一种用于熔融金属与水作用研究的可视化硅钼棒炉膛装置制造方法及图纸

一种用于熔融金属与水作用研究的可视化硅钼棒炉膛装置，可解决目前相关研究所用的实验装置只能适用于低熔点的熔融金属，适用范围窄而且安全系数较低的技术问题。包括硅钼棒加热炉膛系统和注水装置系统，硅钼棒加热炉膛系统包括坩埚，坩埚设置在配有硅钼棒加热装置的炉膛内部，炉膛顶部设置顶盖，顶盖为氧化铝顶盖；顶盖上设置注水孔；注水装置系统通过注水孔为硅钼棒加热炉膛系统提供水滴；还包括用于测量炉膛内部温度的热电偶，热电偶与变压温控装置相连。本实用新型专利技术适用于研究不同的水滴温度、水滴大小、水滴下落高度和熔融金属温度条件下两者的相互作用，同时研究有无氧化层影响时两者的相互作用过程,为实际中核电站以及金属冶炼厂提供参考。

A visual silicon molybdenum rod furnace device for studying the interaction between molten metal and water

【技术实现步骤摘要】
一种用于熔融金属与水作用研究的可视化硅钼棒炉膛装置
本技术涉及能源安全
，具体涉及一种用于熔融金属与水作用研究的可视化硅钼棒炉膛装置。
技术介绍
在核反应堆运行过程中，由于设备内散热不及时有可能导致高温堆芯融化，而该熔融物与冷却剂发生接触，发生程度剧烈的传热过程，冷却剂急剧的蒸发，并且伴随着高温液体的进一步碎化，传热面积急剧增加，导致周围液体大规模爆炸性沸腾，瞬间释放巨大的压力脉冲，有可能对周围结构材料行成损害，从而造成放射性物质的泄露，对周围环境产生严重污染。这种熔融物与冷却剂的相互作用过程被称为蒸汽爆炸，由于该过程的复杂性，其过程机理至今仍缺乏较为清楚的认识，尚无法对最终的事故后果进行准确的预测，而工业上这种冷却剂通常为水，因此对水与高温熔融物相互作用过程的进一步研究具有重要的安全意义。国内在熔融金属与水相互作用领域的研究起步较晚，内容还不够深刻全面。目前在此领域的研究大多集中对高温熔融金属滴入冷却剂(水)中的研究，而对水滴滴入熔融金属的相互作用研究较少，且大多数集中在水滴滴入熔点较低的熔融金属，如锡、铅等。比如以下两个例子：上海交通大学核科学与工程学院对水滴滴入熔融锡展开了较为深入的研究。他们把水滴从高温水箱通过注水管滴入嵌有石英玻璃观察窗的不锈钢反应容器中，该装置通过反应容器背部的加热板对锡进行加热，并改变加热功率来改变熔融金属锡的温度。并透过石英玻璃观察窗用高速摄像机记录水滴与熔融锡的接触反应过程现象，分别研究水滴温度、水滴大小、水滴下落高度以及熔融金属锡温度的改变对两者相互作用现象的影响，并进行相关的数值模拟。日本东京的核能科技研究实验室的Furuya和Arai深入的开展了水滴滴入不同低熔点熔融金属(铅-铋合金，铋，铅，锡，铟和锌)表面的相互作用实验，以研究熔融金属池表面性质对水滴碰撞触发蒸汽爆炸的影响。实验在通有氩气的安全壳内进行，水滴通过与加热水箱相连的出水管滴入盛有熔融金属的坩埚内，并配有刮去熔融金属表面氧化膜的装置，来研究不同熔融金属的类别、熔融金属表面氧化层对水滴和熔融金属接触后发生的蒸汽爆炸现象的影响。而要对水滴滴入熔融金属的相互作用过程进行研究，就必须在金属熔化的前提下，对水滴滴入熔融金属表面的短时间内进行可视化记录，再进行后续的现象机理分析。而在极端高温的情况下进行可视化研究，是进行水滴滴入熔融金属实验的难点之一，故目前大多数该领域的研究，都是集中水滴与熔点较低的熔融金属(锡、铅等)相互作用的范围内，才方便对过程实现可视化。而最常见的金属如铝、铜和铁等，其熔点分别为660℃(由于表面容易生成氧化膜，现实中超过800℃才能完全融化)、1083℃和1535℃，远远高于锡的232℃和铅的328℃，很难在将其熔化的情况下同时实现可视化记录。而研究水滴与这些高熔点熔融金属的相互作用机理，又对预防工业蒸汽爆炸事故有着极其重要的意义。并且熔融金属在熔化时，与空气直接接触，表面可能产生氧化膜，从而对实验造成一定影响，而在高温情况下去除熔融金属表面氧化膜也是较为困难的一点。
技术实现思路
本技术提出的一种用于熔融金属与水作用研究的可视化硅钼棒炉膛装置，可解决目前相关研究所用的实验装置只能适用于低熔点的熔融金属，适用范围窄而且安全系数较低的技术问题。为实现上述目的，本技术采用了以下技术方案：包括硅钼棒加热炉膛系统和注水装置系统，注水装置系统放置于硅钼棒加热炉膛系统的正上方，所述硅钼棒加热炉膛系统包括坩埚，所述坩埚设置在配有硅钼棒加热装置的炉膛内部，所述炉膛为氧化铝纤维炉膛，所述炉膛为封闭式，炉膛顶部设置顶盖，所述顶盖为氧化铝顶盖；所述顶盖包括顶盖主体，顶盖主体上设置注水孔；所述注水装置系统通过注水孔为硅钼棒加热炉膛系统提供水滴；所述坩埚为可视化无顶石墨坩埚；硅钼棒加热装置包括硅钼棒，硅钼棒竖直设置于炉膛内部空间之中；硅钼棒通过导线经电流互感器与变压温控装置的输出端相连；还包括用于测量炉膛内部温度的热电偶，所述热电偶为B型刚玉热电偶，热电偶测量部分通过在炉膛顶部设置通孔深入炉膛内部，热电偶与变压温控装置相连。进一步的，所述硅钼棒为N根，N为大于1的自然数，每一个硅钼棒竖直固定在塞砖里，硅钼棒的发热端朝下置于炉膛内部空间之中，硅钼棒的冷端朝上处于炉膛外部，并用陶瓷夹具固定在炉膛顶部表面以承担硅钼棒的重量，陶瓷夹具夹在硅钼棒喷铝端以下，硅钼棒冷端的喷铝端与铝箔编织带连接，即硅钼棒通过铝箔编织带作为导线两两相串联，再与变压温控装置的输出端相连。进一步的，所述坩埚包括石墨坩埚主体和石英玻璃观察窗，所述石英玻璃观察窗为两个，两块石英玻璃观察窗卡在石墨坩埚主体的前后两个沟槽中，石墨坩埚主体与顶盖构成一个封闭空间以盛放熔融金属液。进一步的，所述注水装置包括注水泵、注射器、注水导管、出水针头和升降支架；注射器放置在注水泵的沟槽里，注射器的出水口与注水导管相连，注水导管的另一端和出水针头相连，出水针头固定在升降支架上部。进一步的，所述顶盖主体上还设置与注水孔适配的注水孔塞。进一步的，还包括保温外壳，所述炉膛设置在保温外壳内，保温外壳的前后两面开窗，和石英玻璃观察窗的位置一致且面积相同，从而露出石英玻璃窗，方便观察记录。进一步的，还包括保温棉，保温棉设置在炉膛和保温外壳之间，保温棉包裹住整个炉膛。进一步的，还包括铁皮外壳，所述保温外壳设置在铁皮外壳里。进一步的，还包括石墨铲，所述石墨铲用于刮去熔融金属表面的石墨，石墨铲包括一根底端带有螺纹的石墨棒和一块石墨片，石墨片的中心有带螺纹的孔，从而和石墨棒通过螺纹连接。进一步的，还包括高精度电阻测温杆，所述高精度电阻测温杆用来直接测量熔融金属的温度。由上述技术方案可知，本技术的一种利用硅钼棒作为加热元件、石英玻璃为透明观察窗的炉膛装置，该装置集熔化高熔点金属和对水滴与熔融金属相互作用的观察记录为一体，适用于研究不同的水滴温度、水滴大小、水滴下落高度和熔融金属温度条件下两者的相互作用，同时可以在实验中，方便地刮去熔融金属表面的氧化层，从而研究有无氧化层影响时两者的相互作用过程。本技术的有益效果为：1.本技术装置可以实现对水滴滴入高熔点熔融金属的相互作用的可视化记录。因为炉膛内的最高温度可以达到1800℃，可以较快的完全熔化高熔点金属，并通过石英玻璃观察窗用高速摄像机进行记录水滴与熔融金属的相互作用过程。2.本技术装置可以分别通过改变注水装置中注水针头的孔径来改变水滴的大小，改变升降支架上注水管口的高度水滴的下落高度(速度)，通过硅钼棒变压温控装置控制熔融金属的温度，通过是否刮去熔融金属表面的氧化层，来分别研究这些因素对两者的相互作用过程的影响。附图说明图1是本技术装置的整体结构示意图；图2是本技术硅钼棒变压温控箱的示意图；图3是本技术装置中的注水装置示意图；图4是本技术刮去氧化层的石墨刮示意图；...

【技术保护点】
1.一种用于熔融金属与水作用研究的可视化硅钼棒炉膛装置，包括硅钼棒加热炉膛系统和注水装置系统，注水装置系统放置于硅钼棒加热炉膛系统的正上方，其特征在于：/n所述硅钼棒加热炉膛系统包括坩埚(5)，所述坩埚(5)设置在配有硅钼棒加热装置(4)的炉膛(7)内部，所述炉膛(7)为氧化铝纤维炉膛，所述炉膛(7)为封闭式，炉膛(7)顶部设置顶盖(6)，所述顶盖(6)为氧化铝顶盖；/n所述顶盖(6)包括顶盖主体(24)，顶盖主体(24)上设置注水孔；所述注水装置系统通过注水孔为硅钼棒加热炉膛系统提供水滴；/n所述坩埚(5)为可视化无顶石墨坩埚；/n硅钼棒加热装置(4)包括硅钼棒(18)，硅钼棒(18)竖直设置于炉膛(7)内部空间之中；硅钼棒(18)通过导线经电流互感器与变压温控装置(2)的输出端相连；/n还包括用于测量炉膛(7)内部温度的热电偶(3)，所述热电偶(3)为B型刚玉热电偶，热电偶(3)测量部分通过在炉膛(7)顶部设置通孔深入炉膛内部，热电偶(3)与变压温控装置(2)相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于熔融金属与水作用研究的可视化硅钼棒炉膛装置，包括硅钼棒加热炉膛系统和注水装置系统，注水装置系统放置于硅钼棒加热炉膛系统的正上方，其特征在于：
所述硅钼棒加热炉膛系统包括坩埚(5)，所述坩埚(5)设置在配有硅钼棒加热装置(4)的炉膛(7)内部，所述炉膛(7)为氧化铝纤维炉膛，所述炉膛(7)为封闭式，炉膛(7)顶部设置顶盖(6)，所述顶盖(6)为氧化铝顶盖；
所述顶盖(6)包括顶盖主体(24)，顶盖主体(24)上设置注水孔；所述注水装置系统通过注水孔为硅钼棒加热炉膛系统提供水滴；
所述坩埚(5)为可视化无顶石墨坩埚；
硅钼棒加热装置(4)包括硅钼棒(18)，硅钼棒(18)竖直设置于炉膛(7)内部空间之中；硅钼棒(18)通过导线经电流互感器与变压温控装置(2)的输出端相连；
还包括用于测量炉膛(7)内部温度的热电偶(3)，所述热电偶(3)为B型刚玉热电偶，热电偶(3)测量部分通过在炉膛(7)顶部设置通孔深入炉膛内部，热电偶(3)与变压温控装置(2)相连。


2.根据权利要求1所述的用于熔融金属与水作用研究的可视化硅钼棒炉膛装置，其特征在于：
所述硅钼棒(18)为N根，N为大于1的自然数，每一个硅钼棒(18)竖直固定在塞砖(20)里，硅钼棒(18)的发热端朝下置于炉膛(7)内部空间之中，硅钼棒(18)的冷端朝上处于炉膛(7)外部，并用陶瓷夹具(21)固定在炉膛(7)顶部表面以承担硅钼棒(18)的重量，陶瓷夹具(21)夹在硅钼棒(18)喷铝端以下，硅钼棒(18)冷端的喷铝端与铝箔编织带(19)连接，即硅钼棒(18)通过铝箔编织带(19)作为导线两两相串联，再与变压温控装置(2)的输出端相连。


3.根据权利要求1所述的用于熔融金属与水作用研究的可视化硅钼棒炉膛装置，其特征在于：
所述坩埚(5)包括石墨坩埚主体(22)和石英玻璃观察窗(23)，所述石英玻璃观察窗(23)为两个，两块石英玻璃观察窗(23)卡在石墨坩埚主体(22)的前后两个沟槽中，石墨坩埚主体(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昌建，王晨曦，李满厚，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：新型
国别省市：安徽;34