Investigation of high-temperature oxide-metal melts during induction melting in a cold crucible

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The object of the study is high-temperature oxide-metal melts obtained in furnaces of induction melting in a cold crucible (IMCC). The results of pilot tests in IMCC furnaces at melt temperatures of more than 2200 оC in air, conducted to study the distribution of components between the oxide and metal phases of a two-phase melt with limited miscibility of components, are presented. The results of physicochemical studies of materials obtained by quenching crystallization of a high-temperature melt are presented, confirming the reduction of silicon and the oxidation of iron with the redistribution of these components between the oxide and metal phases. This experimental result contradicts the well-known Ellingham diagrams and thermodynamic calculations, but a similar effect is observed experimentally in the U–O–Fe system. Thus, the IMCC method allows for the inversion of redox processes in a number of oxide-metal systems, which can be used to obtain new materials and create technologies for high-temperature extraction of target components.

About the authors

D. B. Lopukh

St. Petersburg Electrotechnical University “LETI”

Email: avvavilov@mail.ru
Russian Federation, Saint-Petersburg

A. V. Vavilov

St. Petersburg Electrotechnical University “LETI”

Author for correspondence.
Email: avvavilov@mail.ru
Russian Federation, Saint-Petersburg

A. P. Martynov

St. Petersburg Electrotechnical University “LETI”

Email: avvavilov@mail.ru
Russian Federation, Saint-Petersburg

V. I. Almyashev

St. Petersburg Electrotechnical University “LETI”; Scientific Research Technological Institute named A.P. Alexandrov

Email: avvavilov@mail.ru
Russian Federation, Saint-Petersburg; Saint-Petersburg

A. S. Svinolupova

St. Petersburg Electrotechnical University “LETI”

Email: avvavilov@mail.ru
Russian Federation, Saint-Petersburg

References

  1. Baklanov V.V., Gradoboev A.V., Zhdanov V.S., Skakov M.K., Kukushkin I.M. Razrabotka metodiki imitatsii ostatochnogo teplovydeleniya v prototipe koriuma [Development of a technique for simulating residual heat in a corium prototype] // Izvestiya VUZov. Fizika. 2014. 57. № 11/2. P. 230–235. EDN: TKITIF. [In Russian]
  2. Manara D., Boboridis K., Lee W. et al. Investigation of some nuclear and refractory materials under extreme conditions. International Research Conference on Structure and Thermodynamics of Oxides at High Temperature. 2016. University of California.
  3. Pavlov V.A., Lozovaya E. Yu., Babenko A.A. Spetselektrometallurgiya staley i splavov [Special electrometallurgy of steels and alloys]. Yekaterinburg: Ural University Publishing House. 2018. [In Russian].
  4. Grigoryan V.A., Belyanchikov L.N., Stomakhin A. Ya. Teoreticheskiye osnovy elektrostaleplavil’nykh protsessov [Theoretical foundations of electric steelmaking processes]. Metallurgiya. 1987. [In Russian]
  5. Pugin K.G., Vaisman Ya.I., Yushkov B.S., Maksimovich N.G. Snizheniye nagruzki pri energii so shlakami chernoy metallurgii [Reducing the environmental load when handling ferrous metallurgy slags]: monograph. Perm State Technical University. Perm. 2008. [In Russian]
  6. Nemchinovа N.V., Buzikova T.A. Issledovaniye fazovo-khimicheskogo sostava pechnykh shlakov kremniyevogo proizvodstva. Izvestiya vuzov. Metallurgiya tsvetnykh metallov [Study of the phase-and-chemical composition of silicon production furnace slags. Izvestiya] // Non-Ferrous Metallurgy. 2017. № 1. P. 31–39. [In Russian]
  7. Lv H., Kang L., Wang K., Liu Y. Parametric optimization of removing iron from solid waste melts based on analysis of real-time coupled two-phase interface in an induction heating furnace. Energy. 2022. 261. 125195.
  8. Lopukh D.B., Beshta S.V., Martynov A.P., Vavilov A.V., Skrigan I.N. Induction melting of corium in a cold crucible. Equipment and application. St. Petersburg: Publishing house of St. Petersburg Electrotechnical University “LETI”. 2019. [In Russian]
  9. Lopukh D.B., Beshta S.V., Martynov A.P., Vavilov A.V., Skrigan I.N. Induction melting of corium and glass in a cold crucible. Properties and modeling. St. Petersburg, Publishing house of St. Petersburg Electrotechnical University “LETI”. 2021. 202 p. [In Russian]
  10. “Laboratory of IPKHT” URL: http://ccimlab-leti.ru. [In Russian].
  11. Khabensky V.B., Almyashev V.I., Granovsky V.S., Krushinov E.V., Vitol S.A., Kotova S. Yu., Gusarov V.V. Modeling of oxidation of a nuclear reactor core melt in the presence of an oxide crust on the surface of the melt // Journal of Technical Physics. 2021. 91. № 2. P. 232–239. [In Russian]
  12. Asmolov V.G., Bechta S.V., Khabensky V.B. et al. Partitioning of U, Zr and Fe between molten oxidic and metallic corium. Proceedings of MASCA Seminar. 2004. Aix–en–Provance, France.
  13. Almjashev V.I. Physicochemical design of functional materials for localization of nuclear reactor core melt. Dissertation for the degree of candidate of chemical sciences, Ekaterinburg. 2015. [In Russian].
  14. Lopukh D.B., Ozerov A. Yu., Vavilov A.V., Martynov A.P. Study of induction melting of volcanic rock with bubbling of its melt // International scientific conference “Science and education: current issues of theory and practice.” Samara-Orenburg-Nizhny Novgorod. 2021. [In Russian].
  15. Vavilov A.V., Ozerov A. Yu., Lopukh D.B., Skrigan I.N., Martynov A.P., Kuznetsov R.A., Dyadin V.I. Razrabotka i issledovaniye rabot pechey IPKHT dlya izucheniya degazatsii rasplava vulkanicheskoy porody [Development and research of the operation of the IPKhT furnace to study the degassing of molten volcanic rock] // J. Elektrotekhnika. 2023. № 3. P. 57–62. [In Russian].
  16. Ellingham H.J.T. Reducibility of oxides and sulfides in metallurgical processes. Journal of the Society of Chemical Industry (London). 1944. 63. № 5. P. 125–133.
  17. Raabe D. The Materials science behind sustainable metals and alloys // Chemical Reviews. 2023. 123. № 5. P. 2436–2608.
  18. Brief chemical encyclopedia. Ed. board: I.L. Knunyants (chief editor) and others. V 4. M.: Soviet Encyclopedia, 1965. [In Russian]
  19. Bagryansky K.V., Khrenov K.K., Dobrotina Z.A. Theory of welding processes. Publisher: Vishcha school, Kyiv. 1976. [In Russian]

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».