ガラス溶融炉の白金族堆積物による電流密度の集中と電極溶融温度の検出性に関する数値解析

Numerical Analysis for electrode temperature increase by current density concentration caused by noble metal accumulation in the glass melter

堺 公明; 河村 拓己*; 三浦 昭彦 ; 岩崎 隆*

Sakai, Takaaki; Kawamura, Takumi*; Miura, Akihiko; Iwasaki, Takashi*

2002年3月、東海再処理工場のガラス溶融炉において、主電極の侵食によるものと考えられる故障が発生した。これまでの原因調査から想定される電極損傷要因として、「局所的な電流密度の集中による交流電極反応」、及び、「局所的な温度上昇による電極材料の溶融」等が挙げられている。いずれの要因も、酸化ルテニウム(RuO2)等の電気伝導度の高い白金族粒子が炉底部に堆積し、炉内の直接通電電流が白金族粒子の堆積領域に集中することが発端と考えられる。そこで、本検討では、白金族粒子が堆積した場合の電極への影響を評価するため、損傷が発生したと考えられる電極角部への電流密度の集中について数値解析による評価を行い、最高温度を推定するとともに、電極内の温度分布に関する数値解析を行い、熱電対による溶融温度検出性に関する検討を実施した。その結果、ガラス溶融炉内の電流密度は、堆積物と電極が接する箇所に集中し、電流の経路ではインコネル材の溶融温度1360に達する可能性があることが明らかになった。また、電極内の温度分布に関する数値解析の結果、電極損傷想定箇所が溶融温度に到達した場合でも熱電対による温度検出は困難であることが示された。以上より、損傷発生時の電極熱電対温度に異常は観察されなかったが、電極の角部は溶融温度に到達していた可能性があることが明らかになった。

Numerical analysis was performed to investigate the electric current concentration to the contact area between the electrode and the noble metal sediments in the glass melter of Tokai reprocessing center. The maximum temperature was evaluated by the simplified model for the current path. In addition, three dimensional temperature profile inside the electrode was calculated numerically, in order to evaluated the possibility to detect the temperature increase by the thermo-couple which settled in the electrode. As a result, current density in the melter showed high concentration at the contact area between the electrode and the sediments. It was found that the maximum temperature at the current path had a possibility to increase more than melting temperature of 1360 Centi-grade. In addition, the thermo-couple inside the electrode scarcely showed sensitivity to the melting temperature at the edge of the electrode header where the failure might occur. In conclusion, the possibility of the electrode melting by the temperature increase can not be excluded as a cause of the failure.