ダイレクト・インダクション・スカル・メルティングのモデル実験と理論解析

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03453065
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 浅井 滋生 名古屋大学, 工学部, 教授 (80023274)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 長谷川 正 名古屋大学, 工学部, 助手 (20218457) ; 桑原 守 名古屋大学, 工学部, 助手 (70023273) ; 佐々 健介 名古屋大学, 工学部, 助手 (30101166)
• Keywords: スカル溶解 / 誘導加熱 / 溶融塩 / 直接誘導加熱スカル溶解法 / 電磁材料プロセス / 電磁気冶金 / チョクラルスキー法 / 電磁流体力学

Research Abstract

1)導電性の円柱による初期昇温
酸化物の多くは固体状態では電気伝導度が低く誘導加熱されないが,溶融状態では電気伝導が高くなり誘導加熱されることが可能となる。したがって初期においては誘導加熱可能な状態まで被融解物質を昇温させる必要がある。ここでは被融解物質中に複数の導電性の円柱を設置し,その誘導加熱により昇温を行う場合の円柱の条件について検討を行った。その結果,円柱の総体積が一定の条件では,円柱の直径を減少させ数を増加させると,発熱速度が上昇し,到達温度が高くなることが分かった。しかし円柱の直径を減少させすぎると逆に発熱速度が下降し,到達温度が低くなることが分かった。最適な条件を円柱の直径と電気伝導度および電源の周波数の関数として求めた。またその時の温度分布を理論的に導出し,解析結果と実験結果がよい一致を示すことを確認した。
2)4MHzの電源を用いた酸化物の融解・保持
金属に比較して酸化物は溶融状態においても電気伝導度が非常に低く,これらの材料を加熱するには高い周波数の発振器が必要となる。そこで4MHz,40kWの発振器を用いてSiO_2-CaOの融解・保持を試みた。4MHzの電源ではコイル電圧が高いため,スカルが薄い時には溶湯とコイルとをスカルにより電気的に絶縁できず短絡を生ずる危険性が高い。そこでスリットを有する水冷銅るつぼ(コールド・クルーシブル)を用い,その中でのスカル融解を図ることとした。高周波電源の陽極電圧を一定にした場合には,安定な保持状態が続いた後,突然凝固が進行することがあり長時間安定な保持を続けることは困難であった。そこで陽極電圧と陽極電圧との積が一定となるように制御したところ長時間安定な保持を続けることが可能となった。

Research Products

• [Publications] Tomio Takasu: "Application of Induction Heating to Melting of Glass for Vitrification of Radioactive Wastes" International Conference on MID Process to Protection of Environment,Ukraine. 261-266 (1992)
• [Publications] 高須 登実男: "浸漬加熱体の誘導加熱を利用したスカル融解法の放射性廃棄物ガラス固化処理への適用" 材料とプロセス. 5. 986- (1992)