RU2758772C1 - Installation for determining the rate of corrosion of materials in molten salts - Google Patents

Installation for determining the rate of corrosion of materials in molten salts Download PDF

Info

Publication number
RU2758772C1
RU2758772C1 RU2021108248A RU2021108248A RU2758772C1 RU 2758772 C1 RU2758772 C1 RU 2758772C1 RU 2021108248 A RU2021108248 A RU 2021108248A RU 2021108248 A RU2021108248 A RU 2021108248A RU 2758772 C1 RU2758772 C1 RU 2758772C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
installation
heat
materials
corrosion
support platform
Prior art date
Application number
RU2021108248A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Максим Владиславович Ерженков
Григорий Владиславович Борисов
Юрий Павлович Зайков
Евгения Валерьевна Никитина
Александр Евгеньевич Дедюхин
Эдуард Алексеевич Карфидов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (ИВТЭ УрО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (ИВТЭ УрО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (ИВТЭ УрО РАН)
Priority to RU2021108248A priority Critical patent/RU2758772C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2758772C1 publication Critical patent/RU2758772C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
    • G01N17/02—Electrochemical measuring systems for weathering, corrosion or corrosion-protection measurement

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)

Abstract

FIELD: corrosion resistance.
SUBSTANCE: invention relates to a device for studying the corrosion resistance of structural materials of high-temperature devices, mainly reactors for working with melts of alkali metal halides used in pyrochemical and pyrometallurgical processing of spent nuclear fuel. The installation for determining the corrosion rate of materials in molten salts contains a support platform, containers for heated crucibles with samples of the test material, characterized in that it contains three unconnected metal pipes, each of which is hermetically connected at one end with a removable heat-reflecting cover, and on the other - with a container for heated crucibles, made in the form of a glass, threaded pins are mounted on the support platform, onto which transverse discs made of heat-reflecting material with three holes for passing metal pipes through them are screwed vertically in several tiers.
EFFECT: invention provides the ability to simultaneously carry out independent experiments in an inert environment, including a qualitative and quantitative analysis of all volatile products formed during the experiment, with minimization of heat losses.
1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для исследования коррозионной стойкости конструкционных материалов высокотемпературных устройств, преимущественно реакторов для работы с расплавами галогенидов щелочных металлов, применяемых в пирохимической и пирометаллургической переработке отработавшего ядерного топлива.The invention relates to a device for studying the corrosion resistance of structural materials of high-temperature devices, mainly reactors for working with melts of alkali metal halides used in pyrochemical and pyrometallurgical processing of spent nuclear fuel.

Значительная химическая агрессивность расплавов галогенидов щелочных металлов требует подбора устойчивых материалов, разработки способов защиты от коррозии в расплавленных солях, детального изучения механизма разрушения материалов и их коррозионно-электрохимического поведения. Для проведения длительных коррозионных испытаний необходима безотказная установка для одновременного осуществления параллельных, то есть независимых друг от друга, экспериментов.The significant chemical aggressiveness of alkali metal halide melts requires the selection of stable materials, the development of methods for protection against corrosion in molten salts, a detailed study of the mechanism of destruction of materials and their corrosion-electrochemical behavior. To carry out long-term corrosion tests, a reliable installation is required for the simultaneous implementation of parallel, that is, independent of each other, experiments.

Для этих целей известна «Система для испытания физико-химических свойств расплавленной высокотемпературной соли» (CN109828083, опубл. 31.05.2019), которая принята в качестве прототипа заявленной установки.For these purposes, the known "System for testing the physicochemical properties of molten high-temperature salt" (CN109828083, publ. 05/31/2019), which is adopted as a prototype of the claimed installation.

Данная система представляет собой установку, которая содержит опорную платформу. По центру платформы, перпендикулярно к ней, установлен кронштейн. С противоположных поверхностей кронштейна с возможностью вертикального перемещения смонтированы открытые контейнеры с отверстиями для проведения измерений. В этих контейнерах рядом друг с другом размещены нагревательные печи, внутри которых находятся нагреваемые тигли с образцами исследуемого материала.This system is a unit that contains a support platform. A bracket is installed in the center of the platform, perpendicular to it. Open containers with openings for measurements are mounted from opposite surfaces of the bracket with the possibility of vertical movement. Heating furnaces are placed in these containers next to each other, inside of which there are heated crucibles with samples of the material under study.

Вертикальное перемещение контейнеров с тиглями для образцов исследуемого материала обеспечивается приводом с подъемным двигателем и передаточным механизмом, включающим ходовой винт, скользящий блок и гладкую штангу. Ходовой винт установлен в качестве вала, который вращается электродвигателем. Два гладких стержня, закрепленных резьбовым соединением с площадками, являются несущей опорой. Печи с размещенными в них тиглями имеют водное или воздушное охлаждение.The vertical movement of containers with crucibles for samples of the material under study is provided by a drive with a lifting motor and a transmission mechanism including a lead screw, a sliding block and a smooth rod. The lead screw is installed as a shaft that is rotated by an electric motor. Two smooth rods, screwed to the platforms, are the bearing support. Furnaces with crucibles placed in them are water or air cooled.

Наличие в известной установке подъемного и передаточного механизма усложняет ее конструкцию. Громоздкость конструкции затрудняет ее использование внутри аппаратов с инертной атмосферой, таких как герметичные боксы. Работа установки рассчитывается на открытый контакт воздуха с расплавом, в то время как пирохимические технологии требуют инертной атмосферы. Кроме того, конструкция прототипа не предполагает использование теплоотражающих элементов, что влечет трудности в создании изотермических условий.The presence in the known installation of a lifting and transmission mechanism complicates its design. The bulkiness of the structure makes it difficult to use it inside apparatus with an inert atmosphere, such as sealed boxes. The operation of the installation is based on open contact of air with the melt, while pyrochemical technologies require an inert atmosphere. In addition, the design of the prototype does not imply the use of heat-reflecting elements, which entails difficulties in creating isothermal conditions.

Верхние части тиглей в известной установке не изолированы, что препятствует проведению качественного и количественного анализа всех летучих продуктов, образовавшихся в ходе эксперимента. Тигли с образцами исследуемого материала нагревают в нескольких печах одновременно, в то время как средства по предотвращению тепловых потерь в конструкции установки не предусмотрены.The upper parts of the crucibles in the known installation are not isolated, which prevents the qualitative and quantitative analysis of all volatile products formed during the experiment. Crucibles with samples of the test material are heated in several furnaces simultaneously, while no means for preventing heat losses are provided in the design of the installation.

Задача изобретения заключается в создании установки для определения скорости коррозии материалов в расплавленных солях, позволяющей одновременно осуществлять независимые друг от друга эксперименты в инертной среде, включая качественный и количественный анализ всех летучих продуктов, образовавшихся в ходе эксперимента, с минимизацией тепловых потерь.The objective of the invention is to create an installation for determining the corrosion rate of materials in molten salts, which allows simultaneous independent experiments in an inert environment, including a qualitative and quantitative analysis of all volatile products formed during the experiment, with minimization of heat losses.

Нами предложена установка для определения скорости коррозии материалов в расплавленных солях, которая, как и прототип, содержит опорную платформу и контейнеры под нагреваемые тигли с образцами исследуемого материала. Новая установка отличается тем, что содержит три, не связанные друг с другом металлические трубы, каждая из которых с одного конца герметично соединяется со съемной теплоотражающей крышкой, а с другого – с контейнером под нагреваемые тигли, выполненным в форме стакана, на опорной платформе смонтированы резьбовые шпили, на которые вертикально в несколько ярусов навинчены поперечные диски из теплоотражающего материала с тремя отверстиями для прохождения через них металлических труб.We have proposed an installation for determining the corrosion rate of materials in molten salts, which, like the prototype, contains a support platform and containers for heated crucibles with samples of the material under study. The new installation differs in that it contains three non-connected metal pipes, each of which is hermetically connected at one end with a removable heat-reflecting cover, and at the other with a container for heated crucibles made in the form of a glass, threaded spiers, onto which transverse discs made of heat-reflecting material with three holes for metal pipes to pass through them are screwed vertically in several tiers.

Предложенная установка, содержащая не связанные друг с другом металлические трубы, обеспечивает физическое разделение рабочих зон, что является необходимым в условиях работы с расплавами галогенидов щелочных металлов, применяемых в пирохимической и пирометаллургической переработке отработавшего топлива. Исследователи имеют возможность проводить одновременно три параллельных независимых друг от друга эксперимента. Установка не содержит подъемных и передаточных механизмов, что упрощает ее конструкцию и позволяет использовать ее внутри аппаратов с инертной атмосферой, таких как герметичные боксы. Металлические трубы, изолированные крышкой, создают возможность проведения качественного и количественного анализа всех летучих продуктов, образовавшихся в ходе эксперимента, что расширяет технологические возможности установки. Установленные на верхних краях труб крышки с теплоотражающими экранами позволяют предотвращать тепловые потери.The proposed installation, containing unconnected metal pipes, provides a physical separation of working zones, which is necessary in conditions of work with melts of alkali metal halides used in pyrochemical and pyrometallurgical processing of spent fuel. Researchers have the ability to conduct three parallel, independent experiments at the same time. The installation does not contain lifting and transmission mechanisms, which simplifies its design and allows it to be used inside devices with an inert atmosphere, such as sealed boxes. Metal pipes insulated with a lid make it possible to carry out a qualitative and quantitative analysis of all volatile products formed during the experiment, which expands the technological capabilities of the installation. Heat-reflecting shielded covers at the top of the pipes prevent heat loss.

Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в упрощении конструкции установки при расширении ее технологических возможностей.The new technical result achieved by the claimed invention is to simplify the design of the installation while expanding its technological capabilities.

Изобретение иллюстрируется следующими рисунками: на фиг. 1 изображен общий изометрический вид установки; фиг. 2 – схематичное изображение труб, контейнеров под тигли и крышек; фиг. 3 – схематичное изображение стыка трубы и контейнера под тигли; фиг. 4. – увеличенное изображение стыка трубы и контейнера под тигли; фиг. 5 – изображение одного поперечного теплоотражающего диска в профильной проекции; фиг. 6 – варианты крышек для изоляции металлических труб от атмосферы.The invention is illustrated by the following drawings: FIG. 1 shows a general isometric view of the installation; fig. 2 is a schematic representation of pipes, crucible containers and lids; fig. 3 is a schematic illustration of the joint between the pipe and the container for the crucibles; fig. 4. - enlarged image of the joint between the pipe and the container for the crucibles; fig. 5 - image of one transverse heat-reflecting disk in profile projection; fig. 6 - options for covers for insulating metal pipes from the atmosphere.

Установка для определения скорости коррозии материалов в расплавленных солях содержит опорную платформу 1, на которой смонтированы резьбовые шпили 2, на шпилях вертикально в «столб» в нижний ярус 3 и в верхний ярус 4 навинчены поперечные диски 5 из нержавеющей стали с отверстиями 6 для прохождения через них трех, не связанных друг с другом металлических труб 7,8,9. Каждая из труб 7,8,9 с одного конца герметично соединяется с теплоотражающей крышкой 10, а с другого – с контейнером 11 под нагреваемые тигли, выполненным в форме стакана.The installation for determining the corrosion rate of materials in molten salts contains a support platform 1 on which threaded pins 2 are mounted, on the pins vertically into a "pillar" in the lower tier 3 and in the upper tier 4 transverse discs 5 made of stainless steel with holes 6 are screwed to pass through three of them are not connected with each other metal pipes 7,8,9. Each of the pipes 7, 8, 9 from one end is hermetically connected to the heat-reflecting cover 10, and from the other - to the container 11 for heated crucibles, made in the form of a glass.

Крышки 10 конструктивно выполнены как фторопластовая форма, на которой закреплены теплоотражающие экраны из нержавеющей стали. Крышки для двух труб выполнены с одним отверстием для прохождения пробоотборника, в то время как крышка для третьей трубы выполнена с двумя отверстиями разных диаметров: отверстие меньшего диаметра служит для установки пробоотборника, а отверстие большего диаметра предназначено для установки термопары в виде разнородной проволоки, проходящей через керамическую двухканальную соломку (не показаны). Для удобства захвата крышек кистью руки при процедуре отбора проб все три трубы выполнены с различной высотой.Covers 10 are structurally made as a fluoroplastic form, on which heat-reflecting shields made of stainless steel are fixed. The covers for two pipes are made with one hole for the passage of the sampler, while the cover for the third pipe is made with two holes of different diameters: the hole of the smaller diameter is used to install the sampler, and the hole of the larger diameter is used to install a thermocouple in the form of a dissimilar wire passing through ceramic two-channel straw (not shown). For the convenience of gripping the caps with a hand during the sampling procedure, all three pipes are made with different heights.

Герметичная стыковка труб с соответствующими контейнерами под тигли выполнена по принципу пазового соединения.Tight joining of pipes with corresponding containers for crucibles is made according to the principle of groove connection.

Жесткость крепления поперечных дисков на резьбовых шпилях обеспечивается затяжкой металлическими втулками (не показаны).The rigidity of fastening the transverse discs on the threaded rods is ensured by tightening with metal bushings (not shown).

Экспериментальную проверку заявленной установки проводили в рамках эксперимента по изучению процесса коррозии металлических материалов, характеристик процесса коррозионного электрохимического взаимодействия в системе «сплав – расплав солей галогенидов щелочных металлов», содержащий добавки трихлоридов f-элементов.Experimental verification of the claimed installation was carried out within the framework of an experiment to study the process of corrosion of metallic materials, the characteristics of the process of corrosion electrochemical interaction in the system "alloy - melt of salts of alkali metal halides" containing additives of trichlorides of f-elements.

Работа с установкой осуществлялась одним исполнителем без ассистента. Для проведения эксперимента образцы исследуемого материала загружают в тигли, которые в контейнерах 11 размещают на платформе 1. Через отверстия 6 в контейнеры 11 вставляют металлические трубы, свободный конец которых изолируют от атмосферы съемными крышками 10. В отверстия этих крышек вставляют пробоотборники и термопару.The work with the installation was carried out by one performer without an assistant. For the experiment, samples of the material under study are loaded into crucibles, which are placed in containers 11 on platform 1. Metal pipes are inserted through holes 6 into containers 11, the free end of which is isolated from the atmosphere by removable covers 10. Samplers and a thermocouple are inserted into the holes of these covers.

Подготовленную установку помещают в реторту, которая находится в вертикальной шахтной печи сопротивления. Во время проведения эксперимента процедура отбора проб производится путем опускания и поднимания пробоотборников по высоте трубы. После извлечения пробы все крышки легко вынимаются для замены пробоотборников.The prepared installation is placed in a retort, which is located in a vertical shaft resistance furnace. During the experiment, the sampling procedure is performed by lowering and raising the samplers along the pipe height. After removing the sample, all caps can be easily removed to replace the samplers.

Таким образом, заявленная установка упрощенной конструкции позволяет изучать изотермические коррозионные процессы в расплавленных солях с минимизацией тепловых потерь, осуществляя в инертной среде параллельные независимые друг от друга эксперименты, позволяя проводить качественный и количественный анализ всех летучих продуктов, образовавшихся в ходе эксперимента.Thus, the claimed installation of a simplified design makes it possible to study isothermal corrosion processes in molten salts with minimization of heat losses, carrying out parallel independent experiments in an inert environment, allowing for a qualitative and quantitative analysis of all volatile products formed during the experiment.

Claims (1)

Установка для определения скорости коррозии материалов в расплавленных солях, содержащая опорную платформу, контейнеры под нагреваемые тигли с образцами исследуемого материала, отличающаяся тем, что содержит три не связанные друг с другом металлические трубы, каждая из которых с одного конца герметично соединяется со съемной теплоотражающей крышкой, а с другого – с контейнером под нагреваемые тигли, выполненным в форме стакана, на опорной платформе смонтированы резьбовые шпили, на которые вертикально в несколько ярусов навинчены поперечные диски из теплоотражающего материала с тремя отверстиями для прохождения через них металлических труб.An installation for determining the corrosion rate of materials in molten salts, containing a support platform, containers for heated crucibles with samples of the test material, characterized in that it contains three unconnected metal pipes, each of which is hermetically connected at one end with a removable heat-reflecting cover, and on the other, with a container for heated crucibles made in the form of a glass, threaded pins are mounted on the support platform, onto which transverse discs made of heat-reflecting material with three holes for passing metal pipes through them are screwed vertically in several tiers.
RU2021108248A 2021-03-29 2021-03-29 Installation for determining the rate of corrosion of materials in molten salts RU2758772C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021108248A RU2758772C1 (en) 2021-03-29 2021-03-29 Installation for determining the rate of corrosion of materials in molten salts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021108248A RU2758772C1 (en) 2021-03-29 2021-03-29 Installation for determining the rate of corrosion of materials in molten salts

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2758772C1 true RU2758772C1 (en) 2021-11-01

Family

ID=78466835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021108248A RU2758772C1 (en) 2021-03-29 2021-03-29 Installation for determining the rate of corrosion of materials in molten salts

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2758772C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2799242C1 (en) * 2023-03-15 2023-07-04 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (ИВТЭ УрО РАН) Apparatus for high-temperature corrosion studies of the physical and chemical properties of materials in molten salts

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8173007B2 (en) * 2007-05-29 2012-05-08 West Virginia University High temperature electrochemical characterization of molten metal corrosion
JP2012112700A (en) * 2010-11-22 2012-06-14 Sumitomo Heavy Ind Ltd Wear evaluating device and evaluating method
CN102928332B (en) * 2012-11-22 2015-11-18 淮南中科储能科技有限公司 A kind of dynamic corrosion device of high-temperature liquid medium
CN105067504B (en) * 2015-07-28 2018-03-02 上海电气集团股份有限公司 A kind of high-temperature fusion salt corrosion analogue means
CN109828083A (en) * 2018-12-26 2019-05-31 国联汽车动力电池研究院有限责任公司 High-temperature molten salt physicochemical properties test macro

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8173007B2 (en) * 2007-05-29 2012-05-08 West Virginia University High temperature electrochemical characterization of molten metal corrosion
JP2012112700A (en) * 2010-11-22 2012-06-14 Sumitomo Heavy Ind Ltd Wear evaluating device and evaluating method
CN102928332B (en) * 2012-11-22 2015-11-18 淮南中科储能科技有限公司 A kind of dynamic corrosion device of high-temperature liquid medium
CN105067504B (en) * 2015-07-28 2018-03-02 上海电气集团股份有限公司 A kind of high-temperature fusion salt corrosion analogue means
CN109828083A (en) * 2018-12-26 2019-05-31 国联汽车动力电池研究院有限责任公司 High-temperature molten salt physicochemical properties test macro

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2799242C1 (en) * 2023-03-15 2023-07-04 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (ИВТЭ УрО РАН) Apparatus for high-temperature corrosion studies of the physical and chemical properties of materials in molten salts

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1455175B1 (en) Mixed sample moisture or ash analyzer
AU2011363361B2 (en) Culture Apparatus for Microscope Viewing and Method Therefor
US20180238785A1 (en) Molten salt environment creep testing extensometry system
BE1020242A3 (en) PROCEDURE AND INSTALLATION FOR THE ANALYSIS OF SAMPLES OF METAL MELT.
RU2758772C1 (en) Installation for determining the rate of corrosion of materials in molten salts
KR20200027012A (en) Corrosion test system for multiphase environments using electrochemical and weight loss methods
US7273316B2 (en) Device and method for thermogravimetrically testing the behavior of a solid material
CN112229786A (en) High-temperature liquid-phase full-immersion corrosion experimental device and method
US20090031826A1 (en) High-Throughput Sample Preparation and Analysis for Differential Scanning Calorimetry
CN107917871B (en) Testing device and testing method for corrosion resistance
CN101655458A (en) Liquid phase sample laser-induced spectroscopic analysis device
CN113967494A (en) Constant-temperature heating device for fire testing and gold separation
WO1986004678A1 (en) An arrangement for use in the thermal analysis and modification of molten metal
CN113008033A (en) High-temperature reaction tube furnace capable of accurately controlling temperature and atmosphere and rapidly quenching sample
Friedman High temperature centrifuge for phase equilibrium studies in molten salts
CN113791024B (en) Liquid metal dynamic corrosion experimental device and experimental method
US3872718A (en) Multipurpose sampler device for liquid metal
RU2744883C1 (en) Test unit to study the effect of liquids on materials
WO2014195304A1 (en) A testing apparatus and a method of operating the same
EP4220271A1 (en) Sample carrier interface and method
CN1141113A (en) Process and device for regulating the position of the tip of an electric furnace electrode
SU1479247A1 (en) Method of simulating processes taking place in fusion welding bath
Friedman Thermal analysis and gradient quenching apparatus and techniques for the investigation of fused salt phase equilibria
EP0558131A2 (en) Method for deciding the reactivity and soot index of carbon products and equipment therefor
CN2700326Y (en) Holding furnace for small or medium sized test unit reactor