книги из ГПНТБ / Радиоизотопные приборы в промышленности строительных материалов

14. Хейкер Д. М., Сухова Л. А., Лубе Э. Я. В кн.: Труды расши­ ренного совещания по применению радиоактивных изотопов в измерительной технике и приборостроении. Фрунзе, 1962.

15.Абрамсон И. Г. и др. Гамма-контроль влажности глиняного шлама.— «Цемент», 1965, № 6, с. 17.

16.Абрамсон И. Г. и др. Гамма-контроль влажности сырьевого шла­ ма . — «Цемент», 1970, № 9, с. 11.

17.Абрамсон И. Г., Бреслер Б. М. Нейтронный метод контроля

18. Абрамсон И. Г. Использование нейтронов для контроля влаж­ ности материала в печи.— «Цемент», 1967, № 2.

19.Воробьев В. А. Радиационная дефектоскопия строительных ма­ териалов и конструкций с помощью тормозного излучения бета­ трона.— «Дефектоскопия», 1965, № 5.

20.«Цемент», 1966. № 6.

21. Кичкина Е. С. и др. Изучение движения материала и пылеобразования во вращающихся печах методом меченых атомов.— «Цемент», 1967, К« 4

22.Берхоер И. Д. и др. Контроль приготовления шлама с помощью рентгеновского квантометра. — «Цемент», 1968, № 1, с. 11.

23.Яковлев А. И. Применение радиоактивных изотопов в строитель­ стве и промышленности строительных материалов.— «Изотопы в

СССР», 1968, № 12, с. 40.

24.Петросьянц А. М. От научного поиска к атомной промышленно­ сти. Изд. 2-е. М., Атомиздат, 1972.

ВВЕДЕНИЕ

Повышение стойкости футеровки вращающихся пе­ чей способствует успешному решению задачи увеличения выпуска цемента. При низкой стойкости футеровки бы­ вают частые остановки печи, снижается коэффициент использования оборудования, повышается расход элек­ троэнергии, топлива, сырья.

При вынужденной остановке печей для замены фу­ теровки промышленность недодает большое коли­ чество клинкера в год [1, 21]. Увеличение времени ра­ боты печей только на 1 % позволит выработать в течение года дополнительно сотни тысяч тонн цемента [2, 21]. Таким образом, повышение стойкости футеровки вра­ щающихся печей имеет огромное народнохозяйственное значение.

Стойкость футеровки зависит от образования устой­ чивого слоя обмазки, поэтому разработка эффективного метода контроля состояния футеровки и обмазки в зоне спекания вращающейся печи способствовала бы созда­ нию наиболее оптимальных условий эксплуатации футе­ ровки.

Надежный приборный контроль изменения толщины обмазки и футеровки в процессе работы печи позволил бы осуществить своевременно мероприятия, которые поддерживают или восстанавливают обмазку нужной толщины в различных участках зоны спекания.

При соответствующем уровне отработки технологиче­ ских приемов получения устойчивого слоя обмазки при­ борный контроль открывает возможность практически полной автоматизации этого процесса, т. е. регистрато­ ры измерительного устройства в данном случае могут служить основными или вспомогательными датчиками

соответствующей системы автоматического регулиро­

вания.

До настоящего времени предпринимались неодно­

так называемого красного пятна, т. е. участка с повы­ шенной по сравнению с соседними участками темпера­ турой. Сравнивая температуры смежных участков кор­ пуса печи, можно получить ориентировочные относи­ тельные данные о толщине футеровки на этих участках.

При практическом осуществлении этого метода кон­ троля использовали скользящую термопару, при помо­ щи которой измеряли температуру корпуса печи в раз­ личных частях.

Другая разновидность этого метода контроля — авто­ матически действующий прибор, предложенный Научноисследовательским центром промышленности гидравли­ ческих вяжущих во Франции [3], для измерения темпе­ ратуры используют интенсивность инфракрасного излучения поверхности печи, воспринимаемого измери­ тельным термистором. Контроль за температурой мож­ но вести непрерывно во всех заданных точках поверх­ ности корпуса печи. При повышении температуры выше допустимого уровня подается аварийный сигнал.

Первичный датчик (рис. 1.1) герметичен и имеет внутреннюю и внешнюю камеры. Измерительный термистор, закрепленный на специальном держателе, изоли­ рован в камере и размещен непосредственно возле конусообразного окошечка. В первичном датчике встроен также вторичный термистор, служащий для компенса­ ции изменений температуры окружающей среды. Дат­ чик закреплен на тележке, которая может перемещаться вдоль зоны спекания печи. В данном случае так же, как и в предыдущем, последовательно сравниваются темпе­ ратуры смежных участков корпуса печи.

Для контроля за состоянием зоны спекания иногда применяют радиационные или фотоэлектрические пиро­ метры [4]. Этим методом получают данные о темпера­ туре в зоне спекания и, постоянно измеряя и регулируя

граничить влияние излучения футеровки от излучения

Рис. 1.1. Первичный датчик с термисторами:

Метод недостаточно надежен, так как при этом фик­ сируются усредненные температуры. Как правило, объ­ ектив пирометра направлен всегда в одну точку, что вообще не дает возможности получить постоянную ин­ формацию о текущей температуре различных участков футеровки.

Известен также прибор «Факел» [5], который регист­ рирует инфракрасное излучение корпуса печи и затем преобразует его в видимое изображение. Основной чув­ ствительный элемент прибора — электроннооптический преобразователь. Нижняя граница чувствительности устройства 250—300° С. На экране прибора возникает изображение окружающих предметов, в том числе печи, и на ее фоне места, нагретые выше 250—300° С, выде­ ляются как пятна разной яркости в зависимости от их температуры. Яркость свечения пятна является мерой глубины нарушения огнеупорного слоя. К достоинству этого прибора следует отнести возможность быстрой

ориентировочной оценки состояния зоны спекания, что особенно важно для определения предстоящего объема футеровочных работ. Однако совершенно очевидно, что приборы, измеряющие температуру корпуса нечи, не мо­ гут обеспечить получения достаточной и, самое главное, своевременной информации для принятия необходимых мер по кардинальному увеличению стойкости футеровки.

Изменение температуры корпуса печи в результате уменьшения толщины обмазки является инерционным процессом. За время прогрева обмазки, футеровки и корпуса печи на величину, достаточную для выполнения уверенных измерений с учетом высокой теплопроводно­ сти обечайки, возможно прохождение необратимых термохимических процессов, связанных с уменьшением толщины футеровки со стороны ее контакта с обмаз­ кой. В результате будет наблюдаться постоянное умень­ шение толщины футеровки, в итоге эти количественные изменения переходят в качественные, т. е. в такие, когда отсутствие обмазки предопределяет остановку печи.

Изменение толщины обмазки зависит от целого ряда факторов и может иметь достаточно высокую скорость. Поэтому возможны внезапные аварийные ситуации, не­ избежно приводящие к необходимости остановки печи для ремонта футеровки. Следовательно, суждение о толщине обмазки по косвенному параметру — темпера­ туре корпуса печи — не позволяет своевременно принять необходимые меры по повышению стойкости футеровки.

высить температуру обжига. Это повышение температу­ ры обжига, поскольку при этом изменяется и состав обмазки, не всегда приводит к уменьшению ее толщины, температурные датчики покажут, что толщина умень­ шается, и будет внесено неоправданное возмущение в режим работы печи.

На печах с водяным или воздушным охлаждением корпуса печи или при установке на печи устройства для утилизации тепла, излучаемого корпусом печи, которое разработано институтом Южгипроцемент и рекомен­ дуется к широкому внедрению в промышленность, ис­ пользование температурных датчиков представляется вообще невозможным [21].

Можно привести еще много примеров, свидетельст­ вующих о ненадежности и несовершенстве определения

состояния обмазки в зоне спекания с помощью темпе­ ратурных датчиков.

Подводя итоги рассмотренным выше существующим методам контроля состояния футеровки зоны спекания вращающейся печи, следует отметить их общие недо­ статки: сравнительно малую чувствительность, неустой­ чивость к различным воздействиям окружающей среды, в некоторых случаях субъективность получаемой инфор­ мации и др.

Наиболее подходящим мог бы оказаться метод, даю­ щий возможность непосредственно измерять толщину интересующих слоев огнеупоров и не зависящий от воз­ действия внешней среды. Таким методом является ра­ диоизотопный метод контроля состояния футеровки, основанный на использовании явлений взаимодействия

у-излучения с веществом [6, 7].

Внастоящее время в цементной промышленности страны фактически нет приборов или устройств для постоянного контроля за состоянием футеровки зоны спекания. Несмотря на это, внедрение этого метода в практику цементных заводов происходит крайне мед­ ленно. Ссылки на сложность установки не обоснованы, так как в настоящее время на цементных заводах стра­

контрольно-измерительной техники экономически обос­

вращающейся цементной печи. Сечение зоны спекания печи схематически показано на рис. 1.2.

Теоретически с помощью ионизирующих излучений поставленную задачу можно решить несколькими мето­ дами. Чтобы в дальнейшем было совершенно ясно, по­ чему при решении задачи выбрано просвечивание печи

по диаметру, коротко рассмотрим достоинства и недо­ статки других возможных радиоизотопных методов.

а. Метод регистрации продуктов износа. Этот метод широко применяют для исследования износа деталей машин без их разборки и остановки [9]. Идея метода заключается в том, что на поверхность исследуемой де­

X

Рис. 1.2. Поперечное сечение зоны спекания печи:

D\ — внешний диаметр стальной обечайки; Di — внут­ ренний диаметр; D3 — внутренний диаметр хромомаг­ незитової футеровки; £>4 — внутренний диаметр зоны спекания но обмазке; х — база просвечивания.

тали или в состав материала, из которого изготовлена деталь, вводят небольшое количество радиоактивного вещества. При работе детали в продуктах ее износа появляется радиоактивность, которую можно легко из­ мерить. Активность продуктов износа будет пропорцио­ нальна степени износа.

Впроцессе работы цементной печи ее футеровка

также подвергается износу. Таким образом, если ввести в состав футеровочных кирпичей какое-либо радиоактив­ ное вещество, то, измеряя на выходе печи радиоактив­ ность клинкера, можно было бы судить о степени износа футеровки.

Однако осуществить такой метод контроля практи­ чески нельзя. Во-первых, внутренняя поверхность футе­ ровки значительна, и введение в футеровочные кирпичи

ность, чтобы их-излучение могли регистрировать детек­ торы, расположенные снаружи печи у ее корпуса. Счет­ чик может регистрировать суммарное излучение не­ скольких источников, расположенных вдоль радиуса печи на различных расстояниях от внутренней поверх­ ности футеровки. При нарушении футеровки во время работы печи заложенный в нее источник излучения вме­ сте с частями разрушенной футеровки перемешивается с движущимся материалом и удаляется из места за­ кладки. Интенсивность излучения, измеряемая счетчи­ ком у кожуха печи, уменьшается. Момент начала умень­ шения интенсивности соответствует моменту разруше­ ния футеровки. При этом интенсивность излучения не­ обходимо измерять в постоянных геометрических ус­ ловиях.

Второй метод основан на регистрации наличия ак­ тивности в продуктах плавки печи, он уже рассматри­ вался в предыдущем разделе.

Из опыта эксплуатации футеровки вращающихся це­ ментных печей известно, что в зоне обжига имеются участки, наиболее подверженные разрушению. Поместив радиоактивные вставки в определенное число кирпичей наиболее слабых участков, можно, контролируя их на­

в отличие от доменных вращаются, что затрудняет реги­ страцию интенсивности источника-вставки. Во-вторых, в процессе работы печи футеровка постепенно смещается

позволяет контролировать толщину обмазки, в чем так­

упоров вращающейся цементной печи.

в. Измерение толщины методом регистрации обратно рассеянного излучения. Широкое применение в радио­