玻璃固化用冷坩埚底部结构设计对电磁场影响的模拟分析

冷坩埚玻璃固化技术是高放废液玻璃固化技术的重点研究方向之一。坩埚底作为冷坩埚的重要部件,影响冷坩埚的透磁性、密封性、强度和漏料工艺。为提高冷坩埚漏料效率,需要增强漏料口附近的磁感应强度。本文使用COMSOL Multiphysics软件建立了冷坩埚电磁感应模型,研究了坩埚底结构设计对冷坩埚内部磁场和电磁损耗的影响。模拟结果显示:改变坩埚底部分瓣数对坩埚内部磁场、坩埚底部磁场和坩埚底电磁损耗的影响较小;增加开缝宽度可有效增强坩埚内部磁场,降低坩埚底的电磁损耗,并使玻璃熔体的加热效率增加约6%;增加开缝深度可增加坩埚底部中心附近玻璃域的磁感应强度和底部玻璃熔体的电磁损耗占比。

冷坩埚技术处理动力堆乏燃料高放废液的应用前景分析

随着我国核电技术的发展,对动力堆乏燃料高放废液玻璃固化的需求变得越来越迫切。本文梳理了冷坩埚技术处理动力堆乏燃料高放废液的应用前景,针对冷坩埚在处理动力堆乏燃料高放废液方面的技术优势、设计优势以及工艺优势做出了详细阐述,并基于国外冷坩埚高放废液玻璃固化研究进展的分析,对冷坩埚技术未来发展提出了建议。

Ф100冷坩埚玻璃固化高频电源多物理场耦合仿真研究

高频电源是冷坩埚高放废液玻璃固化系统的重要组成部件,但由于每套高频电源参数出厂后参数不可调节且价格昂贵,因此一直未能开展电源参数对冷坩埚的匹配性研究,无法确定高频电源的最优参数组合以及最佳匹配状态。利用价格低廉且参数可微调的小型高频电源建立Ф100冷坩埚实验装置并开展电源与埚体的匹配性规律研究是解决上述问题的有效途径,但由于实验变量过多,实验测量可获取的有效数据较少,因此本文开展了Ф100冷坩埚玻璃固化高频电源多物理场耦合的仿真研究,利用COMSOL,以电流强度、频率、线圈匝数等条件为变量开展对熔融玻璃液的温度场、流场及磁场的多场耦合仿真。结果表明,适当增加电流强度和频率可改善熔制能力,适当增加线圈直径、间距、匝数可提高能量利用率,线圈高度处于中部位置偏下可提高温度场磁场分布,圆形线圈及冷坩埚较椭圆形更具优势。与实验结果相比,经过初步电源参数优化后的冷坩埚熔池体积提高了22.8%、平均温度提高了35%,较大幅度地改善了冷坩埚的熔制效果。

基于层次分析法的高放废液冷坩埚系统中煅烧炉的故障诊断与改进

两步法冷坩埚玻璃固化高放废液系统中煅烧炉是关键设备之一,其作用是将高放废液煅烧转形为固体粉末,随后进入冷坩埚进行玻璃固化以消除核泄漏的风险。在放大样机煅烧炉的调试过程中出现了煅烧不充分的现象,可能引发不良后果。本文利用层次分析法(AHP法)总结可能导致这一问题的隐患,然后通过定量分析确定全部可能的隐患点的重要程度。最后研究表明煅烧炉加热电偶故障、尾气出口堵塞以及煅烧炉倾角过大的影响程度比较高,依次调整检修上述问题后顺利解决了煅烧不充分的问题,证明了该故障诊断方法的有效性,且极大地缩短了煅烧炉调试试验时间并降低了维修改进成本。

两步法冷坩埚玻璃固化技术研究现状和发展前景

玻璃固化技术目前被公认为是妥善处理高放废液的合理方法,是核能可持续发展的重要因素之一。两步法冷坩埚玻璃固化技术作为新一代的技术,具有运行温度高、设备寿命长、处理废物类型广、退役容易等优点,是商业后处理厂玻璃固化生产线的适用技术,具有重要的研究意义和发展前景。我国已完成了原理样机、科研样机的研制,初步掌握了两步法冷坩埚玻璃固化技术,目前正在攻关工程样机的研制和试验。通过两步法冷坩埚玻璃固化技术的自主研发,将会具备工程应用的能力,进一步将四代玻璃固化技术成熟化发展。

电磁冷坩埚技术及其应用

电磁冷坩埚技术是1项尖端技术,被广泛用于活泼金属、难熔和特种材料的熔炼和成形。本文介绍了电磁冷坩埚技术的基本原理和优点;探讨了坩埚结构和电源参数对坩埚使用性能的影响,坩埚结构包括坩埚分瓣数、分瓣形状、坩埚质量和开缝宽度,电源参数包括电源频率、电压和电流,以及其它参数如被熔材料的物性、屏蔽罩和感应线圈位置对坩埚磁场的影响。并且综述了电磁冷坩埚技术在国内外的研究和应用领域以及存在的问题,并展望了该技术未来的发展。

钛铝合金电磁冷坩埚定向凝固技术的研究

介绍了针对高活性Ti及TiAl合金电磁冷坩埚定向凝固技术的研究结果。通过系统地对近矩形冷坩埚电磁场、温度场及其耦合作用的实验及分析,初步建立了温度、电磁压力与半悬浮熔体间以及它们与电磁冷坩埚系统主要参数之间的规律性关系。在此基础上制备出冶金质量较好具有定向凝固组织的Ti合金及TiAl金属间化合物的近矩形截面样件。

磁悬浮冷坩埚晶体生长技术研究

提拉法无污染磁悬浮冷坩埚技术是制备高纯度、高活性金属单晶的有效途径,然而冷坩埚的容积一般较小,使这一技术的应用和发展受到限制,本实验室成功地研制出公斤级磁悬浮冷坩埚晶体生长系统,并利用该系统生长出大尺寸、高性能Tb-Dy-Fe单晶.

冷坩埚感应悬浮熔炼技术

冷坩埚熔炼是被世界各国公认的尖端技术，广泛用于活泼金属，难熔和特种材料的研究和开发。最近这项技术正在发展成为冷坩埚悬浮熔炼技术。钢铁研究总院成功地开发了２．５ｋｇ级冷坩埚真空感应悬浮熔炼技术和装备。本文介绍了这一技术的发展过程、历史背景和实际应用。

钛合金冷坩埚电磁约束铸造工艺研究

针对液态下化学性质相对活泼的钛合金,采用冷坩埚技术对电磁约束铸造工艺过程进行了试验研究,考察了工艺条件对成形坯件表面质量和内部组织的影响。结果表明:试样抽拉速度变化对表面质量和宏观组织的影响明显,加热功率虽然对组织变化影响不大,但对表面质量影响较为显著。通过优化工艺,可以获得既有较光滑铸造表面又具有一次定向凝固组织的钛合金铸件。讨论了铸造过程裂纹和组织缺陷的形成机理,获得到了表面光滑无裂纹,宏观组织为柱状晶的钛合金大尺寸圆坯。

冷坩埚熔铸技术的研究及开发现状

综述了冷坩埚技术的原理和特点、目前的研究及开发现状。冷坩埚具有无污染,可熔化高熔点金属,制备的材料组织均匀等优点。冷坩埚技术在以下领域得到广泛的研究和应用:与熔化技术相结合能高纯均匀熔炼活性金属,通过起熔材料能制备陶瓷材料;与连铸技术相结合能进行冷坩埚电磁连铸技术,提高铸锭表面质量,改善内部组织;与定向凝固和连铸技术相结合的冷坩埚定向凝固技术已成功进行钛合金的定向凝固;与多晶硅制备技术相结合能连续制备多晶硅,杂质含量少;与雾化沉积技术相结合的冷坩埚雾化沉积技术具有熔化合金种类多、适用范围广的优点。冷坩埚的自身特点决定了其必将更受重视和广阔发展前景。

冷坩埚技术在核废物处理中的应用

简述了冷坩埚的技术原理 ,概述了国外冷坩埚技术在核废物处理中的应用和发展 ,指明了在核废物处理研究中应用冷坩埚技术的重要性 ,展望其应用前景。

钛合金定向凝固用矩形电磁冷坩埚内的磁场分布特性

利用小线圈法在多功能冷坩埚电磁约束定向凝固装置上,空载测试了矩形冷坩埚内部空间磁场的大小和分布,考察了开缝数目和开缝长度变化对磁场分布的影响。结果表明:增加坩埚开缝数目可以提高坩埚透磁性,增大磁场强度,减少由于开缝引起的磁场沿边周分布的不均匀性,从而提高铸件质量;缝长增大,磁场沿圆周方向分布的均匀性变差,最大磁场强度向缝长增大的方向偏移,同时感应加热形成的熔区增大。

浇铸型悬浮熔炼冷坩埚的设计

介绍了冷坩埚悬浮熔炼的发展和特点，分析计算了不同坩埚形状对悬浮力的影响。冷坩埚悬浮熔炼具有操作简单、对物料无污染、铸锭成分均匀等优点，特别适合钛合金、高纯合金等的熔炼。本文采用了ＮｏｂｏｒｕＤｅｍｕｋａｉ的计算公式，假设感应涡流仅在坩埚表面流动，分析计算了不同坩埚底孔大小、不同坩埚收缩段高度对物料所受悬浮力的影响，为优化坩埚参数、设计浇铸型悬浮熔炼冷坩埚提供了理论依据。

冷坩埚玻璃固化模拟高放废液的24 h连续运行实验研究

中国原子能科学研究院已建立了一套冷坩埚玻璃固化原理实验装置,为检验设备设计的性能、各组成单元的匹配情况及生产的模拟固化体产品的性能,2015年进行了24h的连续运行实验。实验中模拟高放废液和基础玻璃组成均以固体化学试剂形式预先混好后进料。连续运行实验结果表明,整个运行过程中整体装置性能参数稳定,熔制温度控制在(1 200±50)℃,进料速率为6～10kg/h,共卸料16次,每次启动卸料和停止卸料时间重复性好。对产生的玻璃固化体进行了主要性能测试,结果表明所测试固化体的性能满足我国行业标准的要求。

矩形电磁冷坩埚连续铸造钛合金的成形性研究

在自行研制的多功能冷坩埚电磁约束定向凝固装置上进行了钛合金扁形锭的冷坩埚连续成形试验,考察了工艺参数变化对所成形钛合金锭成形性的影响。结果表明增大感应线圈匝数和增加加热功率可提高铸锭表面质量,但是提高抽拉速度和降低底料与线圈之间的相对位置会降低表面质量。在所研究的参数中,对铸锭表面质量影响的主次因素依次为感应线圈的匝数、加热功率、抽拉速度、底料相对线圈位置。在讨论这些参数的作用原理基础上,提出了可获得良好表面质量的工艺参数,获得了截面为矩形、表面光滑、无裂纹缺陷的钛合金矩形锭。

电磁约束成形用冷坩埚内磁场分布规律

用测量的方法获得磁场分布规律,结果表明,磁场在感应线圈内较大,向两端衰减;轴向磁场随功率的增加而增大,随半径的减小而减小,从开缝处向瓣内减小,不过减小不明显;径向磁场随半径减小急剧减小,随线圈匝数增加而减小。轴向磁场大于径向磁场,对电磁约束成形起主要作用的是轴向磁场。

TiAl基合金冷坩埚定向凝固研究现状与发展趋势

冷坩埚定向凝固技术基于材料电磁加工原理,将合金连续熔化、电磁约束成形和连续凝固过程统一,避免模壳法定向凝固造成的合金熔体污染,是TiAl等高活性合金高纯净定向凝固的重要方法之一。报告了TiAl基合金冷坩埚定向凝固技术的研究结果,建立了电磁场、温度场与电磁冷坩埚系统主要参数之间的规律性关系。通过改变冷坩埚的横截面形状,初步制备出具有定向凝固组织的TiAl基合金圆、方和扁锭,研究结果表明该方法不但适合于Ti-Al二元合金,而且施与多元多相TiAl基合金也是可行的。通过对成分和组织的控制,所研究的TiAl基合金定向凝固试样的室温拉伸塑性最高达到1.5%左右。最后指出将该方法应用于耐高温的轻质高Nb含量的γ-TiAlNb合金的定向凝固是未来的发展趋势。

工艺参数对冷坩埚定向凝固钛合金宏观组织的影响

用电磁冷坩埚进行定向凝固可以将电磁冷坩埚和定向凝固技术的优点相结合,为难熔、活泼金属的定向凝固开辟新的方法,但工艺过程复杂,影响因素众多,为了解冷坩埚定向凝固过程和宏观组织演变规律,本实验通过正交实验得到了工艺参数对宏观组织的影响规律,研究发现抽拉速度是影响宏观组织最主要的因素,其他因素影响不显著,随抽拉速度降低,晶粒数量明显减少,当抽拉速度为1mm/min时,能获得定向凝固组织。理论分析表明,工艺参数通过影响驼峰和凝固界面的位置和形状,以及吸收和导出的热量而影响宏观组织。

矩形冷坩埚定向凝固过程中钛铝熔体的流场数值计算(英文)

对矩形冷坩埚定向凝固钛铝合金熔体流场开展数值模拟研究。结合实验结果,建立熔体流场的3-D有限元模型,研究不同电源参数下熔池内流动特性。计算结果表明:熔池内存在着复杂的循环流动,在固液界面前端存在着较为强烈的径向对流,并在中部合流。熔体流动随着电流强度的增强而增强,但是宏观流动形貌并没有改变。当电流为1000A时,熔池内最大流速为4mm/s,固—液界面前端达到3mm/s。当频率从10kHz变化到100kHz时,熔池流动形貌发生明显改变,分析其影响机制。对于冷坩埚定向凝固,存在着一个最佳频率。