高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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。本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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，本专利技术采取的技术方案为：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℃。所述的高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置，温控系统在上盖上设有铅铋主控温度热电偶及铅铋主控温度热电偶电动升降组件，采用第一波纹管进行电动升降，升降组件配有第一备标尺和第一上限位器、第一下限位器；升降行程为0-215mm。所述的高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置，温控系统还设有上盖贴片式热电阻、马弗炉炉体温度监控探头以及罐体中气体测温热电偶；温控系统实时监控上盖贴片式热电阻的温度信号，如果超过设定值时，输出报警信号，加热器自动停止加热，温控系统还实时监测炉体和罐体中气体的温度。所述的高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置，冷却系统的循环式水冷机出水口连接至1#氧探头、2#氧探头、搅拌器的磁力传动轴以及罐体上盖的水冷套进行冷却，经回水口进入水冷机的水槽，水槽内的水温为5-35℃；在水冷机的出水口管路上设有水流量保护开关，其流量信号反馈到计算机，当冷却水流量≤20L/min时，输出报警信号，计算机将通过软件自动切断加热器电源，停止加热，并升起氧探头和搅拌器至上限位处，起到保护作用。所述的高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置，所述的氧浓度控制系统，由氧浓度控制设备与1#氧探头、2#氧探头、氧浓度分析仪、进气管路、喷嘴以及出气管路组成；氧浓度控制设备由进气管路经过气体调节阀后穿过罐体的侧壁连接至喷嘴，罐体内侧的进气管上设有卡套接头，喷嘴位置为罐体底部的铅铋中或铅铋液面上方，喷出气体经反应后从出气管路排出；在气体调节阀后端设有单向阀。所述的高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置，所述的氧浓度控制系统还包括有在上盖上设有1#氧探头及氧探头电动升降组件、2#氧探头及氧探头电动升降组件；1#氧探头采用第二波纹管进行电动升降，升降组件由第二备标尺和第二上限位器、第二下限位器组成，确定1#氧探头位置并控制行程范围，升降行程为0-160mm；2#氧探头采用第三波纹管进行电动升降，升降组件由第三备标尺和第三上限位器、第三下限位器组成，确定2#氧探头位置并控制行程范围，升降行程为0-160mm。所述的高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置，所述的氧浓度控制系统还包括有在上盖上设有搅拌器及搅拌器电动升降组件与搅拌器电动旋转组件；搅拌器采用滚珠丝杠进行电动升降，升降组件由第四备标尺和第四上限位器、第四下限位器组成，确定搅拌器所处位置并控制安全行程范围，升降行程为0-360mm；搅拌器采用磁力传动轴带动搅拌器叶片进行旋转，氧浓度控制设备经过喷嘴通入的Ar-H2-H2O混合气与铅铋充分融合，起到促进反应的作用；搅拌器的旋转速度在0-90r/min之间连续可调，并配备旋转检测开关，故障保护设置为旋转状态下10秒钟未检测到旋转开关信号，输出故障报警，3秒钟后自动停止旋转操作。所述的高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置，所述的样品腐蚀实验系统由上盖上设有的样品架、样品及电动升降组件组成；样品架采用第四波纹管进行电动升降，升降组件配有第五备标尺和第五上限位器、第五下限位器，样品的升降行程为0-300mm。所述的高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置，所述的自动化控制与数据处理系统为连接储料罐、真空系统、温控系统、冷却系统、氧浓度控制系统以及样品腐蚀实验系统的计算机及软件，以实现对各系统软硬件的控制，数据的采集、记录、保存、处理与分析，自动执行程序化的实验过程，跟踪记录控制动作与事件顺序，监测安全、故障及输出报警，并生成系统日志和数据报表。所述的高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置，与铅铋熔体接触的部件，包括罐体、搅拌器、磁力传动轴、搅拌器叶片、喷嘴、样品架，以及铅铋主控温度热电偶外壳、1#氧探头套管、2#氧探头套管，采用316L不锈钢材料。一种高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀方法，其主要特点在于步骤为：(a)打开储料罐上盖，装入铅铋铸锭，关闭上盖并密封；(b)启动真空系统，利用真空级联泵组将储料罐中的真空抽至1×10-2Pa；(c)关闭真空系统，利用上盖的进气管路充入罐体中高纯Ar气；(d)重复(b)、(c)步骤2-3次，反复冲洗储料罐，最后将真空度保持在1×10-2Pa；(e)启动温控系本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
1.一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。2.如权利要求1所述的高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置，其特征在于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。3.如权利要求1所述的高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置，其特征在于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。4.如权利要求1所述的高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置，其特征在于所述的储料罐还包括有在上盖设有整体电动升降装置。5.如权利要求1所述的高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置，其特征在于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。6.如权利要求1所述的高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置，其特征在于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℃。7.如权利要求1所述的高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置，其特征在于温控系统在上盖上设有铅铋主控温度热电偶及铅铋主控温度热电偶电动升降组件，采用第一波纹管进行电动升降，升降组件配有第一备标尺和第一上限位器、第一下限位器；升降行程为0-215mm。8.如权利要求1所述的高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置，其特征在于温控系统还设有上盖贴片式热电阻、马弗炉炉体温度监控探头以及罐体中气体测温热电偶；温控系统实时监控上盖贴片式热电阻的温度信号，如果超过设定值时，输出报警信号，加热器自动停止加热，温控系统还实时监测炉体和罐体中气体的温度。9.如权利要求1所述的高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置，其特征在于冷却系统的循环式水冷机出水口连接至1#氧探头、2#氧探头、搅拌器的磁力传动轴以及罐体上盖的水冷套进行冷却，经回水口进入水冷机的水槽，水槽内的水温为5-35℃；在水冷机的出水口管路上设有水流量保护开关，其流量信号反馈到计算机，当冷却水流量≤20L/min时，输出报警信号，计算机将通过软件自动切断加热器电源，停止加热，并升起氧探头和搅拌器至上限位处，起到保护作用。10.如权利要求1所述的高温铅铋熔体中自动化控氧/腐蚀装置，其特征在于所述的氧浓度控制系统，由氧浓度控制设备与1#氧探头、2#氧探头、氧浓度分析仪、进气管路、喷嘴以及出气管路组成；氧浓度控制设备由进气管路经过气体调节阀后穿过罐体的侧壁连接至喷嘴，罐体内侧的进气管上设有卡套接头，喷嘴位置为罐体底...

【专利技术属性】
技术研发人员：常海龙，王志光，姚存峰，孙建荣，张宏鹏，李炳生，盛彦斌，魏孔芳，徐瑚珊，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62