Файл: Применение радиоизотопной техники в коксохимическом производстве..pdf

исходных данных для разработки и внедрения автомати­ зированной системы, предусматривающей стабилизацию или автоматическую корректировку показаний радиоизо­ топного измерителя величины насыпной массы в соответ­ ствии с высотой слоя и влажностью угольной шихты в по­ токе.

§ 6. КОНТРОЛЬ СОДЕРЖАНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ПРИМЕСЕЙ В УГЛЯХ. УГОЛЬНОЙ ШИХТЕ И КОКСЕ

теплоту сгорания углей, используемых как топливо, ухуд­ шает спекаемость и коксующие свойства угольных шихт для коксования. Минеральные примеси в коксе ухуд­ шают его прочностные свойства и отрицательно влияют на технико-экономические показатели работы доменных печей.

Для удовлетворения требований металлургии к свой­ ствам кокса и их постоянству необходим оперативный и представительный контроль содержания минеральных примесей в коксе, угольной шихте, поступающей на коксо­ вание, а следовательно, в углях и во всех продуктах их обогащения. Такой контроль должен обеспечить своевре­ менное получение информации для оперативного управ­ ления технологическими процессами подготовки углей и угольных шихт для коксования.

Стандартные методы определения содержания минераль­ ных примесей путем озоления проб углей и кокса (ГОСТ 11022—64, ГОСТ 5889—67) не удовлетворяют тре­ бованиям экспрессности, не поддаются автоматизации, не пригодны для использования в технологическом потоке и получения представительной информации о свойствах конт­ ролируемой партии угля, угольной шихты или кокса.

68

Перечисленным требованиям удовлетворяют различные радиоизотопные методы контроля [79; 103]: у-абсорбцион- ный с применением источников излучения высокой, сред­ ней и низкой энергии; метод рассеяния |3- и у-излучений;

и регистрации содержания минеральных примесей в единичных аналитических про­

бах угля, угольной шихты и кокса в лабораторных усло­ виях в случае отсутствия агрессивной среды, при темпе­ ратуре плюс 10—40° С и относительной влажности воз­ духа до 80%. Определение содержания минеральных' примесей золомером ЗАР-2-1 осуществляется косвенным методом, путем измерения интенсивности рассеянного про­ бой материала рентгеновского излучения.

* Рассматривается совместно с изотопными, так как в качестве источника рентгеновского излучения могут быть применены и рентгеновские трубки, и радиоизотопные источники.

69

Интенсивность рассеянного излучения /р связана с интенсивностью падающего излучения /0 и коэффициен­ том поглощения т3 материала следующим соотношением:

Контролируемый материал представляет собой много­ компонентное вещество, состоящее из органической массы и группы золообразующих элементов, основными из ко­ торых являются кремний, алюминий, железо, магний, кальций и соединения серы.

Эквивалентный массовый коэффициент поглощения тъ

Таким образом, по эквивалентному массовому коэф­ фициенту поглощения можно судить о соотношении в уг­ лях горючих и негорючих компонентов, т. е. о содержании минеральных примесей.

Функциональная схема прибора приведена на рис. 34 и содержит генератор рентгеновского излучения 1, изме­ рительный блок 5—8, в состав которого входят устройство преобразования сигнала 5, усилитель 6, компенсационное 7 и регистрирующее 8 устройства. Тележка подающего устройства 12 состоит из кассеты с пробой анализируемого материала 13 и эталонного устройства 11.

В приборе применена двухканальная компенсационная измерительная схема. Для получения достоверных пока­ заний прибор имеет два режима работы: измерения и конт­ роля. Работа прибора в режиме измерения осуществляется

70

следующим образом. При помощи подающего устройства 12 проба вводится под поток излучения. Потоки рентге­ новских лучей, создаваемые генератором /, облучают пробу анализируемого материала 13 и образцовый отра­ жатель 2. Рассеянное излучение от пробы и отражателя

воспринимается индикаторами 3 и 4 и преобразуется в напряжение, величина которого пропорциональна интен­ сивности излучения. Индикаторы питаются от стабили­ зированного источника 10.

Сигнал, снимаемый с индикаторов, подается на вход измерительного блока 5—8 и после преобразователя 5 и усилителя 6 поступает на компенсационное устройство 7. Это устройство, воздействуя через цепь обратной связи на индикатор измерительного канала 4, производит балан­ сировку измерительной схемы.

Одновременно по положению компенсирующего орга­ на — реохорда регистрирующим устройством 8 фиксиру­ ется измеряемая величина содержания минеральных при­ месей.

В момент баланса схемы напряжение на индикаторе измерительного канала по величине равно напряжению

71

на индикаторе канала сравнения, и сигнал на входе изме­ рительного блока отсутствует.

Проверка работы измерительной схемы прибора (конт­ роль условного нуля) осуществляется с помощью эталон­ ного устройства И. В режиме контроля эталонная пла­ стинка перекрывает поток падающих на пробу лучей, и ин­ дикатор измерительного канала воспринимает излучение,

Рис. 35. Функциональная схема прибора РИМП.

рассеянное эталоном. При этом стрелка прибора устанав­ ливается на контрольную отметку в середине шкалы при­ бора. Питание прибора осуществляется от стабилизатора переменного напряжения 9.

Основными недостатками золомеров типа ЗАР являет­ ся применение двухканальной схемы измерения, высоко­ вольтной рентгеновской трубки, требующей охлаждения, а также зависимость показаний прибора от химического состава минеральных примесей и необходимость специаль­ ной подготовки пробы для анализа. Однако при грамотной эксплуатации и соответствующем техническом обслужи­ вании приборов золомеры типа ЗАР работают удовлетво­ рительно и сокращают затраты времени работников ЦЗЛ и ОТК на определение содержания минеральных приме­ сей в углях и угольной шихте.

П

БОКИЛ МЧМ УССР разработан радиоизотопный из­ меритель содержания минеральных примесей РИМП, обес­ печивающий независимость определений от химического

• состава примесей в углях, угольной шихте и коксе.

На рис. 35 представлена функциональная схема прибо­ ра РИМП. Принцип работы прибора основан на погло­ щении анализируемой пробой 5 мягкого у-излучения от источника 6.

Для того, чтобы линейные коэффициенты поглощения основных золообразующих элементов, в том числе окис­ лов железа, были близки друг к другу, выбран источник — железо-55 с энергией излучения 9,44 • 10~16 Дж (5,9 кэВ). При большей энергии источника излучения линейный коэффициент поглощения железа в несколько раз превы­ шает коэффициенты поглощения кальция, кремния, алю­ миния и др. При этом малейшее изменение содержания железа в материале влечет за собой изменение линейного коэффициента поглощения минеральных примесей даже при неизменном и х . содержании, что обусловливает по­ грешности определений.

Прибор РИМП работает по схеме прямого измерения с периодической компенсацией всего измерительного канала.

Блок автоматики 20 предусматривает два этапа работы прибора: измерительный и компенсационный. Длитель­ ность этапов задается реле времени и может изменяться в пределах 30 с ... 30 мин.

Во время измерительного этапа у-поток источника 6 после поглощения в пробе 5 и компенсационной пластин­ ке 2 попадает на детектор ионизирующего излучения 3 , состоящий из сцинтилляционного детектора NaJ (Т1) тол - щиной 0,5 мм, фотоумножителя и предусилителя 8, а з а ­ тем — на дискриминатор 9. Амплитудный дифференциаль - ный дискриминатор 9 выделяет сигнал, соответствующий энергии излучения 9,44 • 10—1бДж.

73

После усилителя 10 сигнал попадает на измеритель скорости счета импульсов 11. Напряжение на его нагруз­ ке измеряется компенсационным методом и записывается на диаграмме прибора 15. В компенсационную схему вхо* дят: входная измерительная цепь 16, вибропреобразова­ тель 12, фазочувствительный усилитель 18, реверсивный компенсирующий двигатель 14.

Во время измерительного этапа работы прибора РИМП система подготовки проб (проборазделочная машина М70, М120 или др.) подготавливает для анализа очередную пробу материала.

После окончания этапа измерения при помощи двига­ теля 7 отработанная проба 5 сбрасывается, а над источ­ ником излучения устанавливается эталон 4, по которому осуществляется компенсация измерительного канала. Ком­ мутатор 19 блока автоматики 20 подключает во входную измерительную схему вместо элемента 17 элемент 16, а вме­ сто двигателя 14 — реверсивный двигатель 13, который, поворачивая компенсационную пластину, изменяет поток у-квантов до тех пор, пока будет скомпенсировано изме­ нение коэффициента передачи всего измерительного тракта. За это время очередная подготовленная проба материала через промежуточный загрузочный бункер 1 засыпается на измерительный диск.

Устройство РИМП испытано в качестве экспрессанализатора для определения содержания минеральных примесей в углях, угольной шихте и коксе. Среднеквад­ ратичная ошибка определения содержания минеральных примесей в рядовой угольной шихте в диапазоне измене­

ния зольности Ас от 22 до 26% составила 0,44%, в коксе —

вдиапазоне изменения А с от 9 до 10% — 0,12%.

Впределах вариации содержания отдельных химиче­ ских элементов погрешность показаний РИМП не превы­ шает основной ошибки определения минеральных приме­ сей в углях, угольной шихте и коксе. Незначительная

74