[发明专利]高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置及方法

说明书

本发明属于核科学高温铅铋熔体中控氧/腐蚀装置领域，涉及一种高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置及方法。一种高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置，其特征在于包括有储料罐，在储料罐上设有真空系统、温控系统、冷却系统、氧浓度控制系统、样品腐蚀实验系统以及自动化控制与数据处理系统。本发明的优点是真空系统可以获得1×10^‑2Pa的真空度，配合上盖的进气管路，利用高纯Ar气进行反复冲洗罐体，可以有效减轻铅铋在装置运行前期与停机阶段的氧化。上盖结构设计了水冷套，下方设计多层隔热板，结合冷却系统，有效减轻了高温铅铋对上盖的热传导与热辐射，保证了铅铋熔体在650℃高温运行时，上盖部件正常工作在安全范围内。

技术领域

本发明属于核科学高温铅铋熔体中控氧/腐蚀装置领域，涉及一种高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置及方法。

背景技术

铅铋合金因具有优良的物理化学综合性能，是加速器驱动的次临界系统(ADS)中散裂靶兼冷却剂的首选材料。但其对结构材料的腐蚀，严重缩短了结构材料的服役寿命。控制铅铋合金中氧浓度在一定的合理范围，结构材料表面会形成保护性氧化层，能有效减轻腐蚀；同时，可避免铅铋合金中析出过量氧化铅而导致的流动性降低甚至管道堵塞的风险。ADS系统中使用的候选结构材料，需要在不同温度和氧浓度条件的铅铋熔体中进行腐蚀实验，正确评估其高温环境中的耐腐蚀性能，为工程应用提供可靠的实验依据与准确的数据支持。因此，铅铋合金中的氧浓度控制研究与材料腐蚀性能评价具有非常重要的意义。国际上现有的相关装置主要为大型实验回路和静态装置两类，大型实验回路虽能逼真的模拟工程环境，但其结构复杂、运维要求苛刻、故障率相对较高。静态装置结构简单、运行稳定、操作便捷，在氧浓度控制和样品腐蚀评价实验中具有潜在的优势，但大多数装置条件简陋、功能单一、自动化程度低。本发明设计了高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置，其结构简单、布局合理、系统完善、功能齐全、操作快捷、安全可靠，适用于氧探头校准、氧浓度控制以及材料腐蚀等系统性的实验研究。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置。用于高温铅铋熔体中的氧浓度控制、氧探头校准与标定以及特定氧浓度条件下材料腐蚀实验研究等。

本发明的又一目的在于一种高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置，其主要特点在于包括有储料罐，在储料罐上设有真空系统、温控系统、冷却系统、氧浓度控制系统、样品腐蚀实验系统以及自动化控制与数据处理系统。

所述的高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置，所述的储料罐为柱形真空密封容器，在罐体上设有上盖，上盖和罐体之间设有密封圈，在罐体的侧部设有管式马弗炉外加热器，炉体外侧包覆隔热材料，在加热器温度持续在1200℃时外壳温度在40℃以下；在罐体的底部设有耐高温泄流阀。

所述的高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置，还包括有在上盖上设有与氧浓度控制系统的出气管路共用的进气管路，经三通接头连接至截止阀，通入罐体中高纯Ar气冲洗罐体或维持Ar氛围以保护铅铋的污染与氧化；在上盖上设有用于监测铅铋上方的气体压力的气体压力表；在上盖的下方设有多层隔热板。

所述的高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置，所述的储料罐还包括有在上盖设有整体电动升降装置。

所述的高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置，所述的真空系统由真空级联泵组通过真空抽气通道、电阻规真空测量元件和粗抽角阀与储料罐的上盖联接；储料罐中的真空度最高可达到1.0×10^-2Pa。

所述的高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置，温控系统由罐体中的铅铋主控温度热电偶、加热电源、可控硅、智能温控器以及计算机及控制软件组成；铅铋主控温度热电偶为双支铠装热电偶；温控系统将铅铋温度控制在RT-650℃。