JP2003185788A - Method and apparatus for controlling concentration of oxygen dissolved in liquid metal - Google Patents
Method and apparatus for controlling concentration of oxygen dissolved in liquid metalInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、液体金属中の溶解
酸素濃度制御方法及び装置に関するものであり、特に、
原子炉冷却材、廃熱回収冷却材中の溶解酸素濃度制御方
法及び装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for controlling the concentration of dissolved oxygen in liquid metal, and more particularly,
The present invention relates to a method and an apparatus for controlling dissolved oxygen concentration in a reactor coolant and a waste heat recovery coolant.
【０００２】[0002]
【従来の技術】液体金属は、熱や放射線に対して安定で
あり、また、熱伝導性が優れていることから冷却材とし
て使用されている。その代表的な例が、高速増殖炉の液
体Ｎａ金属である。このような目的に用いられる金属
は、主として、Ｎａ，Ｎａ−Ｋ，Ｌｉ，Ｂｉ，Ｐｂなど
の低融点金属であるが、こうした液体金属を冷却材とし
て使用する場合、液体金属による機器や配管の構造材の
腐食が問題となる。Liquid metal is used as a coolant because it is stable against heat and radiation and has excellent thermal conductivity. A typical example thereof is liquid Na metal in a fast breeder reactor. The metals used for such purpose are mainly low-melting-point metals such as Na, Na-K, Li, Bi, and Pb. When such a liquid metal is used as a coolant, the liquid metal is used for equipment and piping. Corrosion of structural materials becomes a problem.
【０００３】液体金属による腐食は、水溶液などの腐食
にみられる電気化学過程ではなく、金属元素の液体金属
中への溶解が主原因である。したがって、冷却材として
使われる液体金属が、その熱回収のために、高温部と低
温部を循環する場合、高温部で構造材から溶解した元素
が低温部で過飽和となり析出する、いわゆる質量移動現
象が生じる。この質量移動は、繰り返され、機器や配管
などの構造材は、腐食され続け、低温部では不純物が析
出し、小口径配管などの液体金属流路を閉塞させる恐れ
もある。Corrosion by a liquid metal is mainly caused by dissolution of a metal element in a liquid metal, not by an electrochemical process which is seen in corrosion of an aqueous solution. Therefore, when the liquid metal used as a coolant circulates in the high temperature part and the low temperature part for its heat recovery, the element dissolved from the structural material in the high temperature part becomes supersaturated and precipitates in the low temperature part, a so-called mass transfer phenomenon. Occurs. This mass transfer is repeated, structural materials such as equipment and pipes continue to be corroded, impurities may be precipitated in the low temperature portion, and liquid metal flow paths such as small diameter pipes may be blocked.
【０００４】溶解速度を支配するのは、高温部での不飽
和度によるが、ループの構成、形状などの装置の状況、
流量、温度、温度差、表面粗さ、不純物濃度など、多種
多様な条件で左右される。中でも液体金属中の不純物、
特に、溶解酸素濃度は、腐食現象および速度に大きく影
響を及ぼすことが知られている。The dissolution rate is governed by the degree of unsaturation at the high temperature part, but the condition of the apparatus such as the loop configuration and shape,
It depends on various conditions such as flow rate, temperature, temperature difference, surface roughness, and impurity concentration. Among them, impurities in liquid metal,
In particular, the dissolved oxygen concentration is known to greatly affect the corrosion phenomenon and rate.
【０００５】高速増殖炉のＮａ冷却材の場合、Ｎａの酸
化物標準生成自由エネルギー（酸素ポテンシャル）の絶
対値は、鋼材の主要元素（Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ）や、一般
的な合金元素の酸化物標準生成自由エネルギーの絶対値
より大きい。すなわち、液体Ｎａと接触している構造材
表面は還元され、Ｎａは酸化される傾向にある。In the case of the Na coolant of the fast breeder reactor, the absolute value of the standard free energy of formation of oxides of Na (oxygen potential) is the oxidation of the main elements (Fe, Ni, Cr) of the steel and general alloy elements. It is larger than the absolute value of the standard free energy of formation. That is, the surface of the structural material that is in contact with liquid Na tends to be reduced and Na tends to be oxidized.
【０００６】したがって、構造材の腐食条件は、本質的
にそれら主要元素の液体Ｎａ中への溶解度によって決定
される。構造材主要元素の液体Ｎａ中への溶解度は、比
較的小さいことが知られているが、液体Ｎａ中の溶解酸
素濃度の増加とともに腐食速度が増大することが分かっ
ている。構造材がステンレス鋼の場合、成分元素のＣ
ｒ，Ｎｉが高温部で溶出し、低温部で析出する。そし
て、Ｎａ中の酸素濃度が高いと、Ｃｒの溶出が促進され
ると言われている。Therefore, the corrosion conditions of structural materials are essentially determined by the solubilities of these major elements in liquid Na. It is known that the solubility of the main element of the structural material in the liquid Na is relatively small, but it has been known that the corrosion rate increases as the concentration of dissolved oxygen in the liquid Na increases. When the structural material is stainless steel, the constituent element C
r and Ni elute in the high temperature part and precipitate in the low temperature part. It is said that the elution of Cr is promoted when the oxygen concentration in Na is high.
【０００７】したがって、構造材の腐食防止、質量移行
現象の抑止などの観点から液体金属中の溶解酸素濃度を
管理制御することは非常に重要となってくる。Therefore, it is very important to manage and control the concentration of dissolved oxygen in the liquid metal from the viewpoints of preventing corrosion of structural materials and suppressing the mass transfer phenomenon.
【０００８】従来の液体金属中の溶解酸素濃度の制御方
法については、その方法の１つにコールドトラップ法が
ある。この方法は、金属液体中の不純物を除去する精製
法の一種であり、不純物の溶解度が低温で小さくなる性
質を利用して、金属液体中の酸素や、炭素などの不純物
を低温下でいろいろな化合物の形（反応生成物）で析出
除去し、分離回収する方法である。Ｎａの場合、コール
ドトラップでＮａ中の溶解酵素濃度を１０ｐｐｍ以下程
度まで低減でき、ステンレス鋼及びＦｅ，Ｃｒ，Ｎｉ，
Ｃｏ，Ｍｏなどとの両立性を図っている。As a conventional method for controlling the concentration of dissolved oxygen in a liquid metal, there is a cold trap method. This method is one of the purification methods for removing impurities in a metal liquid, and utilizes the property that the solubility of impurities decreases at low temperatures, so that impurities such as oxygen and carbon in metal liquids can be used at various temperatures at low temperatures. In this method, the compound (reaction product) is deposited and removed, and then separated and collected. In the case of Na, the concentration of dissolved enzyme in Na can be reduced to about 10 ppm or less by cold trap, and stainless steel and Fe, Cr, Ni,
Compatibility with Co, Mo, etc. is aimed at.
【０００９】また、別の方法として、ホットトラップ法
がある。この方法は、コールドトラップで得られる純度
よりも更に高い純度を得たい時に用いられ、高温で酸素
などの不純物とよく結合する金属ゲッターに液体金属を
通して、液体金属中の不純物を金属ゲッターと反応させ
てゲッター中に固定除去する方法である。例えば、液体
Ｎａ中の酸素に対して、酸化ナトリウムよりも安定な酸
化物を生成する金属として、Ｔｉ，Ｚｒ及びＴｉ−Ｚｒ
合金などが用いられ、約６００℃の液体Ｎａ中の溶解酸
素濃度を数ｐｐｍ以下に管理できている。Another method is a hot trap method. This method is used when it is desired to obtain a higher purity than that obtained by a cold trap, and the liquid metal is passed through a metal getter that binds well with impurities such as oxygen at high temperature to cause impurities in the liquid metal to react with the metal getter. It is a method of fixing and removing in the getter. For example, Ti, Zr, and Ti-Zr are metals that generate oxides that are more stable than oxygen in liquid Na than sodium oxide.
An alloy or the like is used, and the concentration of dissolved oxygen in liquid Na at about 600 ° C. can be controlled to several ppm or less.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
液体金属中の溶解酸素濃度の制御方法は、液体金属中の
溶解酸素濃度の上限を制御するものである。しかし、こ
のような制御方法は、液体金属の種類によっては以下の
ような不都合を生じる。However, the conventional method for controlling the dissolved oxygen concentration in the liquid metal controls the upper limit of the dissolved oxygen concentration in the liquid metal. However, such a control method has the following disadvantages depending on the type of liquid metal.
【００１１】例えば、液体金属にＰｂ−Ｂｉを使用した
場合、液体Ｐｂ−Ｂｉに対する構造材主要元素の溶解度
が大きく、液体Ｐｂ−Ｂｉ中の溶解酸素濃度を上限以下
に制御するだけでは構造材の腐食の進展を抑制すること
は困難であるという問題が生じる。すなわち、溶解酸素
濃度が小さ過ぎても反って構造材の腐食を加速させると
いう問題がある。For example, when Pb-Bi is used as the liquid metal, the solubility of the main element of the structural material in the liquid Pb-Bi is large, and the structural oxygen content in the liquid Pb-Bi can be controlled by controlling the dissolved oxygen concentration below the upper limit. There is a problem that it is difficult to suppress the progress of corrosion. That is, there is a problem that even if the dissolved oxygen concentration is too small, the structure material is warped to accelerate the corrosion of the structural material.
【００１２】上記の問題点を回避するため、構造材の溶
解速度を減少させる方法として、インヒビターの添加に
より構造材表面に保護被膜を形成させる方法があるが、
この場合、保護被膜が厚く成長し過ぎると、膜剥がれや
熱衝撃によるクラックが発生し、こうした部分を基点に
局部的に腐食が進行するといった問題があった。In order to avoid the above problems, there is a method of forming a protective film on the surface of the structural material by adding an inhibitor as a method of decreasing the dissolution rate of the structural material.
In this case, if the protective film grows too thick, film peeling or cracking due to thermal shock occurs, and there is a problem that corrosion locally progresses from such a portion as a base point.
【００１３】したがって、Ｐｂ，Ｂｉのような、構造材
の主要元素の溶解度が大きい液体金属や液体合金の冷却
材への適用は、従来技術では十分な腐食抑制ができてい
なかった。Therefore, the application of liquid metals or liquid alloys, such as Pb and Bi, in which the main elements of the structural material have a large solubility to a coolant, could not sufficiently suppress corrosion in the prior art.
【００１４】本発明はこのような問題点を解決するもの
で、その目的とするところは、液体金属中の溶解酸素濃
度を上限と下限の管理範囲内に制御することにより、構
造材に対して高い腐食性を示す液体金属においても腐食
を抑制することが可能な液体金属中の溶解酸素濃度制御
方法及び装置を提供するところにあり、また、上記の問
題解決ばかりでなく新たなデバイスの創造に寄与すると
ころにある。The present invention solves such a problem, and an object thereof is to control the dissolved oxygen concentration in the liquid metal within the control range of the upper limit and the lower limit, and The present invention is to provide a method and an apparatus for controlling the concentration of dissolved oxygen in a liquid metal capable of suppressing corrosion even in a liquid metal exhibiting high corrosiveness. Further, in addition to solving the above problems, it is possible to create a new device. There is a place to contribute.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（１１）により達成される。The above object is achieved by the following items (1) to (11).
【００１６】（１） 液体金属中の溶解酸素濃度を個体
電解質酸素センサーの電池起電力測定値と液体金属温度
測定値から演算し、その溶解酸素濃度が予め設定された
管理下限未満になった時、酸化処理により溶解酸素濃度
を増加させ、そして予め設定された管理上限を超えた
時、還元処理により溶解酸素濃度を減少させることを特
徴とする液体金属中の溶解酸素濃度制御方法。(1) When the dissolved oxygen concentration in the liquid metal is calculated from the battery electromotive force measurement value of the solid electrolyte oxygen sensor and the liquid metal temperature measurement value, and the dissolved oxygen concentration is below a preset lower limit of control. A method for controlling a dissolved oxygen concentration in a liquid metal, comprising increasing the dissolved oxygen concentration by an oxidation treatment, and reducing the dissolved oxygen concentration by a reduction treatment when a preset control upper limit is exceeded.
【００１７】（２） 少なくとも液体金属、液体金属収
容構造材、固定電解質酸素センサー、温度センサー、電
池起電力測定装置、温度測定装置、データ処理装置、コ
ントローラ、酸化処理装置、還元処理装置から構成さ
れ、前記液体金属収容構造材に収容させた液体金属中の
固体電解質酸素センサーの電池起電力と液体金属温度を
測定し、前記電池起電力測定装置と前記温度測定装置に
より数値化された電気起電力データと温度データとを前
記データ処理装置で処理し、そこで得られた制御信号を
前記コントローラに供給して、その制御信号に基づいて
前記酸化処理装置、或いは前記還元処理装置により溶解
酸素濃度を制御することを特徴とする液体金属中の溶解
酸素濃度制御装置。(2) At least a liquid metal, a liquid metal containing structural material, a fixed electrolyte oxygen sensor, a temperature sensor, a battery electromotive force measuring device, a temperature measuring device, a data processing device, a controller, an oxidation processing device, and a reduction processing device. , Measuring the battery electromotive force and the liquid metal temperature of the solid electrolyte oxygen sensor in the liquid metal contained in the liquid metal containing structural material, the electromotive force quantified by the battery electromotive force measuring device and the temperature measuring device Data and temperature data are processed by the data processing device, the control signal obtained there is supplied to the controller, and the dissolved oxygen concentration is controlled by the oxidation processing device or the reduction processing device based on the control signal. An apparatus for controlling the concentration of dissolved oxygen in a liquid metal, which is characterized by:
【００１８】（３） 前記液体金属が本質的に鉛（Ｐ
ｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、鉛ビスマス合金（Ｐｂ−Ｂ
ｉ）であることを特徴とする上記（１）乃至（２）記載
の液体金属中の溶解酸素濃度制御方法及び装置。(3) The liquid metal is essentially lead (P
b), bismuth (Bi), lead bismuth alloy (Pb-B
i) The method and apparatus for controlling the concentration of dissolved oxygen in liquid metal according to the above (1) or (2).
【００１９】（４） 前記液体金属収容構造材が低合金
鋼、特殊鋼、炭素鋼であることを特徴とする上記（１）
乃至（２）記載の液体金属中の溶解酸素濃度制御方法及
び装置。(4) The liquid metal containing structural material is low alloy steel, special steel, or carbon steel. (1)
(2) A method and an apparatus for controlling the concentration of dissolved oxygen in liquid metal according to (2).
【００２０】（５） 前記酸化処理装置の酸化剤が、主
として酸化鉛からなることを特徴とする上記（１）乃至
（２）記載の液体金属中の溶解酸素濃度制御方法及び装
置。(5) The method and apparatus for controlling the concentration of dissolved oxygen in liquid metal according to the above (1) or (2), characterized in that the oxidizing agent of the oxidation treatment device is mainly made of lead oxide.
【００２１】（６） 前記酸化処理装置の酸化剤が、主
として酸化ビスマスからなることを特徴とする上記
（１）乃至（２）記載の液体金属中の溶解酸素濃度制御
方法及び装置。(6) The method and apparatus for controlling the concentration of dissolved oxygen in liquid metal according to the above (1) or (2), characterized in that the oxidizing agent of the oxidation treatment device is mainly composed of bismuth oxide.
【００２２】（７） 前記酸化処理装置の酸化剤が、少
なくとも酸化ガスからなることを特徴とする上記（１）
乃至（２）記載の液体金属中の溶解酸素濃度制御方法及
び装置。(7) The above-mentioned (1), wherein the oxidizing agent of the oxidation treatment device is at least an oxidizing gas.
(2) A method and an apparatus for controlling the concentration of dissolved oxygen in liquid metal according to (2).
【００２３】（８） 前記還元処理装置の還元剤が、少
なくとも水素ガスからなることを特徴とする上記（１）
乃至（２）記載の液体金属中の溶解酸素濃度制御方法及
び装置。(8) The reducing agent of the reduction treatment apparatus comprises at least hydrogen gas.
(2) A method and an apparatus for controlling the concentration of dissolved oxygen in liquid metal according to (2).
【００２４】（９） 前記還元処理装置の還元剤が、少
なくとも炭素からなることを特徴とする上記（１）乃至
（２）記載の液体金属中の溶解酸素濃度制御方法及び装
置。(9) The method and apparatus for controlling the concentration of dissolved oxygen in a liquid metal according to the above (1) or (2), wherein the reducing agent of the reduction treatment apparatus is at least carbon.
【００２５】（１０） 前記還元処理装置の還元剤が、
少なくともＡ１，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｇの中から選ばれた１
種または２種以上からなることを特徴とする上記（１）
乃至（２）記載の液体金属中の溶解酸素濃度制御方法及
び装置。(10) The reducing agent of the reduction treatment apparatus is
At least 1 selected from A1, Zr, Ti, and Mg
The above (1), characterized in that it is composed of two or more species
(2) A method and an apparatus for controlling the concentration of dissolved oxygen in liquid metal according to (2).
【００２６】（１１） 前記液体金属の温度範囲が前記
液体金属の融点〜６５０℃であることを特徴とする上記
（１）乃至（２）記載の液体金属中の溶解酸素濃度制御
方法及び装置。(11) The method and apparatus for controlling the concentration of dissolved oxygen in liquid metal according to the above (1) or (2), wherein the temperature range of the liquid metal is from the melting point of the liquid metal to 650 ° C.
【００２７】[0027]
【発明の実施の形態】以下、本発明の液体金属中の溶解
酸素濃度制御方法及び装置の実施の形態について説明す
る。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the method and apparatus for controlling the concentration of dissolved oxygen in liquid metal according to the present invention will be described below.
【００２８】本発明の液体金属中の溶解酸素濃度制御方
法及び装置においては、液体金属中の溶解酸素濃度を固
体電解質酸素センサーの電池起電力測定値と温度センサ
ーの液体金属温度測定値から演算し、管理する。これら
の測定した値をフィードバックし、その溶解酸素濃度が
予め設定された管理下限未満になった時、酸化処理によ
り溶解酸素濃度を増加させ、そして、予め設定された管
理上限を超えた時、還元処理により溶解酸素濃度を減少
させることにより液体金属中の溶解酸素濃度を制御す
る。In the method and apparatus for controlling the dissolved oxygen concentration in the liquid metal of the present invention, the dissolved oxygen concentration in the liquid metal is calculated from the battery electromotive force measured value of the solid electrolyte oxygen sensor and the liquid metal temperature measured value of the temperature sensor. ,to manage. These measured values are fed back, and when the dissolved oxygen concentration falls below the preset lower control limit, the dissolved oxygen concentration is increased by oxidation treatment, and when the preset upper control limit is exceeded, reduction is carried out. The dissolved oxygen concentration in the liquid metal is controlled by reducing the dissolved oxygen concentration by the treatment.
【００２９】液体金属としては、Ｐｂ系金属、Ｂｉ系金
属、Ｐｂ−Ｂｉ系合金が挙げられる。この場合、溶解酸
素濃度の上限と下限の管理で腐食の抑制が可能な液体金
属を使用することが好ましい。Examples of the liquid metal include Pb-based metals, Bi-based metals and Pb-Bi-based alloys. In this case, it is preferable to use a liquid metal capable of suppressing corrosion by controlling the upper and lower limits of the dissolved oxygen concentration.
【００３０】次に、液体金属収容構造材については、低
合金鋼、特殊鋼、炭素鋼が挙げられる。特殊鋼の代表的
なものとしては、Ｃｒ−Ｍｏ系鋼、フェライトあるいは
マルテンサイト系Ｃｒ含有鋼、オーステナイト鋼が好ま
しい。Ｐｂ，Ｂｉに対するＮｉの溶解度が高いため、Ｎ
ｉを多く含んだ鋼材は好ましくない。Next, examples of the liquid metal containing structural material include low alloy steel, special steel and carbon steel. As typical examples of the special steel, Cr-Mo steel, ferrite or martensite Cr-containing steel, and austenitic steel are preferable. Since the solubility of Ni in Pb and Bi is high, N
Steel containing a large amount of i is not preferable.
【００３１】本発明で使用し得る固体電解質酸素センサ
ーの固体電解質としては、イットリア（Ｙ2 Ｏ3 ) 添加
ジルコニア（ＡｒＯ2 ）、カルシア（ＣａＯ）添加ジル
コニア、酸化ガドリニウム（Ｇｄ2 Ｏ3 ) 添加ジルコニ
ア、酸化スカンジウム（Ｓｃ 2 Ｏ3 ) 添加ジルコニア、
酸化イッテルピウム（Ｙｂ2 Ｏ3 ) 添加ジルコニア、ト
リア・イットリア（ＴｈＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 ) 、ハフニア・
イットリア（ＨｆＯ2−Ｙ2 Ｏ3 ) などが挙げられる。Solid electrolyte oxygen sensor that can be used in the present invention
As the solid electrolyte of the yttria (Y2O3) Addition
Zirconia (ArO2), Calcia (CaO) added zircon
Konia, Gadolinium oxide (Gd2O3) Added Zirconi
A, scandium oxide (Sc 2O3) Added zirconia,
Ytterpium oxide (Yb2O3) Added zirconia,
Rear Yttria (ThO2-Y2O3), Hafnia
Yttria (HfO2-Y2O3) And the like.
【００３２】また、固体電解質センサーを構成する標準
極には、Ｉｎ／Ｉｎ2 Ｏ3 、Ｐｂ／ＰｂＯ系、Ｂｉ／Ｂ
ｉ2 Ｏ3 系、Ｓｎ／ＳｎＯ2 系、Ｇａ／Ｇａ2 Ｏ3 系な
どが挙げられ、標準極と液体金属のそれぞれに接続され
るリード線は、Ｍｏ，Ｔａ，Ｉｒ，Ｏｓ，Ｗ，Ｃなどが
挙げられる。The standard electrodes constituting the solid electrolyte sensor are In / In 2 O 3 , Pb / PbO system, Bi / B.
Examples include i 2 O 3 series, Sn / SnO 2 series, Ga / Ga 2 O 3 series, and the lead wires connected to the standard electrode and the liquid metal are Mo, Ta, Ir, Os, W, and C, respectively. And so on.
【００３３】温度センサーは、測温用熱電対や放射温度
計などの接触式、非接触式タイプのものが挙げられる。
測温用熱電対を使用する場合、固体電解質酸素センサー
を組み込んだ一体型の酸素プローブで構成してもよい。The temperature sensor may be a contact type or non-contact type such as a thermocouple for temperature measurement or a radiation thermometer.
When the thermocouple for temperature measurement is used, it may be configured with an integrated oxygen probe incorporating a solid electrolyte oxygen sensor.
【００３４】溶解酸素濃度は、固体電解質センサーの起
電力測定値と温度センサーの液体金属温度測定値から、
いわゆるネルンストの式を基本にして決定することがで
きる。The dissolved oxygen concentration is calculated from the electromotive force measurement value of the solid electrolyte sensor and the liquid metal temperature measurement value of the temperature sensor.
It can be determined based on the so-called Nernst equation.
【００３５】酸化処理装置の酸化剤としては、一つに
は、固体酸化剤で、これには使用液体金属である酸化
鉛、酸化ビスマスの１種または２種を混合して用いるこ
とができる。また、固体酸化剤の形状、寸法などは、特
に限定されず、例えば、形状に関しては、円柱状、角柱
状、円筒状、平板状、ハニカム状、顆粒状、ペレット
状、粉末状などのあらゆる形状のものが可能であり、そ
の大きさもあらゆる大きさのものが可能である。二つに
は、気体酸化剤で、酸素ガス、Ａｒガス−酸素ガスの混
合ガス、Ａｒガス−水蒸気の混合ガスなどの酸化性ガス
が挙げられる。本発明における酸化処理方法としては、
基本的には前記酸化剤により液体金属中の溶解酸素濃度
を増加させれば良く、具体的には、例えば、次の４つの
酸化処理方法が挙げられる。As the oxidizer for the oxidation treatment device, one is a solid oxidizer, and one or two kinds of liquid oxides such as lead oxide and bismuth oxide can be mixed and used. Further, the shape and size of the solid oxidizer are not particularly limited, and for example, regarding the shape, any shape such as a cylindrical shape, a prism shape, a cylindrical shape, a flat plate shape, a honeycomb shape, a granule shape, a pellet shape, a powder shape and the like. The size can be any size, and the size can be any size. The second is a gaseous oxidizer, and examples thereof include oxidizing gases such as oxygen gas, a mixed gas of Ar gas and oxygen gas, and a mixed gas of Ar gas and water vapor. The oxidation treatment method in the present invention includes:
Basically, the concentration of dissolved oxygen in the liquid metal should be increased by the oxidizing agent, and specifically, the following four oxidation treatment methods can be mentioned.
【００３６】（ａ） ロッド状等の固体酸化剤を金属中
に出し入れする。(A) A rod-shaped solid oxidizer is put into and taken out of the metal.
【００３７】（ｂ） 粉末状、顆粒状等の固定酸化剤を
液体金属中に適量添加する。(B) An appropriate amount of a powdered or granular fixed oxidant is added to the liquid metal.
【００３８】（ｃ） 酸化処理装置の液体金属流路内に
予めボール状、ペレット状、ハニカム状等の固体酸化剤
を配置しておき、液体金属を固体酸化剤に接触させなが
ら通過させる。(C) A solid oxidant having a ball shape, a pellet shape, a honeycomb shape, or the like is previously arranged in the liquid metal flow path of the oxidation treatment device, and the liquid metal is passed while being in contact with the solid oxidizer.
【００３９】（ｄ） 液体金属中に気体酸化剤を注入す
る。(D) Injecting a gaseous oxidizer into the liquid metal.
【００４０】また、本発明の酸化処理の装置は、特に限
定されず、例えば、ロッド状などの固体酸化剤を液体金
属中に出し入れするような方法であれば、出し入れする
機構などを具備すればよい。また、気体酸化剤を注入す
るような場合には、流量計、供給バルブなどを具備すれ
ばよい。更に、固体酸化剤を液体金属流路内に装入させ
ておき、液体金属を通過する際に酸化させるような場合
には、酸化処理装置自体に駆動系制御部品を具備しない
で、酸化処理装置の前後に配置したバルブの調整のみで
酸化処理を制御することも可能である。Further, the apparatus for the oxidation treatment of the present invention is not particularly limited, and, for example, in the case of a method of taking a rod-shaped solid oxidizer into and out of a liquid metal, it may be provided with a mechanism for taking in and out. Good. When injecting a gaseous oxidant, a flow meter, a supply valve, etc. may be provided. Furthermore, when a solid oxidizer is charged in the liquid metal flow path and is oxidized when passing through the liquid metal, the oxidation treatment apparatus itself does not include a drive system control component, and the oxidation treatment apparatus is not provided. It is also possible to control the oxidation treatment only by adjusting the valves arranged before and after.
【００４１】還元処理の還元剤としては、気体還元剤と
して水素ガス、Ａｒガス−水素ガスの混合ガス、Ａｒガ
ス−水素ガス−水蒸気の混合ガスなどの還元性ガスが挙
げられる。また、固体還元剤として、炭素、Ａｌ，Ｚ
ｒ，Ｔｉ，Ｍｇなどが挙げられる。また、固体還元剤の
炭素、Ａｌ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｇなどの形状、寸法など
は、特に限定されるもてはない。Examples of the reducing agent for the reduction treatment include reducing gases such as hydrogen gas, a mixed gas of Ar gas-hydrogen gas, and a mixed gas of Ar gas-hydrogen gas-steam as a gas reducing agent. Further, as a solid reducing agent, carbon, Al, Z
r, Ti, Mg, etc. are mentioned. Further, the shape, dimensions, etc. of carbon, Al, Zr, Ti, Mg, etc. of the solid reducing agent are not particularly limited.
【００４２】また、還元方法としては、基本的には前記
還元剤により液体金属中の溶解酸素濃度を減少させれば
良く、具体的には３つの還元処理方法が挙げられる。As the reducing method, basically, the concentration of dissolved oxygen in the liquid metal may be reduced by the reducing agent, and specifically, there are three reducing treatment methods.
【００４３】（ａ） ロッド状等の固体還元剤を金属中
に出し入れする。(A) A rod-shaped solid reducing agent is put into and taken out of the metal.
【００４４】（ｂ） 還元処理装置の液体金属流路内に
予めボール状、ペレット状、ハニカム状等の固体還元剤
を配置しておき、液体金属を固体還元剤に接触させなが
ら通過させる。(B) A solid reducing agent having a ball shape, a pellet shape, a honeycomb shape, or the like is previously arranged in the liquid metal flow path of the reduction treatment apparatus, and the liquid metal is passed while being in contact with the solid reducing agent.
【００４５】（ｃ） 液体金属中に気体酸化剤を注入す
る。(C) Injecting a gaseous oxidizer into the liquid metal.
【００４６】また、本発明の還元処理装置は、前記酸化
処理装置と同様に特に限定されず、処理方法などに応じ
て装置構成を決定すればよい。その場合、必要に応じて
還元処理装置に駆動系制御部品などを具備して制御すれ
ばよい。また、液体金属中に気体還元剤を注入する場合
は、必要に応じて還元処理で生成した水蒸気をループ外
に放出させる機構を具備しておくことが好ましい。The reduction treatment apparatus of the present invention is not particularly limited, like the oxidation treatment apparatus, and the apparatus configuration may be determined according to the treatment method and the like. In that case, the reduction processing apparatus may be provided with a drive system control component or the like as needed for control. Further, when injecting the gas reducing agent into the liquid metal, it is preferable to provide a mechanism for releasing the water vapor generated by the reduction treatment to the outside of the loop, if necessary.
【００４７】次に、本発明の液体金属中の溶解酸素濃度
制御方法及び装置において、ループ系における酸化処理
装置と還元処理装置の配置は、例えば、以下のような配
置が挙げられる。Next, in the method and apparatus for controlling the concentration of dissolved oxygen in liquid metal according to the present invention, the arrangement of the oxidation treatment device and the reduction treatment device in the loop system is, for example, as follows.
【００４８】（ａ） 主幹の液体金属ループラインの途
中に直接酸化処理装置と還元処理装置を配置する。(A) A direct oxidation treatment device and a reduction treatment device are arranged in the middle of the main liquid metal loop line.
【００４９】（ｂ） 主幹の液体金属ループラインに溶
解酸素濃度調整タンクを配置し、このタンクに酸化処理
装置と還元処理装置を配置する。(B) A dissolved oxygen concentration adjusting tank is arranged in the main liquid metal loop line, and an oxidation treatment apparatus and a reduction treatment apparatus are arranged in this tank.
【００５０】（ｃ） 主幹の液体金属ループラインに分
岐点を設けてそのバイパスラインに酸化処理装置と還元
処理装置を配置する。(C) A branch point is provided in the main liquid metal loop line, and an oxidation treatment device and a reduction treatment device are arranged in the bypass line.
【００５１】（ｄ） 主幹の液体金属ループラインに分
岐点を設けてそのバイパスラインを酸化処理ラインと還
元処理ラインの２つに分岐し、配置する。(D) A branch point is provided in the main liquid metal loop line, and the bypass line is branched into two lines, that is, an oxidation treatment line and a reduction treatment line.
【００５２】また、本発明の液体金属中の溶解酸素濃度
制御方法及び装置において、ループ系における固定電解
質酸素センサーと温度センサーの配置は、例えば、液体
金属ループラインに直接挿入配置したり、液体金属ルー
プラインに分岐点を設けてそのバイパスラインに挿入配
置することが挙げられる。更に、複数の固体電解質酸素
センサーと温度センサーを配置することも可能であり、
この場合、溶存酸素濃度の制御がし易くなる。In the method and apparatus for controlling the concentration of dissolved oxygen in liquid metal according to the present invention, the fixed electrolyte oxygen sensor and the temperature sensor in the loop system may be arranged, for example, by inserting them directly into the liquid metal loop line or by arranging liquid metal. It is possible to provide a branch point in the loop line and insert and arrange it in the bypass line. Furthermore, it is possible to arrange multiple solid electrolyte oxygen sensors and temperature sensors,
In this case, it becomes easy to control the dissolved oxygen concentration.
【００５３】静的条件下においては、特に限定されず、
基本的には、酸化処理装置と還元処理装置及び固体電解
質酸素センサーと温度センサーを液体金属収容構造材中
に挿入配置すればよい。There is no particular limitation under static conditions,
Basically, the oxidation treatment device, the reduction treatment device, the solid electrolyte oxygen sensor and the temperature sensor may be inserted and arranged in the liquid metal containing structural material.
【００５４】本発明において、液体金属の温度範囲は、
使用する液体金属の融点〜６５０℃であることが好まし
く、Ｐｂ系は３３０℃〜６００℃、Ｂｉ系及びＰｂ−Ｂ
ｉ系は３００℃〜６００℃がより好ましい。温度が低す
ぎると、固体電解質酸素センサーによる起電力の測定が
困難となり、極端な場合には測定不能となる。また、温
度が高すぎると、構造材の腐食が激しくなり、腐食防止
制御が困難となる。In the present invention, the temperature range of the liquid metal is
The melting point of the liquid metal used is preferably 650 ° C., the Pb type is 330 ° C. to 600 ° C., the Bi type and Pb-B.
The temperature of i-type is more preferably 300 ° C to 600 ° C. If the temperature is too low, it becomes difficult to measure the electromotive force by the solid electrolyte oxygen sensor, and in extreme cases, the measurement becomes impossible. On the other hand, if the temperature is too high, the corrosion of the structural material becomes severe, and it becomes difficult to control the corrosion prevention.
【００５５】尚、液体金属冷却用構造材の内部には、カ
バーガスを用いておくことが好ましく、カバーガスとし
ては、十分、水分を除去した高純度のＡｒガスなどの不
活性ガスが好ましい。A cover gas is preferably used inside the structural member for cooling the liquid metal, and the cover gas is preferably an inert gas such as high-purity Ar gas from which water is sufficiently removed.
【００５６】[0056]
【実施例】以下、本発明に係る液体金属中の溶解酸素濃
度制御方法及び装置について具体的に説明する。EXAMPLES The method and apparatus for controlling the concentration of dissolved oxygen in liquid metal according to the present invention will be specifically described below.
【００５７】図１は本発明に係る液体金属中の酸素濃度
制御装置の一部断面を含む概略図である。図１に示すよ
うに、液体金属１は、主幹である液体金属ループライン
３内を矢印方向に流れている。液体金属ループライン３
は、液体金属収容構造材２により構成されている。FIG. 1 is a schematic view including a partial cross section of an apparatus for controlling oxygen concentration in liquid metal according to the present invention. As shown in FIG. 1, the liquid metal 1 flows in the direction of the arrow in the liquid metal loop line 3 that is the main trunk. Liquid metal loop line 3
Is composed of the liquid metal containing structural material 2.
【００５８】液体金属ループライン３は、その途中に配
置させたバルブ４の上流で分岐し、液体金属供給ライン
３ａと、酸化処理ライン５および還元処理ライン９の３
つに分かれている。The liquid metal loop line 3 branches off upstream of the valve 4 arranged in the middle thereof, and the liquid metal supply line 3a, the oxidation treatment line 5 and the reduction treatment line 9 are provided.
It is divided into two.
【００５９】上記酸化処理ライン５は、バルブ７と、酸
化処理装置６およびバルブ８をこの順に備え、再び、液
体金属ループライン３に合流している。また、上記還元
処理ライン９は、バルブ１１と、還元処理ライン１０お
よびバルブ１２をこの順に備え、再び、液体金属ループ
ライン３に合流している。The oxidation treatment line 5 is provided with a valve 7, an oxidation treatment device 6 and a valve 8 in this order, and joins the liquid metal loop line 3 again. Further, the reduction treatment line 9 includes a valve 11, a reduction treatment line 10 and a valve 12 in this order, and joins the liquid metal loop line 3 again.
【００６０】一方、固体電解質酸素センサー１３と、温
度センサーとしての測温用熱電対１５は、各測定部が液
体金属１に浸るように３つのライン３ａ，５および９の
合流点の下流側に位置するように液体金属ループライン
３に挿入配置されている。On the other hand, the solid electrolyte oxygen sensor 13 and the temperature-measuring thermocouple 15 as a temperature sensor are provided downstream of the confluence of the three lines 3a, 5 and 9 so that each measuring part is immersed in the liquid metal 1. It is inserted and arranged in the liquid metal loop line 3 so as to be positioned.
【００６１】固体電解質酸素センサー１３は、電池起電
力測定装置１４と接続し、測温用熱電対１５は、温度測
定装置１６と接続し、更に、電池起電力測定装置１４と
温度測定装置１６は、データ処理装置１７に接続され、
得られた起電力データと温度データとをデータ処理装置
１７で処理するようになっている。The solid electrolyte oxygen sensor 13 is connected to the battery electromotive force measuring device 14, the temperature measuring thermocouple 15 is connected to the temperature measuring device 16, and the battery electromotive force measuring device 14 and the temperature measuring device 16 are connected to each other. , Connected to the data processing device 17,
The obtained electromotive force data and temperature data are processed by the data processing device 17.
【００６２】データ処理装置１７で得られた制御信号
は、コントローラ１８に供給され、その制御信号に基づ
いて酸化処理装置６、あるいは還元処理装置１０、およ
び各ラインに配置した各バルブ４，７，８，１１，１２
の開閉により、自動的に溶解酸素濃度を制御するように
なっている。The control signal obtained by the data processing device 17 is supplied to the controller 18, and based on the control signal, the oxidation processing device 6 or the reduction processing device 10 and the valves 4, 7, 8, 11, 12
The dissolved oxygen concentration is automatically controlled by opening and closing.
【００６３】図２は酸化処理装置の実施の形態を示す概
略図である。配管５に容器２０が配置され、容器２０内
にハニカム状の固体処理剤２１が装入されている。FIG. 2 is a schematic view showing an embodiment of an oxidation treatment device. A container 20 is arranged in the pipe 5, and a honeycomb-shaped solid processing agent 21 is charged in the container 20.
【００６４】図３は還元処理装置の一実施の形態を示す
概略図である。配管９に配設させた容器２３内に、ガス
導入口２４から還元ガス２７がコントローラ１８により
制御可能なバルブ２６と流量計２５を介して導入できる
ようになっている。FIG. 3 is a schematic view showing an embodiment of the reduction processing apparatus. The reducing gas 27 can be introduced into the container 23 arranged in the pipe 9 from the gas introduction port 24 via the valve 26 and the flow meter 25 which can be controlled by the controller 18.
【００６５】図１、図２、図３を用いて上記溶解酸素濃
度制御装置の動作を説明する。The operation of the dissolved oxygen concentration control device will be described with reference to FIGS. 1, 2 and 3.
【００６６】先ず、酸化処理ライン５のバルブ７及び
８、並びに還元処理ライン９のバルブ１１及び１２を閉
め、液体金属供給ライン３ａのバルブ４を開ける。する
と、液体金属１は、液体金属ループライン３を流れ、固
体電解質酸素センサー１３と測温用熱電対１５が作動す
る。すなわち、固体電解質酸素センサー１３により液体
金属１の電池起電力が検知され、測温用熱電対１５によ
り液体金属１の温度が検知される。First, the valves 7 and 8 of the oxidation treatment line 5 and the valves 11 and 12 of the reduction treatment line 9 are closed, and the valve 4 of the liquid metal supply line 3a is opened. Then, the liquid metal 1 flows through the liquid metal loop line 3, and the solid electrolyte oxygen sensor 13 and the temperature measuring thermocouple 15 operate. That is, the solid electrolyte oxygen sensor 13 detects the battery electromotive force of the liquid metal 1, and the temperature measuring thermocouple 15 detects the temperature of the liquid metal 1.
【００６７】これらの測定値は、電池起電力測定装置１
４と温度測定装置１６により数値化され、得られた溶解
酸素濃度データと温度データとをデータ処理装置１７で
演算処理し、溶解酸素濃度を求める。そして、得られる
溶解酸素濃度が判定され、その判定結果に基づいた制御
信号をコントローラ１８に供給し、後記の制御の基とな
る。この判定結果は、連続的もしくは間欠的に行われ、
液体金属１中の溶解酸素濃度が監視される。These measured values are measured by the battery electromotive force measuring apparatus 1.
4 and the temperature measuring device 16 digitized, the obtained dissolved oxygen concentration data and temperature data are arithmetically processed by the data processing device 17 to obtain the dissolved oxygen concentration. Then, the obtained dissolved oxygen concentration is determined, and a control signal based on the determination result is supplied to the controller 18, which serves as a basis for control described later. This judgment result is performed continuously or intermittently,
The dissolved oxygen concentration in liquid metal 1 is monitored.
【００６８】溶解酸素濃度が予め設定した管理限界の下
限付近になった場合、データ処理装置１７から酸化処理
実行の指令がコントローラ１８に伝送される。そして、
コントローラ１８の制御信号により液体金属供給ライン
３ａのバルブ４が閉じ、酸化処理ライ５のバルブ７及び
８が開状態となり、液体金属１が液体金属ループライン
３から酸化処理ライン５に導かれる。When the dissolved oxygen concentration is near the lower limit of the preset control limit, the data processing device 17 transmits an instruction to execute the oxidation process to the controller 18. And
The valve 4 of the liquid metal supply line 3 a is closed by the control signal of the controller 18, the valves 7 and 8 of the oxidation treatment line 5 are opened, and the liquid metal 1 is guided from the liquid metal loop line 3 to the oxidation treatment line 5.
【００６９】液体金属１は、酸化処理装置６を通過する
間に固体酸化剤２１と接触して酸化される。液体金属１
中の溶解酸素濃度が管理限界内（正常値）に復帰する
と、データ処理装置１７から「正常」の指令がコントロ
ーラ１８に伝送される。そして、コントローラ１８の制
御信号によりライン３ａのバルブ４が開き、ライン５の
バルブ７及び８が閉状態となる。しかして、液体金属１
は、液体金属ループライン３に導かれ、正常時のループ
モードに復帰する。The liquid metal 1 comes into contact with the solid oxidizer 21 and is oxidized while passing through the oxidation treatment device 6. Liquid metal 1
When the dissolved oxygen concentration in the medium returns to within the control limit (normal value), the data processing device 17 transmits a “normal” command to the controller 18. Then, the valve 4 of the line 3a is opened by the control signal of the controller 18, and the valves 7 and 8 of the line 5 are closed. Then, liquid metal 1
Is guided to the liquid metal loop line 3 and returns to the normal loop mode.
【００７０】一方、溶解酸素濃度が予め設定した管理限
界の上限付近になった場合、固体電解質酸素センサー１
３と測温用熱電対１５により溶解濃度の管理限界上限を
検知し、データ処理装置１７から還元処理実行の指令が
コントローラ１８に伝送される。そして、コントローラ
１８の制御信号で液体金属供給ライン３ａのバルブ４が
閉じ、還元処理ライン９のバルブ１１及び１２が開状態
となり、液体金属１が液体金属ループライン３から還元
処理ライン９に導かれる。On the other hand, when the dissolved oxygen concentration is near the upper limit of the preset control limit, the solid electrolyte oxygen sensor 1
3 and the thermocouple 15 for temperature measurement detect the control limit upper limit of the dissolution concentration, and the data processing device 17 transmits a reduction processing execution command to the controller 18. Then, the valve 4 of the liquid metal supply line 3a is closed by the control signal of the controller 18, the valves 11 and 12 of the reduction treatment line 9 are opened, and the liquid metal 1 is guided from the liquid metal loop line 3 to the reduction treatment line 9. .
【００７１】と同時に、コントローラ１８の制御信号で
バルブ２６が作動し、還元ガス２７が容器２３内に導入
され、液体金属１が還元される。液体金属１中の溶解酸
素濃度が管理限界内（正常値）に復帰すると、データ処
理装置１７から「正常」の指令がコントローラ１８に伝
送される。そして、コントローラ１８の制御信号でライ
ン３ａのバルブ４が開き、ライン９のバルブ１１とバル
ブ１２が閉状態となり、液体金属１は、液体金属ループ
ライン３に導かれる。また、還元ガスの供給が、バルブ
２６の閉作動により停止され、正常時のループモードに
復帰する。
（実施例１）液体金属としてＰｂ−Ｂｉ共晶合金を、液
体金属冷却材用構造材として１８Ｃｒ−１Ｍｏ鋼を用
い、液体金属の流速を０．５ｍ／ｓ、高温部５５０℃、
低温部３５０℃の強制ループ装置における液体金属と構
造材の健全性を評価した。At the same time, the valve 26 is operated by the control signal of the controller 18, the reducing gas 27 is introduced into the container 23, and the liquid metal 1 is reduced. When the dissolved oxygen concentration in the liquid metal 1 returns to within the control limit (normal value), the data processing device 17 transmits a “normal” command to the controller 18. Then, the valve 4 of the line 3 a is opened by the control signal of the controller 18, the valves 11 and 12 of the line 9 are closed, and the liquid metal 1 is guided to the liquid metal loop line 3. Further, the supply of the reducing gas is stopped by the closing operation of the valve 26, and the normal loop mode is restored. (Example 1) Pb-Bi eutectic alloy was used as the liquid metal, 18Cr-1Mo steel was used as the structural material for the liquid metal coolant, the flow rate of the liquid metal was 0.5 m / s, the high temperature part was 550 ° C.
The soundness of the liquid metal and the structural material in the forced loop device at the low temperature part of 350 ° C. was evaluated.
【００７２】ループ内の溶解酸素濃度を増加させ、１０
-5ｍａｓｓ％付近より多くなると、次第にスラグが析出
し始め、低温部の構造材内部に付着し、流路を狭めた。
スラグを分析したところ、ＰｂＯが主成分であった。The dissolved oxygen concentration in the loop is increased to 10
When the amount was more than around -5 mass%, slag gradually began to precipitate and adhered to the inside of the structural material in the low temperature part, narrowing the flow path.
When the slag was analyzed, PbO was the main component.
【００７３】したがって、溶解酸素濃度の管理限界の上
限は、約１０-5ｍａｓｓ％で、これより多くなると、Ｐ
ｂ−Ｂｉ液体金属の鉛の酸化物が生成され、健全性が維
持できなかった。Therefore, the upper limit of the control limit of the dissolved oxygen concentration is about 10 -5 mass%, and if it exceeds this, P
The b-Bi liquid metal lead oxide was generated and the soundness could not be maintained.
【００７４】一方、ループ内の溶解酸素濃度を減少さ
せ、１０-7ｍａｓｓ％付近より少なくなると、次第にス
ラグが析出し始め、低温部の構造材内部に付着し、流路
を狭めた。スラグを分析したところ、Ｆｅを主成分とし
た構造材の構成元素であった。On the other hand, when the concentration of dissolved oxygen in the loop was reduced to be less than about 10 -7 mass%, slag gradually began to precipitate and adhered to the inside of the structural material in the low temperature part, narrowing the flow path. When the slag was analyzed, it was a constituent element of the structural material containing Fe as a main component.
【００７５】したがって、溶解酸素濃度の管理限界の下
限は、約１０-7ｍａｓｓ％で、これより少なくなるとＰ
ｂ−Ｂｉ液体金属中に構造材の構成元素である、Ｆｅ，
Ｃｒなどが溶解され、液体金属と構造材との健全性を維
持されなかった。Therefore, the lower limit of the control limit of the dissolved oxygen concentration is about 10 -7 mass%, and if it is less than this, P
In the b-Bi liquid metal, Fe, which is a constituent element of the structural material,
Cr and the like were dissolved, and the soundness of the liquid metal and the structural material was not maintained.
【００７６】これに対し、溶解酸素濃度を１０-7ｍａｓ
ｓ％〜１０-5ｍａｓｓ％に管理すると低温部でのプラグ
もなく、長期に亘って液体金属と構造材との健全性を維
持することができた。On the other hand, the dissolved oxygen concentration is 10 −7 mas
When controlled to s% to 10 -5 mass%, there was no plug in the low temperature part, and the soundness of the liquid metal and the structural material could be maintained for a long period of time.
【００７７】[0077]
【発明の効果】本発明は、上記のように構成されている
ので、以下に記載するような優れた効果を奏する。すな
わち、液体金属中の固体電解質酸素センサーの電池起電
力と液体金属温度をモニタリングし、測定した値をフィ
ードバックさせ、溶解酸素濃度が低い場合は、酸化装置
で増加させ、逆に高い場合は還元装置で減少させること
により溶解酸素濃度を、常時、コントロールすることが
できる。このように液体金属中の溶解酸素濃度を一定に
保持することにより、これまで使用することがでできな
かった腐食性の高いＰｂ，Ｂｉの液体金属と構造材との
健全性が確保できるようになる。Since the present invention is constructed as described above, it has the following excellent effects. That is, the battery electromotive force of the solid electrolyte oxygen sensor in the liquid metal and the liquid metal temperature are monitored, the measured values are fed back, and when the dissolved oxygen concentration is low, it is increased by the oxidizing device, and conversely, when it is high, the reducing device is used. The dissolved oxygen concentration can be controlled at all times by decreasing with. By keeping the dissolved oxygen concentration in the liquid metal constant in this way, it is possible to secure the soundness of the highly corrosive liquid metal of Pb and Bi and the structural material, which could not be used until now. Become.
【００７８】これにより、従来Ｎａ冷却材で問題とされ
た反応性（特に水との反応性）の高さに関して、より化
学的不活性なＰｂ，Ｂｉ系が使用できるようになるな
ど、その適用範囲は極めて広い。As a result, with respect to the high reactivity (particularly the reactivity with water) which has hitherto been a problem with the Na coolant, it becomes possible to use a more chemically inert Pb, Bi system or the like. The range is extremely wide.
【図１】本発明方法の実施に適用した液体金属中の酸素
濃度制御装置の一部断面を含む概略図である。FIG. 1 is a schematic view including a partial cross section of an apparatus for controlling oxygen concentration in liquid metal applied to the implementation of the method of the present invention.
【図２】酸化処理装置の概略図である。FIG. 2 is a schematic view of an oxidation treatment device.
【図３】酸化処理装置の概略図である。FIG. 3 is a schematic view of an oxidation treatment device.
１ 液体金属 ２ 液体金属収容構造材 ３ 液体金属ループライン ４，７，８，１１，１２，２６ バルブ ５ 酸化処理ライン ６ 酸化処理装置 ９ 還元処理ライン １０ 還元処理装置 １３ 固体電解質酸素センサー １４ 電池起電力測定装置 １５ 測温用熱電対 １６ 温度測定装置 １７ データ処理装置 １８ コントローラ １９，２２ 配管 ２０，２３ 容器 ２１ 固体処理剤 ２４ ガス導入口 ２５ 流量計 ２７ 還元ガス 1 liquid metal 2 Liquid metal containing structural material 3 Liquid metal loop line 4,7,8,11,12,26 valves 5 Oxidation treatment line 6 Oxidation treatment equipment 9 Reduction processing line 10 Reduction processing device 13 Solid electrolyte oxygen sensor 14 Battery electromotive force measuring device 15 Thermocouple for temperature measurement 16 Temperature measuring device 17 Data processing device 18 Controller 19,22 Piping 20,23 container 21 Solid treatment agent 24 gas inlet 25 flow meter 27 reducing gas
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G004 CA03 CA07 2G075 AA07 CA40 DA07 DA14 FA11 FB09 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page F-term (reference) 2G004 CA03 CA07 2G075 AA07 CA40 DA07 DA14 FA11 FB09
Claims (11)
酸素センサーの電池起電力測定値と液体金属温度測定値
から演算し、その溶解酸素濃度が予め設定された管理下
限未満になった時、酸化処理により溶解酸素濃度を増加
させ、そして予め設定された管理上限を超えた時、還元
処理により溶解酸素濃度を減少させることを特徴とする
液体金属中の溶解酸素濃度制御方法。1. The dissolved oxygen concentration in the liquid metal is calculated from the battery electromotive force measured value of the solid electrolyte oxygen sensor and the liquid metal temperature measured value, and when the dissolved oxygen concentration falls below a preset lower limit of control, A method for controlling a dissolved oxygen concentration in a liquid metal, which comprises increasing the dissolved oxygen concentration by an oxidation treatment and decreasing the dissolved oxygen concentration by a reduction treatment when a preset control upper limit is exceeded.
材、固定電解質酸素センサー、温度センサー、電池起電
力測定装置、温度測定装置、データ処理装置、コントロ
ーラ、酸化処理装置、還元処理装置から構成され、前記
液体金属収容構造材に収容させた液体金属中の固体電解
質酸素センサーの電池起電力と液体金属温度を測定し、
前記電池起電力測定装置と前記温度測定装置により数値
化された電気起電力データと温度データとを前記データ
処理装置で処理し、そこで得られた制御信号を前記コン
トローラに供給して、その制御信号に基づいて前記酸化
処理装置、或いは前記還元処理装置により溶解酸素濃度
を制御することを特徴とする液体金属中の溶解酸素濃度
制御装置。2. A liquid metal, a liquid metal containing structural material, a fixed electrolyte oxygen sensor, a temperature sensor, a battery electromotive force measuring device, a temperature measuring device, a data processing device, a controller, an oxidation processing device, and a reduction processing device, Measuring the battery electromotive force and liquid metal temperature of the solid electrolyte oxygen sensor in the liquid metal housed in the liquid metal housing structure material,
The data processing device processes the electromotive force data and the temperature data digitized by the battery electromotive force measuring device and the temperature measuring device, and supplies the control signal obtained there to the controller, and the control signal The dissolved oxygen concentration control device for controlling the dissolved oxygen concentration in the liquid metal by the oxidation treatment device or the reduction treatment device based on the above.
スマス（Ｂｉ）、鉛ビスマス合金（Ｐｂ−Ｂｉ）である
ことを特徴とする請求項１乃至２記載の液体金属中の溶
解酸素濃度制御方法及び装置。3. The dissolved oxygen in the liquid metal according to claim 1 or 2, wherein the liquid metal is essentially lead (Pb), bismuth (Bi), or a lead-bismuth alloy (Pb-Bi). Concentration control method and apparatus.
殊鋼、炭素鋼であることを特徴とする請求項１乃至２記
載の液体金属中の溶解酸素濃度制御方法及び装置。4. The method and apparatus for controlling the concentration of dissolved oxygen in liquid metal according to claim 1 or 2, wherein the liquid metal containing structural material is low alloy steel, special steel, or carbon steel.
酸化鉛からなることを特徴とする請求項１乃至２記載の
液体金属中の溶解酸素濃度制御方法及び装置。5. The method and apparatus for controlling the concentration of dissolved oxygen in liquid metal according to claim 1, wherein the oxidizing agent of the oxidation treatment device is mainly made of lead oxide.
酸化ビスマスからなることを特徴とする請求項１乃至２
記載の液体金属中の溶解酸素濃度制御方法及び装置。6. The oxidizer of the oxidation treatment apparatus is mainly composed of bismuth oxide.
A method and apparatus for controlling the concentration of dissolved oxygen in a liquid metal according to claim 1.
も酸化ガスからなることを特徴とする請求項１乃至２記
載の液体金属中の溶解酸素濃度制御方法及び装置。7. The method and apparatus for controlling the concentration of dissolved oxygen in liquid metal according to claim 1, wherein the oxidizing agent of the oxidation treatment device is at least an oxidizing gas.
も水素ガスからなることを特徴とする請求項１乃至２記
載の液体金属中の溶解酸素濃度制御方法及び装置。8. The method and apparatus for controlling the concentration of dissolved oxygen in liquid metal according to claim 1 or 2, wherein the reducing agent of the reduction treatment apparatus comprises at least hydrogen gas.
も炭素からなることを特徴とする請求項１乃至２記載の
液体金属中の溶解酸素濃度制御方法及び装置。9. The method and apparatus for controlling the concentration of dissolved oxygen in liquid metal according to claim 1 or 2, wherein the reducing agent of the reduction treatment device comprises at least carbon.
ともＡ１，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｇの中から選ばれた１種また
は２種以上からなることを特徴とする請求項１乃至２記
載の液体金属中の溶解酸素濃度制御方法及び装置。10. The liquid metal according to claim 1, wherein the reducing agent of the reduction treatment device is at least one selected from A1, Zr, Ti, and Mg. Method and apparatus for controlling dissolved oxygen concentration in liquid.
属の融点〜６５０℃であることを特徴とする請求項１乃
至２記載の液体金属中の溶解酸素濃度制御方法及び装
置。11. The method and apparatus for controlling the concentration of dissolved oxygen in liquid metal according to claim 1, wherein the temperature range of the liquid metal is from the melting point of the liquid metal to 650 ° C.
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