[发明专利]一种液态金属回路用熔化净化装置

说明书

本发明提供了一种液态金属回路用熔化净化装置，包括熔化净化罐、加热装置、储藏罐、管道一、高压气瓶、管道二和管道三；熔化净化罐的顶部设有端盖一或端盖二，端盖一为法兰一，端盖二包括磁体套筒、法兰二和法兰三；熔化净化罐的中下部外侧设有所述加热装置，加热装置包括加热装置罐体、加热棒和导热油；熔化净化罐的底部通过管道一与储藏罐的顶部相连；储藏罐的顶部通过管道二与主回路相连；管道二通过管道三与熔化净化罐的侧壁的上部相连通。本发明所述的液态金属回路用熔化净化装置，缩短了装料时间，提升了熔化装料效率，最大化利用熔化净化罐，熔化净化罐既具有熔化罐功能，又具有过滤器和磁阱净化功能或冷阱和磁阱净化功能。

技术领域

本发明属于液态金属熔化净化技术领域，尤其是涉及一种液态金属回路用熔化净化装置。

背景技术

液态金属主要有铅(Pb)、铅铋(PbBi)合金和铅锂(PbLi)合金等，液态金属因其熔点低、沸点高、热导率高、安全性高成为新一代核反应堆冷却剂的首选，如加速器驱动次临界系统(ADS)选用铅铋共晶体(LBE)作为反应堆冷却剂，铅基堆中选用铅作为冷却剂，聚变堆中使用铅锂合金作为冷却剂等。

为了研究液态金属铅铋合金(PbBi)和铅锂合金(PbLi)等各种服役性能，如腐蚀、热工等，需要建立大型回路进行研究。液态金属的大型回路按照功能分有材料腐蚀回路和热工回路等；按照运行的液态金属冷却剂分为铅锂回路、铅铋回路等；按照有无驱动泵可分为自然循环回路和强迫对流回路等。目前大型回路造价高昂，因为各液态金属冷却剂性质有差异，铅铋回路的一些装置适用不了铅锂回路，比如净化装置，导致同一大型回路无法运行不同液态金属冷却剂，增加了回路的建造与运行成本。

大型回路一般包括熔化罐、储藏罐、驱动泵、气体系统、加热保温系统、试验段、净化装置、换热器、膨胀罐、加热器、冷却系统等。目前熔化罐和净化装置一般为分体设计，现有的熔化罐一般是一个圆筒形罐体，主要功能是熔化PbBi和PbLi合金锭，合金锭一般为圆柱体，高为直径的2倍，熔化罐罐壁缠绕有加热丝，为了防止漏电，加热丝不能直接缠绕在熔化罐罐壁，需要在加热丝外面套上中空碗状绝缘陶瓷，罐体外壁设有热电偶，熔化罐的最外层为保温层。熔化罐内的铸锭加热熔化后流入储藏罐，然后通过高压气体压入回路。但目前存在的问题是熔化罐熔化完回路所需的合金后，熔化罐基本就弃之不用，而且熔化罐熔化铸锭的时间太长，效率低下。之所以熔化铸锭时间长，效率低下，一是铸锭为圆柱锭，放置于熔化罐主要是铸锭底部和熔化罐底部接触，与熔化罐侧壁一般不接触，即使接触也是线接触，而不是面接触；二是加热丝外部套有中空碗状陶瓷，陶瓷导热性能差，且外边套有的中空碗状陶瓷和熔化罐侧壁是点状接触，所以加热丝的热量传给铸锭的路径为通过导热性能差的陶瓷与熔化罐的接触点或者空气传给熔化罐罐壁，然后再通过罐体传至熔化罐罐底再传给铸锭或者通过熔化罐罐壁与铸锭的线接触传给铸锭，加热效率低。三是加热丝要缠绕在罐体或者管道外壁，其不能过粗，容易烧断；四是无论铅铋合金还是铅锂合金，铸锭热容大，需要的热量多；五是铸锭熔化流进储藏罐后，熔化罐要冷却至室温才能打开再次装料熔化；因为熔化罐外层固定包裹有加热丝和保温层，此时只能拿掉法兰上方的保温层进行降温，降温时间漫长；温度高打开熔化罐会导致残留在熔化罐内的液态金属氧化产生杂质。另外温度高，操作者的人身安全得不到保障。六是装料时间长，假如回路需要熔化的PbBi和PbLi的重量为3吨，约0.3m³，一个直径10cm，高度20cm铸锭的重量约为33kg，需要91个铸锭，即使按照最优的设计，一次装料14个铸锭，重复7次装料过程才能装完。