для предотвращения накопления на дне печи частиц БМ предложено использовать печь ИПХТ с конической формой дна. Данное решение основано на предположении, что частицы БМ

будут стекать по наклонной поверхности тигля к сливному устройству и сливаться вместе с расплавом стекла в приемный контейнер. В качестве обоснования преимущества данной концепции было выполнено численное моделирование стационарного режима плавки печи ИПХТ с плоским и коническим дном. Результаты моделирования показали, что при прочих равных условиях в печи с коническим дном наблюдается более интенсивный гидродинамический режим и ярко выраженная двухконтурная конвекция расплава, которая будет способствовать ухудшению условий агломерации и седиментации частиц БМ (рисунок 5).
Рисунок 5 – Распределение поля скорости в расплаве в холодном тигле с плоским и коническим дном при стационарном режиме плавки [м·c-1]
Экспериментальный образец данной печи был разработан и успешно испытан при варке боросиликатного стекла с измерением энергетических и электротепловых параметров ИПХТ. Внешний вид данной печи во время экспериментов показан на рисунке 6.
Рисунок 6 – Экспериментальная печь ИПХТ малого масштаба с коническим дном
После успешного испытания экспериментального образца была разработана печь ИПХТ с коническим дном промышленного масштаба (рисунок 7), интегрированная в состав стенда остекловывания имитаторов ВАО, который представлен на рисунке 4.
На данной печи был проведен ряд исследований [1], основные результаты которых состоят в следующем:
− определены энергетические и тепловые характеристики работы установки на различных этапах плавки, в том числе при введении в шихту БМ;
− показано, что присутствие БМ в шихте не влияет на изменение электрических параметров работы печи ИПХТ с коническим дном;
− показано достижение плановой производительности печи, равной 11,4 кг/час по стеклу при жидкостном дозировании имитаторов ВАО с суммарным солесодержанием по оксидам – 120 г/л;

Рисунок 7 – Внешний вид печи ИПХТ промышленного масштаба с коническим дном
− проведены успешные 100 часовые испытания работы стальных секций холодного тигля при взаимодействии с расплавом стекла (75 часов) и смесью азотнокислого раствора имитаторов ВАО со стеклофриттой (25 часов);
− успешно проверена работа донного слива расплава с использованием индукционного сливного устройства «горячего» типа;
− получены исходные данные для разработки промышленной печи ИПХТ для остекловывания ВАО, содержащих БМ.
Четвертая глава посвящена экспериментальному и численному исследованию седиментации частиц БМ при остекловывании имитаторов ВАО методом ИПХТ.
Всего в ходе испытаний на экспериментальной печи ИПХТ с коническим дном за 25 часов плавки было переработано 440 л модельного раствора ВАО и синтезировано 250 кг боросиликатного стекла (около 100 л). При этом в составе шихты содержалось 1180 г палладия и 1892 г серебра, имитирующих БМ.
Эксперимент был завершен на стадии слива стекломассы в приемный контейнер, при этом коническая часть тигля была заполнена стеклом. Задачей исследования являлось определение пространственного распределения частиц БМ в стеклоблоке внутри холодного тигля и приемного контейнера. В виду широкого диапазона размеров частиц БМ исследование состояло из двух этапов:
1) разделение стеклоблоков в холодном тигле и приемном контейнере на 7 уровней по высоте и отбор образцов с каждого уровня с последующим микроанализом на электронном микроскопе модели TESCAN MIRA 3. Суммарное количество образцов составило 50 шт.;
2) визуальный осмотр слитого стекла, стекла, оставшегося в тигле, стекла из гарнисажного слоя.
В ходе анализа морфологии и состава образцов стекол на первом этапе исследования было установлено, что в гарнисажном слое толщиной 1 см полностью отсутствуют микрочастицы БМ с размером менее 50 мкм. Стоит отметить, что для чистоты эксперимента гарнисаж стекла в холодном тигле был наработан на стекле без включения БМ. Таким образом, можно сделать вывод, что за время эксперимента диффузии частиц БМ от расплава к внутренним слоям гарнисажа стекла не произошло. Анализ морфологии и состава образов стекол, отобранных с осевой линии стеклоблока внутри холодного тигля, показал присутствие частиц БМ, представляющих собой твердый раствор Pd-Ag. Количество данных частиц увеличивается по мере приближения к донным слоям расплава, что можно объяснить действием гравитационных сил. СЭМ- изображения образцов стекол показаны на рисунке 8.
Уровень 1 Уровень 4 Уровень 7
Уровень 1 Уровень 4 Уровень 7 Рисунок 8 – СЭМ- изображения образцов стекол
Исследование на втором этапе при дроблении стеклоблоков показало присутствие крупных частиц серебра в приемном контейнере. Количество обнаруженных в слитом стекле металлических частиц размером от 0,2 до 8 мм составило 14 шт. Визуальный осмотр гарнисажного слоя конической части тигля выявил присутствие частиц серебра размером от 0,1 до 2 мм, при этом количество и размер частиц увеличивался при приближении к донной части холодного тигля. Непосредственно на самих стальных секциях тигля металлические частицы обнаружены не были. На основании полученных данных был сделан вывод, что интенсивной аккумуляции частиц БМ при ИПХТ в печи с коническим дном не происходит.
Также было выполнено численное исследование седиментации и пространственного распределения частиц БМ в печах ИПХТ с коническим и плоским дном. Для этого была разработана математическая модель, состоящая из двух расчетных блоков. В первом блоке для определения гидродинамических характеристик расплава выполняется расчет стационарного режима плавки по электрогидродинамической модели, описанной в главе 2. Во втором блоке выполняется расчет движения твердых сферических частиц в жидкой среде в формулировке Лагранжа, где поле скорости расплава является источником одной из сил, действующих на частицы. Модель рассчитывается в двухмерной осесимметричной постановке. В ходе исследования была проведена серия расчетов для печей ИПХТ с коническим и плоским дном равного масштаба, работающих на частоте тока 440 кГц. В качестве варьируемых параметров выступали плотность частиц (ρP) от 8 до 12 г·см-3 и их диаметр (dP) от 0,2 до 0,4 мм. Для оценки доли седиментировавшихся частиц БМ ванна расплава для обеих печей была поделена на две зоны: с температурой выше 1000 и ниже 1000 оС. На рисунке 9 в качестве примера показано распределение частиц БМ в печах ИПХТ с коническим и плоским дном в момент времени 3600 секунд при параметрах частиц ρP – 12 г·см-3 и dP – 0,25 мм.
Образцы с оси ванны расплава Образцы гарнисажного слоя
Из-за большей максимальной скорости движения примерно на 9 % и усиленному периферийному вихрю расплава, практически все частицы БМ в печи ИПХТ с коническим дном находятся во взвешенном состоянии в отличии от печи с плоским дном, где происходит их седиментация. По результатам расчетов построены динамические кривые зависимостей доли седиментировавшихся в гарнисажном слое частиц БМ от их размеров и плотностей в печах ИПХТ с коническим и плоским дном.
Рисунок 9 – Пространственное распределение частиц БМ в печах ИПХТ с коническим и плоским дном при ρP – 12 г·см-3 и dP – 0,25 мм [oC]
Также для сравнительной оценки эффективности использования печи ИПХТ с коническим и плоским дном по части седиментации частиц БМ были построены графики зависимости доли седиментировавшихся частиц плотностью 8, 10 и 12 г·см-3 от их диаметра для момента времени 3600 секунд (рисунок 10), где обозначения на графике: КД – печь с коническим дном; ПД – печь с плоским дном; индексы 8, 10, 12 – плотности частиц в г/см2.
Рисунок 10 – Графики зависимости доли седиментировавшихся в гарнисаже стекла частиц БМ от их диаметра в печах ИПХТ с коническим и плоским дном
Сравнение полученных кривых соответствующих печи с плоским и коническим дном показывает, что доля седиментировавшихся в гарнисажном слое частиц БМ в печи ИПХТ с плоским

дном во всех случаях больше на 15 – 55 % в зависимости от их плотности и размера. Также проведенные расчеты показали, что при седиментации в печи с коническим дном, частицы БМ не оседают на наклонной поверхности тигля, а уносятся периферийным вихрем к сливному устройству, что повышает вероятность их удаление в ходе слива расплава стекла.
В четвертой главе также показано, что в рассматриваемых индукционных системах влиянием магнитного поля индуктора на движение частиц БМ можно пренебречь.
В пятой главе представлена апробация методики применения комплекса математических моделей для проектирования и конструирования печей ИПХТ стекол на примере численного исследования и обоснования работоспособности прототипа промышленной печи ИПХТ с коническим дном для остекловывания ВАО. Исходные данные для разработки конструкции промышленной печи были получены в ходе экспериментальных исследований, представленных в третьей главе.
Результаты исследований, проведенных в рамках проектирования печи остекловывания ВАО методом ИПХТ для нужд опытно-демонстрационного центра (ОДЦ) ФГУП «ГХК», представляют коммерческую тайну и не могут быть опубликованы в диссертационной работе, поэтому в данной главе представлены результаты расчетов её прототипа. При этом последовательность и логика проведения расчетов сохранены.
Задачами численного исследования являлись:
1) разработка конструкции печи ИПХТ с коническим дном для промышленной реализации на радиохимическом производстве с учетом требований к оборудованию третьего класса безопасности по НП-016-05;
2) поиск оптимальной конструкции печи для повышения энергоэффективности работы установки остекловывания ВАО;
3) определение энергетических и электрических характеристик работы печи в основных эксплуатационных режимах для подбора источников питания основного и сливного индукторов;
4) расчетное обоснование работоспособности печи в основных эксплуатационных режимах (стартовый нагрев, стационарный режим плавки, слив расплава).
В первых расчетах определялось влияние на энергетические параметры печи электрического замыкания секций холодного тигля в верхней части на коллекторе водяного охлаждения. Несмотря на отдаление водяного коллектора на расстояние больше, чем диаметр индуктора, падение электрического КПД индуктора составило 5,5 %. В остальных расчетах проверялись различные решения для электрического замыкания донной части тигля на сливную воронку для придания печи цельной, прочной конструкции, отвечающей требованиям, предъявляемым при разработке и эксплуатации оборудования атомной промышленности. Из-за электрического замыкания секций тигля в донной и верхней частях между секциями образовались замкнутые контуры тока, что привело к снижению электрического КПД индуктора на 13,3 – 19,2 % от первоначального значения. Также ввиду высокого удельного электрического сопротивления материала сливного устройства (воронка) электрические потери в нём, в зависимости от выбора конструкции донной части печи, достигали значений, достаточных для его расплавления.
В качестве перспективных были рассмотрены конструкции с разрезной сливной воронкой, с медным электромагнитным экраном напротив воронки и со сварным швом, соединяющим секции тигля в донной части. На основании результатов проведенных 3D электрогидродинамических расчетов стационарного режима плавки сделан вывод, что наиболее оптимальным для печи ИПХТ с коническим дном является вариант с электрическим замыканием секций тигля в донной части через сварной шов. Данное решение обеспечивает полное электромагнитное экранирование сливной воронки от основного индуктора и необходимую прочность конструкции печи, однако приводит к значительному увеличению активной мощности, выделяемой в секциях тигля. При этом произошло снижение электрического КПД индуктора, значение которого составило 46 %, что является крайне низким показателем для ИПХТ стекол.
Также в рамках разработки конструкции прототипа промышленной печи ИПХТ с коническим дном были проведены расчеты по определению энергетических, электрических и теплогидродинамических характеристик плавки при стартовом нагреве стекла; размеров элементов сливного устройства, электрических параметров источника питания сливного индуктора и обоснованию возможности слива расплава стекла; параметров работы системы охлаждения секций тигля и температуры их нагрева при максимальном энергетическом режиме работы печи. Моделирование стартового нагрева позволило определить форму, размеры и размещение стартового материала (кольца) из жаропрочного сплава ХН70Ю, спрогнозировать время выхода на стационарный режим плавки, которое составило 5,28 часа. Электротепловые параметры стартового нагрева представлены на рисунке 11 (обозначения на графике соответствуют рисунку 1). Для достижения требуемой температуры нагрева расплава в процессе расчета регулировался ток индуктора, что приводило к изменению электротепловых параметров печи.
Рисунок 11 – Изменение электротепловых параметров прототипа промышленной печи ИПХТ с коническим дном при стартовом нагреве
Результаты, приведенные на рисунке 11 и в тексте диссертации, показывают, что после извлечения стартового кольца из-за плохой электромагнитной связи индуктора с первичной ванной расплава требуется повышать ток индуктора, при этом электрические потери в секциях тигля достигают 200 кВт. Работоспособность секций тигля при выделении в них такой мощности необходимо обосновывать, что и было сделано в заключительной части главы. Максимальная активная мощность, подведенная к индуктору, за время стартового нагрева составила 325 кВт.
Моделирование двухчастотного нагрева при сливе расплава стекла позволило подобрать оптимальную форму сливного индуктора для равномерного нагрева сливного устройства в виде воронки с трубой, обосновать возможность слива расплава стекла и определить параметры источника питания сливного индуктора с частотой 10 кГц и колебательной мощностью 25 кВт. На рисунке 12 показано распределение температуры в ванне расплава и сливном устройстве при стационарном режиме плавки и инициализации слива расплава стекла для прототипа промышленной печи ИПХТ с коническим дном.

Рисунок 12 – Температура в ванне расплава и сливном устройстве при стационарном режиме плавки (слева) и инициализации слива расплава (справа) [оС]
Достижение условий слива расплава стекла обосновывается обеспечением требуемого температурного профиля по оси ванны расплава, при котором боросиликатное стекло обладает достаточной текучестью.
Для обоснования надежности охлаждения секций холодного тигля во время максимального режима работы печи использована разработанная модель охлаждения секций тигля при индукционном нагреве. Консервативно модель была настроена таким образом, чтобы обеспечить выделение в стальных секциях тигля 250 кВт мощности активных потерь. Полученное распределение температуры в секциях тигля показано на рисунке 13.
Рисунок 13 – Температура в одной секции тигля [оС]
В результате расчетов определено, что максимальная температура нагрева секций тигля и сварного шва, соединяющего секции в донной части, не превышает 650 оС, что допустимо при кратковременной эксплуатации стали марки 12Х18Н10Т. При этом определена оптимальная конструкция каналов охлаждения печи, предотвращающая перегрев секций тигля и охлаждающей воды при максимальном режиме работы.
На рисунке 14 показан внешний вид экспериментальной печи и разработанной конструкции
прототипа промышленной печи ИПХТ с коническим дном. Конструкция экспериментальной печи (реальный аналог представлен на рисунке 7) является довольно стандартной для ИПХТ стекол по части электрической изоляции секций тигля между собой. По данным проведенных испытаний, описанных в главе 3, максимальная электрическая мощность, потребляемая источником питания основного индуктора от сети, в процессе плавки составляла не более 200 кВт. Обеспечение прочностной надежности конструкции печи ИПХТ для остекловывании ВАО первого класса активности привело к необходимости накоротко замкнуть секции тигля между собой в верхней и нижней части печи. Из-за данного решения значение активной мощности, подводимой к индуктору, при максимальном рабочем режиме печи (рисунок 11) составило около 325 кВт. Таким образом, энергетическая эффективность ИПХТ упала более чем в 1,6 раз по сравнению с испытаниями на экспериментальном стенде.
Расплав стекла
Коллектор охлаждения секций
Секции тигля
Сливной индуктор
Основной индуктор
Сливное устройство
Рисунок 14 – Внешний вид экспериментальной (слева) и прототипа промышленной (справа) печи ИПХТ с коническим дном
На основании проведенных исследований можно сделать вывод, что требования радиохимического производства приводят к необходимости снижения энергоэффективности индукционной плавки, повышения мощности источников питания печи ИПХТ и решения задач по разработке новых способов дистанционной замены и удаления холодного тигля при выработке его ресурса.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
1.Разработан комплекс математических моделей для моделирования основных электротехнологических режимов ИПХТ стекол, в том числе: стационарный режим плавки, стартовый нагрев стекла, двухчастотный нагрев при сливе расплава с использованием различных сливных устройств. В основной блок математических моделей интегрирована модель индукционного нагрева и охлаждения конструкционных элементов печи. Разработанные модели позволяют проводить анализ электромагнитных, тепловых и гидродинамических процессов, протекающих в индукционной системе при ИПХТ стекол в стационарных и динамических режимах, определять интегральные электрические, энергетические и теплогидродинамические характеристики ИПХТ, исследовать тепловую устойчивость плавки, рассчитывать и улучшать различные конструкции печей ИПХТ, включая систему водяного охлаждения;
2. Предложена и апробирована методика применения комплекса математических моделей для проектирования и конструировании печей ИПХТ стекол. Методика апробирована в ряде НИР и НИОКР при проектировании и конструировании экспериментального и промышленного оборудования ИПХТ. Таким образом, помимо разработки математических моделей в ходе работы
был развит подход к использованию численного моделировании при создании нового или модернизации существующего оборудования ИПХТ стекол;
3.Разработаны и испытаны различные конструкции экспериментальных печей ИПХТ стекол, в том числе с конической формой дна. Исследованы электрические и энергетические характеристики печей на основных электротехнологических режимах при отработке остекловывания имитаторов ВАО, в том числе содержащих элементы БМ;
4. Проведены экспериментальные и численные исследования седиментации элементов БМ в печах ИПХТ промышленного масштаба при остекловывании имитаторов ВАО. В результате исследований получены данные, раскрывающие механизм агломерации и седиментации частиц БМ при ИПХТ боросиликатного стекла. Показано, что коническая форма дна печи ИПХТ препятствует седиментации и накоплению частиц БМ в гарнисажных слоях расплава и способствует удалению данных частиц со сливаемым стеклом;
5. В результате численного моделирования был спроектирован прототип промышленной печи остекловывания ВАО методом ИПХТ с учетом требований к оборудованию третьего класса безопасности по НП-016-05. Важным результатом анализа электромагнитных, тепловых и гидродинамических процессов в стационарных и динамических режимах работы спроектированной печи стало обоснование её работоспособности. Показано, что требования радиохимической промышленности приводят к существенному снижению энергоэффективности остекловывания ВАО методом ИПХТ.
Поставленные цели и задачи диссертационной работы были выполнены. Полученные результаты были использованы при разработке промышленной печи остекловывания ВАО методом ИПХТ для нужд второго пускового комплекса опытно-демонстрационного центра ФГУП «ГХК».