RU2799242C1 - Apparatus for high-temperature corrosion studies of the physical and chemical properties of materials in molten salts - Google Patents

Apparatus for high-temperature corrosion studies of the physical and chemical properties of materials in molten salts Download PDF

Info

Publication number
RU2799242C1
RU2799242C1 RU2023106084A RU2023106084A RU2799242C1 RU 2799242 C1 RU2799242 C1 RU 2799242C1 RU 2023106084 A RU2023106084 A RU 2023106084A RU 2023106084 A RU2023106084 A RU 2023106084A RU 2799242 C1 RU2799242 C1 RU 2799242C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
materials
metal pipes
molten salts
heat
support platform
Prior art date
Application number
RU2023106084A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгения Валерьевна Никитина
Максим Владиславович Ерженков
Александра Вячеславовна Кузнецова
Александр Евгеньевич Дедюхин
Константин Евгеньевич Селиверстов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (ИВТЭ УрО РАН)
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)
Application granted granted Critical
Publication of RU2799242C1 publication Critical patent/RU2799242C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: corrosion testing.
SUBSTANCE: invention relates to equipment for identifying the corrosion resistance of structural materials for high-temperature devices, mainly used for handling melts of alkali metal halide used in the pyrochemical and pyrometallurgical processing of spent nuclear fuel. The device consists of a support platform, containers for heated crucibles, three metal pipes not connected to each other, each of which is configured for hermetic connection with a container for heated crucibles at one end. Threaded spires are mounted on the support platform, on which transverse disks of heat-reflecting material are screwed vertically in several tiers, through which metal pipes pass. A set of at least three vertical spires is inserted into each of the metal pipes of the device, fixed relative to each other in height by parallel transverse disks made of heat-reflecting material, whereas the device is placed in a cylindrical vessel closed with a removable lid with through holes for the passage of electrodes, and also through hole for evacuation and gas purging of a cylindrical vessel, ending with ports with removable sealing plugs made of vacuum rubber.
EFFECT: ability to study the physical and chemical properties of materials in molten salts outside the boxed unit, which expands the experimental base for studying the corrosion-electrochemical behaviour of metal materials used in electrochemical technologies.
1 cl, 6 dwg

Description

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

Химическая агрессивность расплавов галогенидов щелочных металлов требует детального изучения механизма разрушения материалов и их коррозионно-электрохимического поведения.The chemical aggressiveness of alkali metal halide melts requires a detailed study of the mechanism of destruction of materials and their corrosion-electrochemical behavior.

Для этих целей разработана установка для проведения коррозионных высокотемпературных исследований физико-химических свойств материалов в расплавленных солях, прототипом которой является установка для определения скорости коррозии материалов в расплавленных солях, известная из [RU 2758772, опубл.01.11.2021].For these purposes, an installation has been developed for conducting high-temperature corrosion studies of the physicochemical properties of materials in molten salts, the prototype of which is an installation for determining the corrosion rate of materials in molten salts, known from [RU 2758772, publ. 01.11.2021].

Известная установка представляет собой устройство, содержащее опорную платформу, контейнеры под нагреваемые тигли, три, не связанные друг с другом металлические трубы, каждая из которых с одного конца выполнена с возможностью герметичного соединения с контейнером под нагреваемые тигли, а с другого - со съемной теплоотражающей крышкой. 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.A known installation is a device containing a support platform, containers for heated crucibles, three metal pipes not connected to each other, each of which at one end is made with the possibility of a tight connection with a container for heated crucibles, and at the other with a removable heat-reflecting cover . Threaded spiers are mounted on the support platform, on which transverse disks made of heat-reflecting material with three holes are screwed vertically in several tiers for metal pipes to pass through them.

Не связанные друг с другом металлические трубы обеспечивают физическое разделение рабочих зон, что является необходимым в условиях работы с расплавами галогенидов щелочных металлов, применяемых в пирохимической и пирометаллургической переработке отработавшего топлива, обуславливая возможность осуществления параллельных коррозионных испытаний одновременно.Non-connected metal pipes provide physical separation of working areas, which is necessary in the conditions of work with melts of alkali halide used in pyrochemical and pyrometallurgical processing of spent fuel, making it possible to carry out parallel corrosion tests simultaneously.

С помощью известной установки исследователи имеют возможность проводить одновременно три параллельных независимых друг от друга эксперимента по коррозионным высокотемпературным исследованиям физико-химических свойств материалов в расплавленных солях, за исключением электрохимических измерений, таких, например, как определение потенциала коррозии методом потенциометрии, электрохимической диагностики методом вольтамперометрии и др.Using a well-known setup, researchers are able to simultaneously conduct three parallel, independent experiments on high-temperature corrosion studies of the physicochemical properties of materials in molten salts, with the exception of electrochemical measurements, such as, for example, determining the corrosion potential by potentiometry, electrochemical diagnostics by voltammetry and others

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.Metal pipes insulated with a lid make it possible to conduct a qualitative and quantitative analysis of all volatile products formed during the experiment, which expands the technological capabilities of the installation. Covers with heat-reflecting screens installed on the upper edges of the pipes prevent heat loss.

На показатели коррозионной стойкости конструкционных материалов реакторов в расплавленных солях влияют имеющиеся в этих коррозионных средах кислородсодержащие примеси, следы влаги, многозарядные катионы переходных металлов. Поэтому для проведения экспериментов на известной установке используют предварительно очищенные и аттестованные образцы солевого электролита и исследуемого материала. Приготовление и очистку солевых расплавов осуществляют вне установки, что в конечном итоге усложняет технологию исследования коррозионной стойкости конструкционных материалов реакторов. Кроме того, не только эксперименты, но и сборку установки, включая герметичную стыковку труб с соответствующими контейнерами под тигли, а также крепление поперечных дисков на резьбовых шпилях затяжкой металлическими втулками необходимо осуществлять в инертной среде, в специальном герметичном боксе, что крайне неудобно.The indicators of corrosion resistance of structural materials of reactors in molten salts are affected by oxygen-containing impurities present in these corrosive media, traces of moisture, multiply charged transition metal cations. Therefore, to conduct experiments on a well-known installation, pre-cleaned and certified samples of salt electrolyte and the material under study are used. Salt melts are prepared and purified outside the facility, which ultimately complicates the technology for studying the corrosion resistance of reactor structural materials. In addition, not only the experiments, but also the assembly of the facility, including the hermetic joining of pipes with the corresponding containers for crucibles, as well as the fastening of the transverse disks on the threaded studs by tightening with metal bushings, must be carried out in an inert atmosphere, in a special hermetic box, which is extremely inconvenient.

При отсутствии единого стандарта и унифицированных устройств для проведения коррозионных высокотемпературных исследований физико-химических свойств галогенидных расплавов, чрезвычайно подверженных термическому гидролизу, включая фториды щелочных металлов, существует потребность в разработке аппарата, удобного для работы, позволяющего проводить коррозионные высокотемпературные исследования физико-химических свойств металлических материалов в расплавленных солях с использованием электролита - коррозионной среды требуемого состава и чистоты, приготовленных и очищенных в этом же аппарате.In the absence of a unified standard and unified devices for conducting high-temperature corrosion studies of the physicochemical properties of halide melts that are extremely susceptible to thermal hydrolysis, including alkali metal fluorides, there is a need to develop an apparatus that is easy to use, allowing high-temperature corrosion studies of the physicochemical properties of metallic materials. in molten salts using an electrolyte - a corrosive medium of the required composition and purity, prepared and purified in the same apparatus.

Таким образом, техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в отсутствии конструкции удобного аппарата, позволяющего проводить коррозионные высокотемпературные исследования физико-химических свойств металлических материалов в расплавленных солях с использованием электролита - коррозионной среды требуемого состава и чистоты, приготовленных и очищенных в этом же аппарате.Thus, the technical problem to be solved by the invention lies in the absence of a convenient apparatus design that allows high-temperature corrosion studies of the physicochemical properties of metallic materials in molten salts using an electrolyte - a corrosive medium of the required composition and purity, prepared and purified in the same apparatus.

Для решения данной проблемы предложен аппарат для проведения коррозионных высокотемпературных исследований физико-химических свойств материалов в расплавленных солях, содержащий устройство, состоящее из опорной платформы, контейнеров под нагреваемые тигли, трех не связанных друг с другом металлических труб, каждая из которых с одного конца выполнена с возможностью герметичного соединения с контейнером под нагреваемые тигли, на опорной платформе смонтированы резьбовые шпили, на которые вертикально в несколько ярусов навинчены поперечные диски из теплоотражающего материала, через которые проходят металлические трубы. Аппарат отличается тем, что в каждую из металлических труб устройства вставлен комплект из не менее, чем трех вертикальных шпилей, зафиксированных друг относительно друга по высоте параллельными поперечными дисками из теплоотражающего материала, при этом устройство помещено в цилиндрический сосуд, закрываемый съемной крышкой, имеющей сквозные отверстия для прохождения электродов, а также сквозное отверстие для вакуумирования и продувки газом цилиндрического сосуда, заканчивающиеся портами со съемными герметизирующими пробками из вакуумной резины.To solve this problem, an apparatus for conducting high-temperature corrosion studies of the physicochemical properties of materials in molten salts is proposed, containing a device consisting of a support platform, containers for heated crucibles, three metal pipes not connected to each other, each of which is made with the possibility of hermetic connection with a container for heated crucibles, threaded spiers are mounted on the support platform, onto which transverse disks of heat-reflecting material are screwed vertically in several tiers, through which metal pipes pass. The device differs in that a set of at least three vertical spiers is inserted into each of the metal pipes of the device, fixed relative to each other in height by parallel transverse disks made of heat-reflecting material, while the device is placed in a cylindrical vessel closed with a removable lid with through holes for the passage of electrodes, as well as a through hole for evacuation and gas purge of a cylindrical vessel, ending with ports with removable sealing plugs made of vacuum rubber.

Не связанные друг с другом металлические трубы устройства обеспечивают физическое разделение рабочих зон, необходимое для работы с расплавами галогенидов щелочных металлов, что дает возможность проводить одновременно три независимых друг от друга эксперимента по коррозионным высокотемпературным исследованиям физико-химических свойств материалов в расплавленных солях. То, что устройство, состоящее из платформы с резьбовыми шпилями, контейнеров под нагреваемые тигли, металлических труб с комплектом вертикальных шпилей, помещено в цилиндрический сосуд, предназначенный для вакуумирования и герметичной продувки газом, упрощает сборку и эксплуатацию аппарата, включая герметичную стыковку труб с соответствующими контейнерами под тигли.Non-connected metal tubes of the device provide physical separation of the working areas necessary for working with alkali metal halide melts, which makes it possible to simultaneously conduct three independent experiments on corrosion high-temperature studies of the physicochemical properties of materials in molten salts. The fact that the device, which consists of a platform with threaded pins, containers for heated crucibles, metal pipes with a set of vertical pins, is placed in a cylindrical vessel designed for evacuation and hermetic gas purge, simplifies the assembly and operation of the apparatus, including the hermetic docking of pipes with appropriate containers. under the crucible.

В отличие от известного устройства, использование которого, включая сборку, необходимо осуществлять в герметичном боксе, заявленный аппарат может быть использован вне герметичного бокса, то есть в открытых вытяжных шкафах.Unlike the known device, the use of which, including assembly, must be carried out in a sealed box, the claimed device can be used outside the sealed box, that is, in open fume hoods.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в возможности производить исследования физико-химических свойств материалов в расплавленных солях вне боксированной установки, что расширяет экспериментальную базу для исследований коррозионно-электрохимического поведения металлических материалов, используемых в электрохимических технологиях.The technical result provided by the invention is the ability to study the physicochemical properties of materials in molten salts outside the boxed installation, which expands the experimental base for studying the corrosion-electrochemical behavior of metallic materials used in electrochemical technologies.

Изобретение иллюстрируется следующими рисунками: на фиг. 1 изображен аппарат, общий вид; на фиг.2 - аппарат в процессе сборки; на фиг.3 - крышка аппарата, аксонометрия; на фиг.4 - крышка аппарата, вид сбоку; на фиг.5 - крышка аппарата, вид снизу; на фиг.6 - крышка аппарата, вид сверху.The invention is illustrated in the following figures: FIG. 1 shows the apparatus, general view; figure 2 - apparatus in the assembly process; figure 3 - cover of the apparatus, perspective view; figure 4 - cover of the apparatus, side view; figure 5 - cover of the apparatus, bottom view; figure 6 - cover of the apparatus, top view.

Установка для проведения коррозионных высокотемпературных исследований физико-химических свойств материалов в расплавленных солях, содержит устройство, состоящее из опорной платформы 1, контейнеров 2 в форме стакана под нагреваемые тигли с солевым электролитом и исследуемыми образцами, трех не связанных друг с другом металлических труб 3, каждая из которых выполнена с возможностью герметичного соединения с контейнером 2. На опорной платформе 1 смонтированы резьбовые шпили 4, на которые вертикально в несколько ярусов навинчены поперечные диски 5 из теплоотражающего материала, через которые проходят металлические трубы 3.Installation for high-temperature corrosion studies of the physical and chemical properties of materials in molten salts, contains a device consisting of a support platform 1, containers 2 in the form of a glass for heated crucibles with salt electrolyte and test samples, three metal pipes 3 not connected to each other, each of which it is made with the possibility of tight connection with the container 2. On the support platform 1, threaded spires 4 are mounted, on which transverse disks 5 of heat-reflecting material are screwed vertically in several tiers, through which metal pipes 3 pass.

В каждую из металлических труб 3 вставлен комплект из не менее, чем трех вертикальных шпилей 6, зафиксированных друг относительно друга по высоте параллельными поперечными дисками 7 из теплоотражающего материала. Устройство, состоящее из платформы 1 с резьбовыми шпилями 4 и дисками 5, контейнеров 2, металлических труб 3 с комплектом шпилей 6 помещено в цилиндрический сосуд 8, закрываемый герметичной крышкой 9 из фторопласта. Крышка 9 выполнена трехступенчатой по высоте, при этом ступень 10 содержит три выступа 11, предназначенных для вставки в металлические трубы 3, ступень 12 предназначена для опоры крышки на сосуде 8. В крышке 9 имеются три комплекта из трех сквозных отверстий 13, соосных трубам 3, предназначенных для прохождения электродов, погружаемых в расплав солей в тигле 2, а также отверстие 14 для вакуумирования и продувки газом сосуда 8. Все отверстия, имеющиеся в крышке 8, заканчиваются портами 15, которые герметизированы пробками 16 из вакуумной резины.A set of at least three vertical spiers 6 is inserted into each of the metal pipes 3, fixed relative to each other in height by parallel transverse disks 7 made of heat-reflecting material. The device consisting of a platform 1 with threaded pins 4 and disks 5, containers 2, metal pipes 3 with a set of pins 6 is placed in a cylindrical vessel 8, closed with a hermetic lid 9 made of PTFE. The lid 9 is made three-stage in height, while the stage 10 contains three protrusions 11 intended for insertion into metal pipes 3, the stage 12 is designed to support the lid on the vessel 8. The lid 9 has three sets of three through holes 13, coaxial to the pipes 3, intended for the passage of electrodes immersed in the molten salt in the crucible 2, as well as a hole 14 for evacuating and purging the vessel 8 with gas. All holes in the cover 8 end with ports 15, which are sealed with plugs 16 made of vacuum rubber.

Для экспериментальной проверки заявленной установки и статистической обработки результатов осуществлялись параллельные независимые испытания одновременно во всех трех металлических трубах устройства. Для этого в нижнюю часть каждой трубы 3 помещали тигель с солевой композицией и образцами исследуемого материала. Установку собирали вне боксированной установки, помещали в высокотемпературную печь, вакуумировали, а затем сосуд 8 и металлические трубы 3 заполняли аргоном. Проводили высокотемпературные исследования физико-химических свойств материалов в расплавленных солях, а именно определяли потенциалы коррозии никелевых сплавов в расплаве хлоридов лития и калия относительно хлорсеребряного электрода сравнения при температуре от 500 до 700°С.For experimental verification of the claimed installation and statistical processing of the results, parallel independent tests were carried out simultaneously in all three metal pipes of the device. To do this, a crucible with a salt composition and samples of the test material was placed in the lower part of each tube 3. The setup was assembled outside the boxed setup, placed in a high-temperature furnace, evacuated, and then vessel 8 and metal pipes 3 were filled with argon. High-temperature studies of the physicochemical properties of materials in molten salts were carried out, namely, the corrosion potentials of nickel alloys in a melt of lithium and potassium chlorides were determined relative to a silver chloride reference electrode at a temperature of 500 to 700°C.

Таким образом, изобретение позволяет производить исследования физико-химических свойств материалов в расплавленных солях вне боксированной установки, что расширяет экспериментальную базу для исследований коррозионно-электрохимического поведения металлических материалов, используемых в электрохимических технологиях.Thus, the invention makes it possible to study the physicochemical properties of materials in molten salts outside a boxed installation, which expands the experimental base for studying the corrosion-electrochemical behavior of metal materials used in electrochemical technologies.

Claims (1)

Аппарат для проведения коррозионных высокотемпературных исследований физико-химических свойств материалов в расплавленных солях, содержащий устройство, состоящее из опорной платформы, контейнеров под нагреваемые тигли, трех не связанных друг с другом металлических труб, каждая из которых с одного конца выполнена с возможностью герметичного соединения с контейнером под нагреваемые тигли, на опорной платформе смонтированы резьбовые шпили, на которые вертикально в несколько ярусов навинчены поперечные диски из теплоотражающего материала, через которые проходят металлические трубы, отличающийся тем, что в каждую из металлических труб устройства вставлен комплект из не менее чем трех вертикальных шпилей, зафиксированных относительно друг друга по высоте параллельными поперечными дисками из теплоотражающего материала, при этом устройство помещено в цилиндрический сосуд, закрываемый съемной крышкой, имеющей сквозные отверстия для прохождения электродов, а также сквозное отверстие для вакуумирования и продувки газом цилиндрического сосуда, заканчивающиеся портами со съемными герметизирующими пробками из вакуумной резины.Apparatus for conducting high-temperature corrosion studies of the physicochemical properties of materials in molten salts, containing a device consisting of a support platform, containers for heated crucibles, three non-connected metal pipes, each of which is made with the possibility of tight connection with the container at one end under the heated crucibles, threaded spiers are mounted on the support platform, onto which transverse disks of heat-reflecting material are screwed vertically in several tiers, through which metal pipes pass, characterized in that a set of at least three vertical spiers is inserted into each of the metal pipes of the device, fixed relative to each other in height by parallel transverse disks made of heat-reflecting material, while the device is placed in a cylindrical vessel, closed with a removable lid with through holes for passing electrodes, as well as a through hole for evacuating and purging the cylindrical vessel with gas, ending with ports with removable sealing plugs from vacuum rubber.
RU2023106084A 2023-03-15 Apparatus for high-temperature corrosion studies of the physical and chemical properties of materials in molten salts RU2799242C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2799242C1 true RU2799242C1 (en) 2023-07-04

Family

ID=

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
RU2758772C1 (en) * 2021-03-29 2021-11-01 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (ИВТЭ УрО РАН) Installation for determining the rate of corrosion of materials in molten salts

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
RU2758772C1 (en) * 2021-03-29 2021-11-01 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (ИВТЭ УрО РАН) Installation for determining the rate of corrosion of materials in molten salts

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9658146B2 (en) Analysis of rechargeable batteries
US10895519B2 (en) Molten salt environment creep testing extensometry system
US20070201608A1 (en) Method for testing a fuel rod cladding tube and associated device
US9291537B2 (en) Liquid salt environment stress-rupture testing
CN209894939U (en) Lithium ion battery or battery pack thermal runaway comprehensive detection system
CN107063990B (en) Electrochemical test device for simulating crevice corrosion
CN108732084B (en) Corrosion fatigue performance testing device
CN103728353B (en) A kind of sealing high-temperature electrochemistry measurement mechanism
RU2799242C1 (en) Apparatus for high-temperature corrosion studies of the physical and chemical properties of materials in molten salts
CN111487538A (en) Lithium ion battery or battery pack thermal runaway comprehensive detection system and method
US7273316B2 (en) Device and method for thermogravimetrically testing the behavior of a solid material
CN102967619B (en) The method of hydrogen preci-sion and accuracy when raising titanium or the hydrogen translocation of titanium alloy oxygen nitrogen
CN105223127A (en) A kind of visual reaction experiment device of high temperature resistant, high pressure
US20100040533A1 (en) Method of producing substoichiometric oxides of titanium by reduction with hydrogen
US2987462A (en) High temperature electrolytic cell
CN210982108U (en) Vacuum thermogravimetric device
Bamberger Experimental techniques in molten fluoride chemistry
CN209624460U (en) A kind of temperature control and electromagnetic screen for electrochemical measurement
RU2788155C1 (en) Device for preparation, purification and research of physical and chemical properties of melts of alkali metal halide
RU2592728C1 (en) Device for investigation of electric strength of dielectric materials
CN104122133A (en) Device and method for realizing sample mixing in calorimetric test
CN204255821U (en) A kind of visual reaction experiment device of high temperature resistant, high pressure
CN216747241U (en) Gas adsorption performance testing device capable of heating uniformly
Klein et al. Accelerating Rate Calorimetry and Complementary Techniques to Characterize Battery Safety Hazards
Fabre et al. Electrochemical study of the corrosion of metals in molten fluorides