Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 7364

Physical Chemistry of Corrosion and Oxygen Control in Liquid Lead and Lead-Bismuth Eutectic

Carsten Schroer, Jürgen Konys

Abstract
Corrosion of steel in liquid lead (Pb) and lead-bismuth eutectic (LBE) is an important factor when applying these materials as a process medium. At low oxygen content of the liquid-metal phase, the degradation results mainly from the dissolution of the steel constituents, which may significantly decrease in the presence of a continuous scale of oxides of the steel constituents on the steel surface. In order to facilitate the forma¬tion of such a scale, the oxygen content of the liquid metal has to be controlled. Therefore, a method of measuring the oxygen content must be available. This report addresses the thermodynamic fundamentals of steel corrosion in oxygen-containing liquid metals and provides the data on chemical and physical properties which is re¬quired for the determination of favourable conditions with respect to the oxygen con¬tent and the numerical analysis of the dissolution of the primary steel constituents in oxygen-containing liquid Pb and LBE. Furthermore, the measurement of the oxygen content with electrochemical oxygen sensors and the evaluation of the sensor output is discussed.

Physikalische Chemie der Korrosion und Kontrolle des Sauerstoffgehaltes in flüssigem Blei und eutektischem Blei-Bismut

Zusammenfassung
Ein wesentliches Problem beim Einsatz von flüssigem Blei (Pb) bzw. eutektischem Blei-Bismut (LBE) als Prozessmedium ist die Korrosion von Stählen durch Auflösung der Stahlbestandteile. Diese lässt sich prinzipiell dadurch mindern, dass über die Zugabe von Sauerstoff die Bildung einer schützenden Schicht von Oxiden der Stahlbestandteile auf der Stahloberfläche angeregt wird. Um den Verbrauch des Sauerstoffs durch die Oxidbildung auszugleichen, ist eine ständige Kontrolle erforderlich, was ein geeignetes Verfahren zur Messung des Sauerstoffgehaltes voraussetzt. Im vorliegenden Bericht werden die thermodynamischen Grundlagen der Stahlkorrosion in sauerstoffhaltigen Flüssigmetallen erörtert und Stoffdaten zusammengefasst, die zur Bestimmung geeigneter Bedingungen hinsichtlich des Sauerstoffgehaltes sowie zur theoretischen Behandlung der Auflösung der Hauptbestandteile von Stählen in sauerstoffhaltigem Pb bzw. LBE erforderlich sind. Des Weiteren werden die Messung des Sauerstoffgehaltes mit elektrochemischen Sauerstoffsonden und die Auswertung der Sondensignale behandelt.

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