Файл: Пауков А.В. Радиоактивные изотопы - помощники металлургов об опыте применения радиоактивных изотопов в металлургии.pdf

модействии с ядрами водорода, содержащимися в воде.. Нейтронные влагомеры обладают достаточно высокой точностью — до 0,3 абсолютных процента влажности аглошихты. На показания нейтронного влагомера не вли­ яют гранулометрический состав вещества, его электро­ проводность, магнитные свойства и другие характери­ стики. Экономический эффект от применения такого вла­ гомера составляет 60 тыс. руб. на одну агломерационную.' машину.

Доменное производство. С каждым годом автомати­ зируется все большее число его операций. В ряде слу­ чаев это становится возможным только благодаря радио­ изотопным приборам и установкам, способным работать, в тяжелых условиях доменных цехов.

Эксплуатация большого бункерного хозяйства домен­ ного цеха немыслима без организации контроля уровня заполнения бункеров шихтовыми материалами. Конт­ роль уровня колошниковой пыли в пылесборниках и при заполнении вагонов, жидкости в скрубберах, металла и шлака в ковшах, качества шихтовых материалов (кусковатость и влажность кокса, состав, зольность, объем­ ная масса, содержание железа в концентрате п агломе­ рате, пыли в колошниковом газе) — это далеко не пол­ ный перечень применения радиоизотопных приборов в доменных цехах.

Несколько подробнее о контроле уровня и профиля засыпи шихты. Высота уровня засыпи шихты — один из основных параметров, определяющих работу печи. От постоянства уровня шихты зависит расположение материалбв в столбе шихты, распределение п использование газового потока, газодинамический режим печи, посто­ янство шлакового режима и теплового состояния печи. Данные о высоте уровня засыпи непрерывно используют­ ся для контроля правильности управления ходом плавки.

Целый ряд измерителей уровня, основанных на фи­ зических методах контроля (емкостные, индуктивные,.

78

ультразвуковая локация, оптические и т. д.), предлагав­ шихся с целью осуществить бесконтактный контроль,, пока не нашел практического применения.

Радиоизотопные установки УРМС (уровнемер радио­ изотопный многоканальный следящий) не имеют этих не­ достатков, они хорошо зарекомендовали себя в работе. УРМС предназначен для автоматического непрерывного бесконтактного измерения, регулирования и регистрации уровня шихтовых материалов в четырех точках окруж­ ности (по двум взаимно перпендикулярным диаметрам) колошника доменной печи. Кроме того, с его помощьюможно определять перекосы поверхности шихты, проду­ вы и каналы, что позво­

79-

■0,5 кюри), расположенных в верхнем поясе защитных сегментов, ‘проходит через внутридоменное простран­ ство и воздействует на приемники излучения. Сигналы от приемников по кабель-тросам поступают в блоки управ­ ления. Интенсивность излучения зависит от того, как приемник ориентирован относительно уровня шихты. Ес­ ли приемник находится ниже уровня шихты, то у-излу- чение в него не попадает, так как поглощается шихтой.

При опускании шихты интенсивность облучения при­ емника увеличивается, выходной ток в цепи его возра­ стает, включается исполнительный механизм перемеще­ ния приемников. Приемники перемещаются до тех пор, пока не расположатся против верхней границы шихты. Положение приемника регистрируется самопишущим потенциометром. В этом и заключается следящее изме­ рение уровня шихты в доменной печи. Прибор позволяет контролировать уровень засыпи в пределах до 5 м при скорости изменения его до 3 м/мин. Точность измерения составляет ±3 см. Экономический эффект от применения одной установки УРМС в зависимости от условий цеха и объема печей составляет 40—120 тыс. руб. в год.

Для технологов-доменщиков весьма желательно иметь сведения о профиле засыпи шихты, распределении различных компонентов шихты по поверхности засыпи и состоянии шихтовых материалов. Это позволит объектив­ но и оперативно судить о работе печи, определять харак­ тер ее хода (центральный, периферийный), расположе­ ние зон с «тугим» ходом и зон, предрасположенных к образованию каналов.

Получить сведения о профиле засыпи визуальным пу­ тем невозможно — доменный газ над поверхностью за­ сыпи содержит до 50 г/м3 пыли. Механическое зондиро­ вание дает весьма приближенную информацию о высоте гребня материалов, расположении его, глубине воронки на поверхности засыпи и т. д. Принцип ультразвуковой локации, единственно возможный для таких условий, до

80

сих пор нс реализован из-за исключительно неблагопри­ ятных физико-химических и механических характеристик виутридомеиного пространства в зоне колошника.

Радиоактивные излучения и здесь используются с успехом. Следует отметить, что у-кванты не только по­ глощаются материалами, но и рассеиваются, и отра­ жаются ими. Принцип у-локации, т. е. определения коор­ динат облученного участка на поверхности шихты, поло­ жен в основу устройства контроля профиля засыпи ших­ ты в доменной печи (рис. 24). Источник излучения 1 пуч­ ком у-квантов сверху облучает поверхность шихты 2. Приемник рассеянного излучения 3, установленный диа­ метрально противоположно и качающийся на своей оси, «просматривает» попеременно верхнюю и нижнюю части пространства относительно продольной оси. В зависийости от интенсивности рассеянного излучения, отраженно­ го от той или другой половины облученного участка, меняется положение приемника. По положению прием­ ника, которое в виде электрического сигнала передается на регистрирующий прибор (ЭПП), можно судить о том, в каком направлении сдвинут облученный участок (<7, или q2). Прибор является

следящим: угол поворота приемника а непрерывно меняется при непрерыв­ ном 'Изменении уровня шихтовых материалов /і, поступающих в доменную печь.

Радиоизотопный про­ филемер со временем станет неотъемлемой ча­ стью комплексной авто­ матизации работы домен­ ной печи.

Сталеплавильное производство. Одним из характер­ ных примеров использования радиоизотопной техники в сталеплавильном производстве можно считать контроль уровня жидкой стали в кристаллизаторе машины непре­ рывного литья заготовок (МНЛЗ). Уровень жидкого ме­ талла— один из основных параметров разливки. Дат­ чики уровня должны обладать целым рядом качеств: чувствительностью, точностью, быстротой срабатывания и, главное, бесконтактностыо определения положения уровня в заданном диапазоне.

Известные способы определения уровня жидкого ме­ талла—фотоэлектрические, ультразвуковые, темпера­ турные, поплавковые, пневматические — не нашли при­ менения на МНЛЗ в силу особенностей процесса разлив­ ки стали.

Наиболее пригодным оказался радиоизотопный дат­ чик, обеспечивающий непрерывное измерение уровня. Действие прибора основано на поглощении у-лучей. Источник излучения просвечивает стенки кристаллизато­ ра, поток излучения измеряется газоразрядными счетчи­ ками, сигнал от которых поступает в систему автомати­ ческого управления. Система работает надежно, процесс разливки стабилизировался, вероятность аварии практи­ чески исключена, труд оператора значительно облегчен.

Коэффициент использования машины (на примере Бежицкого сталелитейного завода) в результате автома­ тизации управления повысился почти вдвое, а произво­ дительность возросла на 21%. Общая годовая экономия в результате внедрения радиоизотопного регулятора уровня составила 53 тыс. руб.

Нужно отметить, что затраты на изготовление, уста­ новку прибора и блока исполнительного механизма не превышают 400 руб. Следовательно, срок окупаемости такого прибора исключительно мал.

Прокатное производство. Здесь наибольшее распро­ странение получили радиоизотопные измерители толщи-

82

ны листового проката. Степень поглощения излучения зависит от толщины поглотителя. Измеряя интенсивность ß-частиц или у-квантов, прошедших сквозь слой веще­ ства, можно определить его толщину. Ліатериал, толщи­ на которого измеряется и регулируется, движется между источником излучения и детектором, соединенным с регу­ лирующим устройством. Для измерения различных тол­ щин подбирают различные изотопы для каждого кон­ кретного случая. Детектором излучения чаще всего слу­ жит ионизационная камера, выполненная по дифферен­ циальной или компенсационной схеме. В камере проис­ ходит автоматическое сравнение интенсивности излуче­ ния, прошедшего через измеряемый объект, с эталонным потоком от компенсационного источника. Разность иони­ зационных токов, которая после соответствующих преоб­ разований воспроизводится показывающим прибором, и будет мерой толщины материала.

• На заводах черной металлургии применяются радио­ активные измерители толщины холодного листового про­ ката (типа ИТУ) от 0,003 до 10 мм. Измерение произво­ дится без непосредственного контакта с измеряемой по­ лосой, что позволяет получать более точные данные по сравнению с приборами других принципов действия (ин­ дуктивного, электромагнитного и др.). Радиоизотопные толщиномеры устойчиво работают в условиях обилия масляных паров, возникающих при прокатке. Примене­ ние этих приборов (заводы «Запоронесталь», им. Ильича, ММК, КМК и др.) обеспечило бесперебойный контроль продукции, позволило повысить скорость прокатки с одновременным улучшением качества выпускаемой про­ дукции (резко сократился брак по разнотолщинности) и условий труда и получить годовую экономию от 12 до 35 тыс. руб. на один прибор.

Промышленность выпускает радиоизотопный измери­ тель толщины горячего листового проката толщиной до 45 мм. Экономический эффект от внедрения только од-

ного такого прибора составляет не менее ЗО тыс. руб. в год.

Создан н работает целый ряд приборов для бескон­ тактного контроля разностеипости труб, основанный па просвечивании стенок труб пучком радиоактивного излу­ чения. Ось пучка при этом проходит по касательной к внутренней поверхности трубы. С помощью радиоизо­ топного толщиномера типа РСТ-2А'! сейчас введен сто­ процентный контроль толщины стенки тонкостенных II особотонкостеиных двухслойных труб, выпускаемых в пашей стране.

Внедрение каждого прибора дает экономический эф­ фект около 10 тыс. руб. в год.

Радиоизотопные приборы, с большим успехом приме­ няются для точного контроля толщины разнообразных покрытий. Такой контроль производится без нарушения целостности изделия и самого покрытия. Работа прибора основана на принципе зависимости обратного у-пзлуче- ния от физических свойств и толщины отражателя.

Опыт эксплуатации приборов типа ИТП на заводах черной металлургии для контроля толщины оловянного покрытия на листах жести показывает, что применение их дает большой технико-экономический эффект: затра­ ты на контроль сократились в 10—12 раз, себестоимость белой жести снизилась на 4—6%.

Гамма-дефектоскопия металлов

Проникающая способность радиоактивного излуче­ ния используется для обнаружения внутренних дефек­ тов различных изделий.

При контроле изделия источник располагают с одной его стороны, а детектор — с другой. Там, где имеются внутренние дефекты — шлаковые включения, раковины, пустоты, газовые поры, у-излучение поглощается слабее,

84

что обнаруживается по увеличению потока излучения, попадающего на детектор. При гамма-дефектоскопии широко применяется фотографическая регистрация из­ лучения, проникающего через контролируемую деталь. Этот метод регистрации основан на явлении засвечиваю­ щего действия излучения рентгеновской пленки. Полу­ чаются снимки, аналогичные рентгеновским, по которым можно судить о годности детали.

В зависимости от толщины и материала изделия применяют различные источники излучения соответству­ ющей активности. Так, самый распространенный источ­ ник излучения на основе кобальт-60 обеспечивает доста­ точно высокое качество снимков при контроле изделий

у-излучением (0,084 А4эВ), применяется при гаммаграфиро'ванин стали в диапазоне толщин 0,5—10 мм. Актив­ ность источников, используемых в стационарных и пере­ носных гамма-установках, может быть от 0,5 до 100 кю­ ри. Наибольшее распространение получили переносные гамма-дефектоскопы, которые представляют собой небольших размеров и веса свинцовые контейнеры с источником излучения в виде герметически закрытой ампулы.

В настоящее время в промышленности используются десятки тысяч стационарных и переносных гамма-уста­ новок. На металлургических заводах их применяют для контроля литых изделий и качества сварных швов тру­ бопроводов, днищ сталеразлнвочных ковшей, кожухов доменных печей, воздухонагревателей, котлов высокого давления. Во всех случаях проявляются большие пре­ имущества метода гамма-просвечивания по сравнению с другими. Основные из них: метод производителен и де­ шев, гамма-установки легко транспортируются к трудно­ доступным местам, просты по устройству, не требуют электрического питания, универсальны.

8.5