Термовискозиметрические характеристики боросиликатных стекол для перспективной области легкоплавких составов, разрабатываемых для удаляемого малогабаритного плавителя дизайна Производственного объединения «Маяк»

Abstract

Актуальность исследования определяется необходимостью получения экспериментальных данных по зависимости термовискозиметрических свойств исследуемых боросиликатных стекол от температуры для решения задачи по разработке легкоплавкого состава боросиликатного стекла для малогабаритного плавителя дизайна Производственного объединения «Маяк». Цель: определение наиболее полных характеристик исследуемых боросиликатных стекол путем проведения термовискозиметрических измерений с применением симплекс-решетчатого плана четвертого порядка для получения в дальнейшем полинома, отражающего зависимость исследуемого свойства смеси от содержания в ней компонентов. Методы: математическое моделирование, симплекс-решетчатый план. Результаты и выводы. Одним из наиболее эффективных методов планирования эксперимента, позволяющих при относительно малом числе опытов получить математическую модель, отражающую зависимость исследуемого свойства смеси от содержания в ней компонентов, является метод планирования эксперимента на симплексе. Для упрощения решения подобной задачи обычно выделяют группу или группы компонентов, в которых соотношение массовой доли составных частей не меняется. В данной статье взяты три группы компонентов - имитаторы высокоактивных отходов, оксид натрия и оксид бора, и стеклофритта. Выделена наиболее перспективная область, где массовая доля стеклофритты составляет от 67,5 до 75 %, массовая доля натрия и бора - от 25 до 32,5 % и массовая доля компонентов высокоактивных отходов - от 0 до 20 %. Приведены результаты термовискозиметрических измерений 15 расплавов относительно легкоплавких боросиликатных стекол разных составов в диапазоне температур от 700 до 1200 °С. С использованием математических моделей планирования эксперимента на симплексе построены области зависимости термовискозиметрических характеристик расплавов боросиликатных стекол от их состава. Определены области составов боросиликатных стекол, которые находятся в допустимых границах вязкости для слива расплава боросиликатного стекла при работе на удаляемом малогабаритном плавителе дизайна Производственного объединения «Маяк».

Relevance. The need to obtain experimental data on dependence of thermoviscosimetric properties of the examined borosilicate glasses on temperature, in order to solve the problem of developing a low-melting composition of borosilicate glass for a small-scale melter designed by Mayak Production Association. Aim. To get the most complete characterization of the glasses under study using thermoviscometric measurements. Methods. Mathematical modelling, simplex-lattice design. Results and conclusions. One of the most effective methods of experiment planning, which allows, with a relatively small number of experiments, obtaining a mathematical model reflecting the dependence of the studied property of the mixture on the content of components in it, is the simplex experiment planning method. To simplify the solution of such a task, a group or groups of components are usually distinguished, in which the ratio of the mass fraction of the components does not change. In this article, three groups of components are taken - simulators of high-level radioactive waste, sodium and boron oxides, and glass frit. The authors have identified the most promising area, where the mass fraction of glass frit is from 67.5 to 75%, the mass fraction of sodium and boron is from 25 to 32.5% and the mass fraction of high-level waste components is from 0 to 20%. The paper presents the results of thermoviscometric measurements of 15 melts of low-melting borosilicate glasses of different compositions at temperatures ranging from 700 to 1,200°C. Using simplex-based mathematical models of experiment planning, domains of dependence of thermoviscosimetric characteristics of glass melts on their compositions were created. The authors identified the compositions of glass melts that are found within the viscosity limits determined as allowable for glass melt discharge during operation of the removable small-scale melter of Mayak Production Association design.