CN113012830B - 一种应用于熔融池整体性能试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于核燃料领域中非能动核电厂熔融物滞留技术领域，具体涉及一种应用于熔融池整体性能试验装置。能够上下移动的水冷铜坩埚位于炉体中间位置，辅助加热线圈、屏蔽层、主加热线圈由上到下依次布置在水冷铜坩埚周围，辅助加热电源独立控制辅助加热线圈，主加热电源独立控制主加热线圈，可上下移动的钨管位于水冷铜坩埚中心偏上位置，可深入水冷铜坩埚也可离开水冷铜坩埚，钨管内部设置有钨铼热偶，炉盖上端安装有红外测温仪，测温点能直射到钨管内部。本发明实现氧化物的熔炼以及熔化过程内部温度数据的采集，后期二次加料避免受加热线圈影响，自然落至熔融物中，模拟实际工况环境。
Description
技术领域
本发明属于核燃料领域中非能动核电厂熔融物滞留技术领域，具体涉及一种应用于熔融池整体性能试验装置。
背景技术
通过压力容器外水冷实现堆芯熔融物压力容器内滞留(IVR)是非能动核电厂严重事故管理策略之一。在假想的严重事故期间，使用内置换料水箱的水淹没反应堆堆腔，并使反应堆压力容器浸于水中，利用水冷却压力容器外表面，可防止反应堆下封头失效，滞留堆芯熔融物。
开展详细的熔融物相互作用研究以及后续的熔融池结构模型开发工作对于深化研究IVR策略的适用性和可行性是极其重要的。
通过建立瞬态熔融池整体试验台架，模拟反应堆失事工况下涉及到的各种工质材料的相互作用与影响，为建立熔融物试验数据库、开展深化模拟分析提供可靠的基础数据。使用100kg级原型试验工质，氧化物融化之后加入金属，更能代表真实熔池环境下的熔融物相互反应和熔融池分层，探索下封头局部熔融物熔融池整体性能，为真实熔池环境下的熔融池分层分析提供依据。
而当前实验工艺受设备的限制，很难直接实现高温下熔融物的模拟实验，因而需要设计高温实验装置，以达到模拟工况实验的使用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于熔融池整体性能试验装置，实现氧化物的熔炼以及熔化过程内部温度数据的采集，后期二次加料避免受加热线圈影响，自然落至熔融物中，模拟实际工况环境。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种应用于熔融池整体性能试验装置，由辅助加热电源、主加热电源、炉体、辅助加热线圈、主加热线圈、屏蔽层、水冷铜坩埚、钨管组成；能够上下移动的水冷铜坩埚位于炉体中间位置，辅助加热线圈、屏蔽层、主加热线圈由上到下依次布置在水冷铜坩埚周围，辅助加热电源独立控制辅助加热线圈，主加热电源独立控制主加热线圈，可上下移动的钨管位于水冷铜坩埚中心偏上位置，可深入水冷铜坩埚也可离开水冷铜坩埚，钨管内部设置有钨铼热偶，炉盖上端安装有红外测温仪，测温点能直射到钨管内部。
操作过程：将氧化锆或氧化铀置于水冷铜坩埚中，移动水冷铜坩埚，使其上部位于辅助加热线圈内，下部位于主加热线圈内，将钨管下降至水冷铜坩埚内，尽量靠近氧化锆或氧化铀；启动辅助加热电源，对辅助加热线圈进行加热，此时钨管发热，在其升温过程中，辐射熔化周边氧化锆或氧化铀，待获得部分熔融态后，记录钨管内部钨铼热偶及红外测温仪显示温度，拔出钨管，并及时关闭辅助加热电源；提前启动主加热电源，同时水冷铜坩埚适当下降，使其完全位于主加热线圈内，继续加热，最终使全部氧化锆或氧化铀达到熔融状态；将水冷铜坩埚上升，使熔融物液面高于主加热线圈上端，使液面完全高于屏蔽层，从而不受感应电流影响，随后由炉盖上投入铁、锆金属块进行熔炼。
本发明所取得的有益效果为：
采用钨管插入的方式进行引热，在主加热线圈上方加装辅助加热线圈，先用于加热钨管，进而实现了氧化物的加热熔炼；在钨管内部设置钨铼热偶，并在顶部加装红外测温仪，用于测量钨管内部温度，间接实现了熔融物内部测温；水冷铜坩埚可以相对加热线圈移动，氧化物全部熔化后，向上移动水冷铜坩埚，使熔融物液面高于屏蔽层后，再加入金属料，使其避免了受到加热电流的影响，尽量还原了实际工况中的环境。使用该装置进行熔炼实验，能够满足后期使用需求。
附图说明
图1为装置主体示意图；
图2为使用辅助加热电源及钨管的引热过程示意图；
图3为使用主加热电源保温过程示意图；
图4为二次加料过程示意图；
图中：1、辅助加热电源；2、辅助加热线圈；3、钨管；4、屏蔽层；5、水冷铜坩埚；6、主加热电源；7、主加热线圈。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1—4所示，本发明所述应用于熔融池整体性能试验装置为真空高温熔炼设备，由辅助加热电源1、主加热电源6、炉体、辅助加热线圈2、主加热线圈7、屏蔽层4、水冷铜坩埚5、钨管3组成，能够上下相对移动的水冷铜坩埚5位于炉体中间位置，辅助加热线圈2、屏蔽层4、主加热线圈7由上到下依次布置在水冷铜坩埚5周围，屏蔽层4用于屏蔽辅助加热线圈2和主加热线圈7之间的感应效应，辅助加热电源1独立控制辅助加热线圈2，主加热电源6独立控制主加热线圈7，可上下移动的钨管3位于水冷铜坩埚5中心偏上位置，可深入水冷铜坩埚5也可离开水冷铜坩埚5，钨管3内部设置有钨铼热偶，炉盖上端安装有红外测温仪，测温点能直射到钨管3内部。
操作过程：
准备：将氧化锆或氧化铀置于水冷铜坩埚5中后，移动水冷铜坩埚5，使其上部位于辅助加热线圈2内，下部位于主加热线圈7内，将钨管3下降至水冷铜坩埚5内，尽量靠近氧化锆或氧化铀。
引热：启动辅助加热电源1，对辅助加热线圈2进行加热，此时钨管3发热，在其升温过程中，辐射熔化周边氧化锆或氧化铀，待获得部分熔融态后，记录钨管3内部钨铼热偶及红外测温仪显示温度，拔出钨管3，并及时关闭辅助加热电源1。
保温：提前启动主加热电源6，同时水冷铜坩埚5适当下降，使其完全位于主加热线圈7内，继续加热，最终使全部氧化锆或氧化铀达到熔融状态。
二次加料：将水冷铜坩埚5上升，使熔融物液面高于主加热线圈7上端，使液面完全高于屏蔽层4，从而不受感应电流影响，随后由炉盖上投入铁、锆金属块进行熔炼。
Claims (1)
1.一种应用于熔融池整体性能试验装置，其特征在于：由辅助加热电源、主加热电源、炉体、辅助加热线圈、主加热线圈、屏蔽层、水冷铜坩埚、钨管组成；能够上下移动的水冷铜坩埚位于炉体中间位置，辅助加热线圈、屏蔽层、主加热线圈由上到下依次布置在水冷铜坩埚周围，辅助加热电源独立控制辅助加热线圈，主加热电源独立控制主加热线圈，可上下移动的钨管位于水冷铜坩埚中心偏上位置，可深入水冷铜坩埚也可离开水冷铜坩埚，钨管内部设置有钨铼热偶，炉盖上端安装有红外测温仪，测温点能直射到钨管内部；操作过程：将氧化锆或氧化铀置于水冷铜坩埚中，移动水冷铜坩埚，使其上部位于辅助加热线圈内，下部位于主加热线圈内，将钨管下降至水冷铜坩埚内，尽量靠近氧化锆或氧化铀；启动辅助加热电源，对辅助加热线圈进行加热，此时钨管发热，在其升温过程中，辐射熔化周边氧化锆或氧化铀，待获得部分熔融态后，记录钨管内部钨铼热偶及红外测温仪显示温度，拔出钨管，并及时关闭辅助加热电源；提前启动主加热电源，同时水冷铜坩埚适当下降，使其完全位于主加热线圈内，继续加热，最终使全部氧化锆或氧化铀达到熔融状态；将水冷铜坩埚上升，使熔融物液面高于主加热线圈上端，使液面完全高于屏蔽层，从而不受感应电流影响，随后由炉盖上投入铁、锆金属块进行熔炼。
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