книги из ГПНТБ / Радиоизотопные приборы в промышленности строительных материалов

Г Л А В А 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ДЕКАРБОНИЗАЦИИ МАТЕРИАЛА В ЗОНЕ КАЛЬЦИНИРОВАНИЯ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЦЕМЕНТНОЙ ПЕЧИ

ВВЕДЕНИЕ

Процесс декарбонизации материала — наиболее теп­ лоемкая часть технологического процесса получения цементного клинкера, строительной и технологической извести, магнезитового порошка и некоторых других материалов.

Высокая теплоемкость процесса предопределяет [1] превалирующее значение зоны декарбонизации на ра­ боту теплового агрегата в целом. Поэтому определять степень декарбонизации обжигаемого материала крайне желательно, тем более если есть возможность постоян­ ного и автоматического поступления такой информации.

Степень декарбонизации D характеризуется отноше­ нием диссоциированного известняка (доломита, магне­ зита) к начальному количеству последнего:

Q<X>2 общ

где <5со2выд — выделившееся количество СОг в процессе нагрева; всеобщ — общее количество С 0 2 в пробе до ее термообработки.

Так, например, в табл. 4.1 приведены расчетные дан­ ные по степени декарбонизации сырьевой шихты, пред­ назначенной для получения цементного клинкера, а на рис. 4.1—соответствующая графическая зависимость.

Во вращающейся печи в связи с постепенным нагре­ вом материала при процессе декарбонизации умень­ шается объемная масса материала.

В табл. 4.2 представлены результаты эксперимен­ тальных измерений, осуществленных на действующей вращающейся печи при неоднократном отборе проб.

Используя график, представленный на рис. 4.1, и данные табл. 4.2, нашли зависимость насыпной объемной массы материала от степени его декарбонизации (рис. 4.2). Хорошо известна [2] зависимость интенсивности ^-излу­ чения, прошедшего через поглотитель, от насыпной объемной массы данного поглотителя [ 3 ] :

массы материала от степени его декарбонизации, пред­ ставленной на рис. 4.2, и зависимости интенсивности у-излучения, прошедшего через поглотитель, от насыпной объемной массы данного поглотителя построили зави­ симость интенсивности излучения от степени декарбони­ зации материала (рис. 4.3).

•в

Зависимость насыпной объемной массы от грануло­ метрического состава хорошо изучена [3] и при усло­ вии постоянства химического состава может также изме­ ряться при помощи гамма-метода. Таким образом, для получения достоверной информации о степени декарбо­ низации материала недостаточно один раз измерить его насыпную объемную массу.

Для учета влияния гранулометрического состава ма­ териала на его объемную массу на вращающейся печи выбирают место в начале зоны кальцинирования, где гранулы уже сформированы, влажность их равна нулю, а процесс декарбонизации еще не начался. В этом слу­ чае для данной конкретной печи, работающей на отно­ сительно постоянном сырье, изменение насыпной объем­ ной массы материала будет зависеть только от его гранулометрического состава.

При дальнейшем продвижении вдоль печи материал подвергается все большему нагреванию и начинается процесс декарбонизации, сопровождающийся измене­ нием насыпной объемной массы материала даже при неизменном гранулометрическом составе.

Следовательно, выбрав вторую точку, ориентировочно в центре зоны кальцинирования, можно измерять на­ сыпную объемную массу и вносить поправку на грануло­ метрический состав и по этому судить о степени декар­ бонизации материала.

Учет влияния гранулометрического состава на на­ сыпную объемную массу осуществляют путем введения поправки, зависящей от первоначально измеренного значения гранулометрического состава.

При движении материала вдоль печи гранулы исти­ раются и немного измельчаются. Поэтому изменение насыпной объемной массы материала, получаемое при измерении во второй точке относительно значения, полу­ ченного в первой точке, нельзя связывать только со степенью декарбонизации, необходимо вводить некото­ рую поправку на истирание и измельчение гранул.

Изменение насыпной объемной массы материала вследствие истирания, по всей вероятности, может идти как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения.

Увеличение насыпной объемной массы будет проис­ ходить в том случае, если количество крупных гранул

висходном материале преобладает над мелкой фракцией

ислой обладает большой межзернистой пустотностью.

тельны по сравнению с возможным изменением степени декарбонизации.

Таким образом, и химический анализ, и измерение перепада температур не могут быть оптимальными спо­ собами контроля степени декарбонизации материала во вращающейся печи.

Для осуществления эффективного контроля и управ­ ления тепловым режимом печи с учетом такого пара­ метра, как степень декарбонизации материала, необхо­ дим практически безынерционный датчик, позволяющий надежно контролировать этот процесс непосредственно в зоне кальцинирования.

Этим требованиям наиболее полно отвечают радио­ изотопный способ и установка РИД для бесконтактного определения степени декарбонизации материала без на­ рушения технологического процесса.

§ 1. ОСНОВЫ РАДИОИЗОТОПНОГО МЕТОДА КОНТРОЛЯ СТЕПЕНИ ДЕКАРБОНИЗАЦИИ МАТЕРИАЛА

В настоящее время метод измерения плотности с помощью ионизирующих излучений разработан и используется для решения различных задач. Плотность какой-либо среды можно измерить достаточно точно (радиоизотопным методом) в случае постоянства ее геометрических размеров, например, толщины.

Зависимость интенсивности у-излучения при прохож­

В процессе измерения получают результаты, характери­ зующие не истинную плотность материала, а его на­ сыпную объемную массу, что существенно для детальной

знать толщину самого слоя либо применять специальное

вариант, т. е. разработано специальное устройство, в котором толщина просвечиваемого слоя остается по­ стоянной.

Для практического осуществления постоянства тол­ щины слоя материала, плотность которого в данном случае измеряется, на корпусе печи в выбранных точках

жестко устанавливают два специальных автоматических пробоотборника. Плотность материала в пробоотборнике измеряют при поперечном просвечивании пучком у-излу­ чения. Плотность измеряют циклично, так как печь вращается, время одного цикла равно времени одного оборота печи. Результат измерений записывается на диаграммах самопишущих приборов, по показаниям которых оператор устанавливает оптимальный тепловой режим работы печи.

Для достижения хорошей чувствительности и высокой точности измерения пробоотборник имеет значительные размеры, и для его просвечивания используют источник с жестким у-излучением.

Сырьевой материал состоит из следующих основных элементов: M g , Si, Са, Fe, О, A l , S. В зависимости от исходного сырья, а также от качества приготовления смеси процентное содержание указанных элементов не бывает постоянным. Эти количественные изменения со­ става смеси изменяют и ее поглощающие свойства, т. е. при одной и той же толщине материала, но при разном отношении количества составляющих элементов измери­ тельный прибор может давать разные значения. Непо­ стоянство химического состава может привести к воз­ никновению дополнительной погрешности измерения степени декарбонизации. Эта погрешность зависит от энергии у-излучения.

С уменьшением энергии излучения разница между массовыми коэффициентами поглощения более ощутима. Для уменьшения погрешности контроля за счет непо­ стоянства химического состава вещества выгоднее брать у-излучение более высокой энергии. В качестве источни­ ка излучения авторы выбрали радиоактивный изотоп Со 6 0 .

у-излучения, что играет немаловажное значение, так как абсолютная величина регистрируемой интенсивности в данном случае относительно небольшая. Детектор собран на фотоэлектронном умножителе типа ФЭУ-12Б, сцинтилляционном кристалле йодистого цезия (Csl) . Кри­ сталл Csl обладает достаточно высокой конверсионной эффективностью, малым временем высвечивания, хоро­ шей прозрачностью для собственного светового излу­ чения и спектром излучения, соответствующим полосе