液态铅铋合金中氧含量控制装置及方法
【专利摘要】本发明属于核科学与工程【技术领域】，涉及一种液态铅铋合金中氧含量控制装置及方法，一种液态铅铋合金中氧含量控制装置，其主要特点在于包括有在氧含量控制室的进液端前设有加热腔，加热腔通过氧含量控制室连接液态金属机械泵，在氧含量控制室的进液端设有进液端氧探头，在出液端设有出液端氧探头；液态金属流量计设于液态金属机械泵的出口端，液态金属流量计的出口连接液态铅铋合金阀门，液态铅铋合金阀门的回流口通过回流管道与储料罐连通并连通加热腔；真空抽气与测量系统设于储料罐与氧含量控制室。本发明的优点是通过Ar-H2混合气体在氧含量控制室与液态铅铋合金中的活性氧发生化学反应以实现氧含量的控制。
【专利说明】液态铅秘合金中氧含量控制装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于核科学与工程【技术领域】，涉及一种液态铅铋合金中氧含量控制装置及方法。
【背景技术】
[0002]加速器驱动的次临界洁净核能系统(ADS)是利用加速器提供的高能质子与散裂靶(如铅铋)发生散裂反应产生中子作为中子源来驱动次临界包层系统，使次临界包层系统维持链式反应以便得到能量和利用多余的中子增殖核材料和嬗变核废物。ADS可嬗变长寿命核废物为短寿命的核废物，以降低放射性废物的储量和毒性，而ADS本身产生的核废物却很少，被科学界公认为是解决大量放射性废物、降低深埋储藏风险的最具潜力的工具。
[0003]液态铅铋合金(LBE)具有中子产额高、散射截面大、俘获截面小等优良的中子学性能，可用作ADS嬗变系统中优良的中子源散裂靶。另一方面，液态铅铋合金具有熔点低、沸点高、导热性能好、化学活性低等优良的物理与化学性能，是良好的冷却剂材料，又有利于工程上的安全运行。因此，液态铅铋合金是兼备ADS嬗变系统中散裂靶和冷却剂的最佳材料。
[0004]铅铋合金作为散裂靶和冷却剂最重要的一个问题是控制液态铅铋合金中的活性氧含量，其严重影响液态铅铋对铁基结构材料的腐蚀和液态铅铋自身的氧化污染。活性氧含量太低，结构材料的组分在铅铋熔体中溶解速度加快，导致结构材料严重腐蚀，服役寿命缩短；活性氧含量太高，铅铋熔体发生氧化，形成大量的氧化铅等难溶性氧化物，降低了液态铅铋合金在循环回路中的流动性，进而引起换热效率下降或管道堵塞现象，严重时导致事故发生。活性氧含量在适当的范围内，结构材料在界面处会形成一定厚度的自修复氧化保护层，阻止铅铋合金对结构材料的进一步腐蚀；同时，又避免了氧化物的生成，减少污染，提高了运行的安全性。因此，铅铋合金中氧含量控制具有非常重要的意义。
[0005]目前，液态铅铋合金中氧含量控制装置以静态方式为主，即液态铅铋在容器中是静止的，这种方式与ADS实际要求存在一定差别。ADS运行过程中的实际情况是在堆芯处产生的大量热量需要依靠液态铅铋的循环流动输运到换热设备进行冷却处理，在此循环回路中，会加入氧含量控制装置，以控制液态铅铋合金中的氧含量在合适的范围，有效抑制液态铅铋合金对结构材料的腐蚀。因此，本发明涉及的液态铅铋合金中氧含量控制装置及方法能够有效的模拟ADS运行系统中的氧含量控制和材料腐蚀研究。
【发明内容】
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[0006]本发明的目的在于，为避免现有技术的不足，提供一种液态铅铋合金中氧含量控制装置及方法。通过Ar-H2混合气体在氧含量控制室与液态铅铋合金中的活性氧发生化学反应，最终将液态铅铋合金中的氧含量控制在一定范围。
[0007]为实现上述目的，本发明采取的技术方案为:一种液态铅铋合金中氧含量控制装置，其主要特点在于包括有在氧含量控制室的进液端前设有加热腔，加热腔通过氧含量控制室连接液态金属机械泵，在氧含量控制室的进液端设有进液端氧探头，在出液端设有出液端氧探头；液态金属流量计设于液态金属机械泵的出口端，液态金属流量计的出口连接液态铅铋合金阀门，液态铅铋合金阀门的回流口通过回流管道与储料罐连通并连通加热腔；真空抽气与测量系统设于储料罐与氧含量控制室。
[0008]所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，还包括有在所述的液态金属流量计的出口端通过流入阀门连接腐蚀室，腐蚀室通过回流阀门连接回流管道。
[0009]所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，还包括有在所述的液态铅铋合金阀门的两端设有需控氧的系统，需控氧系统的入口通过入口阀门连接液态铅铋合金阀门的入口端，其出口通过出口阀门连接液态铅铋合金阀门的出口端。
[0010]所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，所述的储料罐在罐体上设有储料罐真空盖板，罐体内设有液态铅铋合金出口管道，出口管道从罐体上方侧面穿出，经阀门与加热腔连接；罐体外壁设有电加热、保温层和热电偶，罐体的底部设有液态铅铋合金泄流管道，在罐体上设有的真空抽气与测量通道与真空抽气与测量系统连接；在罐体上还设有高压惰性气体入口、气体安全阀、气压计、液态铅铋合金中测温热电偶、液态铅铋合金液位计。
[0011]所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，所述的储料罐真空盖板设有电动升降机构，罐体加热的最高温度为650°c。
[0012]所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，所述的加热腔设于竖直方向上，下端设有液态铅铋合金入口，上端设有液态铅铋合金出口，在加热腔上设有电加热器、保温层和热电偶；最高加热温度为800°C，采用PID自动控制模式。
[0013]所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，所述的氧含量控制室设为水平方向，在氧含量控制室的室体上一端中部设有液态铅铋入口，另一端底部设有液态铅铋出口 ；在氧含量控制室的室体出口端设有氧含量控制腔密封法兰；在氧含量控制室的室体上设有加热器与保温层；在氧含量控制室的液态铅铋出口端设有混合气入口，液态铅铋入口端设有混合气出口 ；在氧含量控制室的室体上设有真空抽气与测量通道与真空抽气与测量系统连接；在氧含量控制室的室体上还设有液态铅铋合金中测温热电偶、氧含量控制室内混合气体测温热电偶、气压计、安全阀、液位计、氧含量控制室外壁热电偶。
[0014]所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，还包括有所述的液态金属机械泵的两端通过流量调节阀门连接。
[0015]所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，所述的液态金属流量计为电磁感应式流量计。
[0016]所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，还包括有连接管道为便捷的卡口连接，其中水平部分的管道存在5°的倾斜角，管道外部设有加热器、保温层和热电偶，最高温度为 650 0C ο
[0017]一种液态铅铋合金中氧含量控制方法，其主要特点在于步骤包括为:
[0018](I)将铅铋合金铸锭摆放于储料罐内，启动电动升降机构关闭盖板进行密封，开启真空抽气与测量系统进行抽气，真空度达到1.0X10_4Pa-5.0X10_4Pa后关闭真空阀门；然后开启储料罐的加热器进行加热，使铅铋铸锭熔化为液态，并达到200-300°C范围内的预定温度;
[0019](2)启动循环回路的真空抽气与测量系统，真空度达到1.0X10_4Pa_5.0X10_4Pa后再启动回路各部件的加热元件，温度达到200-300°C定值后进行恒温加热；
[0020](3)打开储料罐与循环回路之间的阀门，由储料罐的进气口通入高压Ar气，将液态铅铋合金压入循环回路，至充满氧含量控制室容积的1/2-2/3，然后关闭储料罐与循环回路之间的阀门；
[0021](4)启动液态金属机械泵，在液态金属机械泵驱动下，液态铅铋合金开始循环流动，预定流量为每小时1.85-3m3，流量变化通过控制机械泵的转速调节，流量大小通过机械泵后端的电磁流量计进行测量，稳定性和微调通过流量调节阀门完成；
[0022](5)调节加热腔、氧含量控制室和连接管道加热元件的功率，将液态铅铋合金的运行温度提高并控制在300-650°C范围内；
[0023](6)打开氧含量控制室的进气阀门和出气阀门，从进气口 一端持续通入流速为100mL-30L/min的Ar-H2混合气体，其中H2为1_10%，其余为Ar，使之与液态铅铋合金中的活性氧进行反应，以降低液态铅铋合金中的氧含量并达到预期的目标；
[0024](7)液态铅铋合金中的氧含量利用氧含量控制室前、后端布置的氧化锆氧探头进行测量。
[0025]所述的液态铅铋合金中氧含量控制方法，其步骤还包括为:
[0026](8) A将经过步骤(7)的液态铅铋合金流向腐蚀室以开展特定氧含量、温度、流速条件下的材料腐蚀实验。
[0027]所述的液态铅铋合金中氧含量控制方法，其步骤还包括为:
[0028](S)B将经过步骤(7)的液态铅铋合金自液态金属流量计出口端通过液态金属阀门接入需控氧的系统(如ADS系统)，然后回流到回流管道，再经加热腔和氧含量控制室，形成串联回路以完成需控氧系统的氧含量控制。
[0029]本发明的有益效果:
[0030]1.本发明所述的真空抽气与测量系统可以使储料罐和循环回路均获得5X 10_4Pa的高真空度，可有效的防止装置运行过程中液态铅铋合金的氧化；
[0031]2.本发明所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置根据各个部件不同的功能和要求，采用分段式温度控制，储料罐的运行温度为200-300°C，加热腔的最高加热温度为800°C，氧含量控制室、连接管道以及回路中其它部件可达650°C，在运行过程中可灵活控制以满足实验要求。
[0032]3.本发明所述的液态金属机械泵，通过不同的转速将液态铅铋合金的流量控制在每小时1.85-3m3范围内，配合使用流量调节阀门以精确控制循环回路中液态铅铋合金流量的大小。
[0033]4.本发明所述的储料罐位于整个装置的最下方并与循环回路连接，有利于循环回路运行与停机过程中的供料与回收之间的反复操作。
[0034]5.本发明所述的水平部分的连接管道存在5°的倾斜角，便于停机过程中排净液态铅秘合金，减少残留。
[0035]6.本发明所述的氧含量控制室处于整个装置的最高位置，通过控制循环回路中液态铅铋合金的进量，在氧含量控制室可留出合理的气体空间，利用逆向气流在气/液界面的化学反应实现液态铅铋合金中的氧含量控制。【专利附图】
【附图说明】:
[0036]图1为本发明的结构示意图；
[0037]图中:1储料罐；2加热腔；3进液口测氧探头；4氧含量控制室；5出液口测氧探头；6液态金属机械泵；7液态金属电磁流量计；8流量调节阀门；9液态金属阀门；10回路管道；11储料罐进气口 ；12储料罐出气口 ；13氧含量室进气口 ；14氧含量室出气口 ；15真空抽气与测量系统；16液态金属阀门；17液态金属阀门；18腐蚀室；19液态金属阀门；20液态金属阀门；21需控氧的系统。
[0038]图2为本发明的储料罐结构示意图；
[0039]图中:1-1可电动升降的储料罐真空盖板；1_2电加热器；1_3高压惰性气体入口 ；
1-4液态铅铋合金出口管道；1_5液态铅铋合金泄流管道；1_6罐体外壁热电偶；1_7保温层外壁热电偶；1_8真空抽气与测量通道；1_9气体安全阀；1_10气压计；1-11液态铅铋合金中测温热电偶；1_12液态铅铋合金液位计；1_13罐体，1-14保温层。
[0040]图3为本发明的氧含量控制腔结构示意图；
[0041]图中:4-1液态铅秘入口 ；4_2液态铅秘出口 ；4_3氧含量控制腔密封法兰(可拆卸);4-4电加热器；4-5混合气入口 ；4-6混合气出口 ；4-7液态铅铋合金中测温热电偶；4_8液态铅铋合金中测温热电偶；4-9液态铅铋合金中测温热电偶；4-10氧含量控制腔内混合气体测温热电偶；4-11真空抽气与测量通道；4-12气压计；4-13安全阀；4_14液位计；4_15氧含量控制室外壁热电偶；4_16保温层外壁热电偶；4-17保温层。
[0042]图4为本发明的加热腔结构示意图；
[0043]图中:2-1液态铅铋合金入口 '2-2液态铅铋合金出口 ；2_3电加热器；2_4保温层；
2-5热电偶。
【具体实施方式】
[0044]以下结合附图所示之最佳实例作进一步详述:
[0045]实施例1:见图1，图2，图3，图4，一种液态铅铋合金中氧含量控制装置，包括有在氧含量控制室4的进液端前设有加热腔2，加热腔通过氧含量控制室4连接液态金属机械泵6,在氧含量控制室4的进液端设有进液端氧探头3，在出液端设有出液端氧探头5 ;液态金属流量计7设于液态金属机械泵6的出口端，液态金属流量计7的出口连接液态铅铋合金阀门9，液态铅铋合金阀门9的回流口通过回流管道10与储料罐I连通并连通加热腔2 ;真空抽气与测量系统15设于储料罐I与氧含量控制室4。
[0046]所述的储料罐I在罐体1-13上设有储料罐真空盖板1-1，罐体1-13内设有液态铅铋合金出口管道1-4，出口管道1-4从罐体1-13上方侧面穿出，经阀门与加热腔2连接；罐体1-13外壁设有电加热器1-2与保温层1-14和热电偶1-6、1-7，罐体1_13的底部设有液态铅铋合金泄流管道1-5，在罐体1-13上设有的真空抽气与测量通道1-8与真空抽气与测量系统15连接；在罐体1-13上还设有高压惰性气体入口 1-3、气体安全阀1-9、气压计1-10、液态铅铋合金中测温热电偶1-11、液态铅铋合金液位计1-12。
[0047]所述的储料罐真空盖板1-1设有电动升降机构，罐体1-13加热的最高温度为650°C，采用PID自动控制方式。
[0048]所述的加热腔2设于竖直方向上，下端设有液态铅铋合金入口 2-1，上端设有液态铅铋合金出口 2-2，在加热腔2上设有电加热器2-3、保温层2-4和热电偶2_5 ;加热的最高温度为800°C，采用PID自动控制模式。
[0049]所述的氧含量控制室4设为水平方向，在氧含量控制室4的室体上一端中部设有液态铅铋入口 4-1，另一端底部设有液态铅铋出口 4-2 ;在氧含量控制室4的室体出口端设有氧含量控制腔密封法兰4-3 ;在氧含量控制室4的室体上设有电加热器4-4与保温层4-17 ;在氧含量控制室4的液态铅铋出口端设有混合气入口 4-5，液态铅铋入口端设有混合气出口 4-6 ;在氧含量控制室4的室体上设有真空抽气与测量通道4-11与真空抽气与测量系统15连接；在氧含量控制室4的室体上还设有液态铅铋合金中测温热电偶4-7、4-8、4-9、氧含量控制室内混合气体测温热电偶4-10、气压计4-12、安全阀4-13、液位计4-14、氧含量控制室外壁热电偶4-15、保温层外壁热电偶4-16 ;最高加热温度为650°C，采用PID自动控制模式。
[0050]还包括有所述的液态金属机械泵6的两端通过流量调节阀门8连接。
[0051]所述的液态金属流量计7为电磁感应式流量计。
[0052]还包括有连接管道为便捷的卡口连接，其中水平部分的连接管道存在5°的倾斜角，管道外部设有加热器、保温层和热电偶，最高温度为650°C。
[0053]实施例2:—种液态铅铋合金中氧含量控制装置，还包括有在所述的液态金属流量计7的出口端通过流入阀门16连接腐蚀室18，腐蚀室18通过回流阀门17连接回流管道
10。其余结构与实施例1相同。
[0054]实施例3:—种液态铅铋合金中氧含量控制装置，还包括有在所述的液态铅铋合金阀门9的两端设有以液态铅铋合金为散裂靶和冷却剂的ADS系统21，以液态铅铋合金为散裂靶和冷却剂的ADS系统21的入口通过入口阀门19连接液态铅铋合金阀门9的入口端，其出口通过出口阀门20连接液态铅铋合金阀门9的出口端。其余结构与实施例1相同。
[0055]实施例4:一种液态铅铋合金中氧含量控制方法，其主要特点在于步骤为:
[0056]( I)将铅铋合金铸锭摆放于储料罐内，启动电动升降机构关闭盖板进行密封，开启真空抽气与测量系统进行抽气，真空度达到1.0X10_4Pa-5.0X10_4Pa后关闭真空阀门；然后开启储料罐的加热器进行加热，使铅铋铸锭熔化为液态，并达到200-300°C范围内的预定温度;
[0057](2)启动循环回路的真空抽气与测量系统，真空度达到1.0X10_4Pa_5.0X10_4Pa后再启动回路各部件的加热元件，温度达到200-300°C定值后进行恒温加热；
[0058](3)打开储料罐与循环回路之间的阀门，由储料罐的进气口通入高压Ar气，将液态铅铋合金压入循环回路，至充满氧含量控制室容积的1/2-2/3，然后关闭储料罐与循环回路之间的阀门；
[0059](4)启动液态金属机械泵，在液态金属机械泵驱动下，液态铅铋合金开始循环流动，预定流量为每小时1.85-3m3，流量变化通过控制机械泵的转速调节，流量大小通过机械泵后端的电磁流量计进行测量，稳定性和微调通过流量调节阀门完成；
[0060](5)调节加热腔、氧含量控制室和连接管道加热元件的功率，将液态铅铋合金的运行温度提高并控制在300-650°C范围内一定的值。
[0061](6)打开氧含量控制室的进气阀门和出气阀门，从进气口 一端持续通入流速为100mL-30L/min的Ar-H2混合气体，其中H2为1_10%，其余为Ar，使之与液态铅铋合金中的活性氧进行反应，以降低液态铅铋合金中的氧含量并达到预期的目标；
[0062](7)液态铅铋合金中的氧含量利用氧含量控制室前、后端布置的氧化锆氧探头进行测量。
[0063]实施例5:所述的液态铅铋合金中氧含量控制方法，其步骤还包括为:
[0064]步骤(I)至(7)与实施例5相同。
[0065](8) A将经过步骤(7)的液态铅铋合金流向腐蚀室以开展特定氧含量、温度、流速条件下的材料腐蚀实验。
[0066]实施例6:所述的液态铅铋合金中氧含量控制方法，其步骤还包括为:
[0067]步骤(I)至(7)与实施例5相同。
[0068](8) B将经过步骤(7)的液态铅铋合金自液态金属流量计出口端通过液态金属阀门接入以液态铅铋合金为散裂靶和冷却剂的ADS系统，然后回流到回流管道，再经加热腔和氧含量控制室，形成串联回路以进行以液态铅铋合金为散裂靶和冷却剂的ADS系统的氧含量控制。
[0069]实验例1:见图1，一种液态铅铋合金中氧含量控制装置，加热腔2、氧含量控制室
4、液态金属机械泵6、流量计7和连接管道构成一个闭合的循环回路；氧含量控制室4位于循环回路的最高点，其前、后端均布置了氧探头3、5进行氧含量测量，前端氧探头3前方是加热腔2，后端氧探头5后方是液态金属机械泵6，部件之间用管道连接，水平部分的管道存在5°的倾斜角度；液态金属机械泵后端是流量计7 ;储料罐I位于整个循环回路的侧下方，高度位置处于最低点。
[0070]进液端氧探头3和出液端氧探头5采用市售产品。
[0071]加热腔2位于循环回路的竖直方向上，外置有电加热器、保温层和热电偶，最高加热温度可达800°C，采用PID自动控制模式。
[0072]氧含量控制室4位于循环回路水平方向的最高端，外置有电加热器、保温层和热电偶，最高加热温度可达650°C，采用PID自动控制模式；其前端连接的管道从腔体中间位置进入，后端连接的管道从腔体底端位置离开；氧含量控制室体的上方配备了液位计、热电偶、气压计、抽气口、进气口、出气口、真空规管、安全阀，以对腔体内部的液态金属和气体进行监测；进气口位于氧含量控制室的最左端，出气口位于氧含量控制室的最右端，气体在其内流动的方向与液态铅铋合金流动的方向相反。
[0073]液态金属机械泵6为离心泵，由泵池、电机、轴承、叶轮构成，泵池与轴承之间采用填料密封，泵池外壁配备加热与保温设施，最高温度为650°C，泵池顶端配有液位探针以测量泵池内的液位高度；泵的扬程为3米、流量为每小时1.85-3m3。
[0074]流量调节阀门的两端分别连接至液态金属机械泵的出口和进口，依靠阀门开关的闭合程度来控制分流的大小，进而调节循环回路中的流量。
[0075]液态金属流量计采用的是耐高温型电磁感应式流量计，可测的流量范围为0.5-10立方米/小时。
[0076]循环回路中的连接管道采用便捷的卡口连接方式，其中水平部分的管道存在5°的倾斜角，管道外部配有电加热器、保温层和热电偶，最高温度可达650°C。
[0077]真空抽气系统由机械泵、分子泵和真空管道组成，测量仪器采用真空规管，抽气口和测量点位于氧含量控制室顶端和储料罐的盖板上。[0078]温度控制与测量系统通过巡检方式对液态铅铋合金中氧含量控制装置的温度进行实时监测与自动控制。
[0079]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种液态铅铋合金中氧含量控制装置，其特征在于包括有在氧含量控制室的进液端前设有加热腔，加热腔通过氧含量控制室连接液态金属机械泵，在氧含量控制室的进液端设有进液端氧探头，在出液端设有出液端氧探头；液态金属流量计设于液态金属机械泵的出口端，液态金属流量计的出口连接液态铅铋合金阀门，液态铅铋合金阀门的回流口通过回流管道与储料罐连通并连通加热腔；真空抽气与测量系统设于储料罐与氧含量控制室。
2.如权利要求1所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，其特征在于还包括有在所述的液态金属流量计的出口端通过流入阀门连接腐蚀室，腐蚀室通过回流阀门连接回流管道。
3.如权利要求1所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，其特征在于还包括有在所述的液态铅铋合金阀门的两端设有需控氧的系统，需控氧系统的入口通过入口阀门连接液态铅铋合金阀门的入口端，其出口通过出口阀门连接液态铅铋合金阀门的出口端。
4.如权利要求1所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，其特征在于所述的储料罐在罐体上设有储料罐真空盖板，罐体内设有液态铅铋合金出口管道，出口管道从罐体上方侦_穿出，经阀门与加热腔连接；罐体外壁设有电加热器、保温层和热电偶，罐体的底部设有液态铅铋合金泄流管道，在罐体上设有的真空抽气与测量通道与真空抽气与测量系统连接；在罐体上还设有高压惰性气体入口、气体安全阀、气压计、液态铅铋合金中测温热电偶、液态铅铋合金液位计。
5.如权利要求4所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，其特征在于所述的储料罐真空盖板设有电动升降机构，罐体加热的最高温度为650°C。
6.如权利要求1所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，其特征在于所述的加热腔设于竖直方向上，下端设有液态铅铋合金入口，上端设有液态铅铋合金出口，在加热腔上设有电加热器、保温层和热电偶；最高加热温度为800°C。
7.如权利要求1所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，其特征在于所述的氧含量控制室设为水平方向，在氧含量控制室的室体上一端中部设有液态铅铋入口，另一端底部设有液态铅铋出口 ；在氧含量控制室的室体出口端设有氧含量控制腔密封法兰；在氧含量控制室的室体上设有加热器与保温层；在氧含量控制室的液态铅铋出口端设有混合气入口，液态铅铋入口端设有混合气出口 ；在氧含量控制室的室体上设有真空抽气与测量通道与真空抽气与测量系统连接；在氧含量控制室的室体上还设有液态铅铋合金中测温热电偶、氧含量控制室内混合气体测温热电偶、气压计、安全阀、液位计、氧含量控制室外壁热电偶。
8.如权利要求1所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，其特征在于还包括有所述的液态金属机械泵的两端通过流量调节阀门连接。
9.如权利要求1所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，其特征在于所述的液态金属流量计为电磁感应式流量计。
10.如权利要求1所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，其特征在于还包括有连接管道为便捷的卡口连接，其中水平部分的管道存在5°的倾斜角，管道外部设有加热器、保温层和热电偶，最高温度为650°C。
11.一种液态铅铋合金中氧含量控制方法，其特征在于步骤包括为: (I)将铅铋合金铸锭摆放于储料罐内，启动电动升降机构关闭盖板进行密封，开启真空抽气与测量系统进行抽气，真空度达到1.0X10_4Pa-5.0X10_4Pa后关闭真空阀门；然后开启储料罐的加热器进行加热，使铅铋铸锭熔化为液态，并达到200-300°C范围内的预定温度； (2)启动循环回路的真空抽气与测量系统，真空度达到1.0X 10_4Pa-5.0X 10_4Pa后再启动回路各部件的加热元件，温度达到200-300°C定值后进行恒温加热； (3)打开储料罐与循环回路之间的阀门，由储料罐的进气口通入高压Ar气，将液态铅铋合金压入循环回路，至充满氧含量控制室容积的1/2-2/3，然后关闭储料罐与循环回路之间的阀门； (4)启动液态金属机械泵，在液态金属机械泵驱动下，液态铅铋合金开始循环流动，预定流量为每小时1.85-3m3，流量变化通过控制机械泵的转速调节，流量大小通过机械泵后端的电磁流量计进行测量，稳定性和微调通过流量调节阀门完成； (5)调节加热腔、氧含量控制室和连接管道加热元件的功率，将液态铅铋合金的运行温度提高并控制在300-650°C范围内； (6)打开氧含量控制室的进气阀门和出气阀门，从进气口一端持续通入流速为100mL-30L/min的Ar-H2混合气体，其中H2为1_10%，其余为Ar，使之与液态铅铋合金中的活性氧进行反应，以降低液态铅铋合金中的氧含量并达到预期的目标； (7)液态铅铋合金中的氧含量利用氧含量控制室前、后端布置的氧化锆氧探头进行测量。
12.如权利要求11所述的 液态铅铋合金中氧含量控制方法，其特征在于步骤还包括为: (8)A将经过步骤(7)的液态铅铋合金流向腐蚀室以开展特定氧含量、温度、流速条件下的材料腐蚀实验。
13.如权利要求11所述的液态铅铋合金中氧含量控制方法，其特征在于步骤还包括为: (8)B将经过步骤(7)的液态铅铋合金自液态金属流量计出口端通过液态金属阀门接入需控氧的系统，然后回流到回流管道，再经加热腔和氧含量控制室，形成串联回路以完成需控氧系统的氧含量控制。
【文档编号】G05D11/13GK103914088SQ201410103346
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2014年3月19日
【发明者】常海龙, 王志光, 姚存峰, 孙建荣, 盛彦斌, 张宏鹏, 徐瑚珊 申请人:中国科学院近代物理研究所