Эталонный образец для градуировки нейтронных влагоплотномеров и золомеров кокса

КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ кокса, а также сокращение времени подготовки эталонного образца. Эталонный образец для градуировки нейтронных влагомеров и влагоплотномеров состоит из трехмерной стержневой решетки, выполненной из полых стержней, на которых укреплены блоки в количестве, зависящем от заданного значения насыпной массы эталонного образца, при этом в полые стержни, изолированные друг от друга, по определенной программе заливается вода, в зависимости от значения влажности эталонного образца, причем в алюминиевые или кварцевые стержни, расположенные вертикально, введены специальные вставки, состоящие из алюминиевых или кварцевых трубок с размещенными в них железными прутками и заполненные мраморной крошкой, в качестве материала блоков использован графит, вставки центрированы заглушками с отверстиями и закреплены хомутами, к полым стержням подсоединен коллектор, снабженный двумя вентилями и счетчиком.(72) Савелов Владимир Дмитриевич Намазбаев Тлеухан Серикбаевич Сизова Елена Петровна(54) ЭТАЛОННЫЙ ОБРАЗЕЦ ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ НЕЙТРОННЫХ ВЛАГОПЛОТНОМЕРОВ И ЗОЛОМЕРОВ КОКСА(57) Изобретение относится к области технической физики и радиоизотопного приборостроения, в частности, к средствам метрологического обеспечения, используемым для градуировки или поверки нейтронных влагомеров и влагоплотномеров доменного кокса. Техническим результатам изобретения является повышение точности и расширение диапазона воспроизведения состава и свойств натурального 12647 Изобретение относится к области технической физики и радиоизотопного приборостроения, в частности к средствам метрологического обеспечения, используемым для градуировки или поверки нейтронных,влагоплотномеров и золомеров доменного кокса. Известен эталонный образец для градуировки нейтронных влагомеров а.с. СССР,1122099 кл. 01 23/00, 1983 состоящий из помещенных в корпус материалов двух видов, один из которых является водородосодержащим. Внутри корпуса выполнена трехмерная стержневая решетка, в узлах которой размещены попеременно объемные блоки двух видов, причем блоки первого вида содержат водородосодержащие материалы, а блоки второго вида содержат химически чистые соединения, идентичные по составу измеряемому материалу. Недостатком известного эталонного образца являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что число блоков первого вида из водородосодержащих материалов строго фиксировано и позволяет воспроизводить только одно, максимальное значение влажности. Воспроизведение минимального значения влажности возможно только при полной замене водородосодержащих блоков на блоки второго вида,заключенные в оболочку из водородосодержащего материала. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому эталонному образцу является а.с. СССР 1205668, кл.01 23/00, 1985 эталонный образец, содержащий корпус, в полости которого размещены полые внутри стержни, на которых укреплены блоки. Блоки выполнены из химически чистых соединений по элементному составу и в процентном соотношении соответствующие тем,которые присутствуют в измеряемом материале. Количество блоков определяется в зависимости от заданной насыпной массы эталонного образца соотношением 3 10(1) 1 где 0 значение насыпной массы,воспроизводимое образцом, гсм 3, - внутренний объем корпуса эталонного образца, см 3 3 - масса стержневой решетки, г, Предприятие Алтайский КХЗ Донецкий коксохимический завод Кемеровский КХЗ Магнитогорский металлургический комбинат Енакиевский КХЗ Череповецкий металлургический комбинат 1 - масса одного блока, г. Внутрь полых стержней, изолированных друг от друга, заливают воду. Изменение влажности образца осуществляют путем заливки воды в стержни. Например, при заливке воды во все стержни,влажность образца максимальная макс, при заливке воды в каждый второй стержень макс/2,при заливке воды в каждый третий стержень макс/3. При отсутствии воды во всех стержнях влажность образца равна нулю (0). Изменение плотности образца осуществляется путем изменения расстояния между блоками(межцентрового расстояния). Уменьшение межцентрового расстояния ведет к увеличению плотности образца, увеличение межцентрового расстояния - к уменьшению плотности. Недостатком известного эталонного образца является то, что в нем невозможно достигнуть необходимых точности и диапазона воспроизведения состава и свойств натурального материала в зависимости от химического состава конкретного типа материала, например кокса, а также требуются значительные временные затраты для подготовки эталонного образца. Кокс - это твердый продукт коксования угля,полученный пиролизом коксующегося каменного угля при 1000-1100 С. В коксе содержится 86-90 углерода, воды до 5, золы от 6 до 9. Насыпная плотность кокса изменяется в диапазоне от 400 до 550 кг/м 3 и зависит от размеров кусков кокса. Влажность кокса зависит от типа тушения. Так при тушении водой влажность колеблется от 2,0 до 5,0, а при тушении инертным газом не превышает 0,5. Зола кокса представляет собой неорганический остаток, образующийся после полного сгорания кокса. Зола состоит из смеси содержащихся в коксе минеральных веществ. Химический состав золы кокса зависит от содержания минеральных примесей в углях (шихтах) поступающих на коксование. Химические составы золы отдельных коксохимических заводов приведены в таблице 1 Доменное производство. Подготовка руд и доменный процесс. Под ред. Вегмана Е.Ф. - М. Металлургия, 1989, стр. 43 12647 Согласно приведенной в таблице информации следует, что в процентном отношении химический состав золы кокса представляет собой смесь из окислов четырх основных элементов , ,и Са. В зависимости от вида кокса изменение содержания этих элементов в процентном отношении колеблется в широких пределах, что приводит к дополнительной погрешности при градуировке влагомеров и влагоплотномеров, из-за неучта таких колебаний. Следует также отметить,что в составе золы присутствует в сумме до 84 окислов элементов двух видов -и А. Принцип действия нейтронных влагомеров основан на эффекте замедления быстрых нейтронов в процессе упругого рассеяния на ядрах атомов водорода, входящих в состав молекул воды,содержащихся в веществе или материале. Регистрируя число замедлившихся нейтронов судят о влажности контролируемого материала. Замедлившиеся нейтроны в результате эффекта радиационного захвата могут поглощаться ядрами элементов, входящих в состав контролируемого материала. Поглощение происходит на тяжелых элементах, таких как железо, кальций, кремний и т.д. Известный эталонный образец воспроизводит химический состав материала за счт блоков,установленных на полых внутри стержнях,химическим составом стержней пренебрегают, что приводит к дополнительной погрешности при воспроизведении свойств и состава натурального материала. Кроме того, в известном устройстве число блоков фиксировано, что позволяет воспроизводить только одно значение насыпной плотности при неизменном химическом составе входящих в натуральный образец элементов. Таким образом, в известном устройстве появляются дополнительные погрешности за счт влияния полых стержней на состав и свойства образца, а также отсутствует возможность оперативного изменения свойств моделируемого материала таких, как массовые доли элементов и их общее количество входящих, например, в состав золы доменного кокса. При отсутствии воды во всех стержнях стандартного образца его влажность должна быть равна нулю (0), но в действительности полые трубки эталонного образца длительное время после выпуска воды продолжают оставаться влажными. В результате требуется дополнительное время на подготовку эталонного образца. Кроме того, в известном образце не предусматривается никаких устройств измерения и контроля за количеством поступающей в полые стержни воды. Техническим результатам изобретения является повышение точности и расширение диапазона воспроизведения состава и свойств натурального(моделируемого) материала, в частности доменного кокса, а также сокращение времени подготовки эталонного образца. Технический результат достигается тем, что 1. В эталонный образец для градуировки нейтронных влагоплотномеров и золомеров кокса,состоящий из помещнной в корпус трхмерной стержневой решетки, выполненной из полых стержней, на которых укреплены блоки из соединений, идентичных элементам входящим в состав воспроизводимого(моделируемого) материала, а стержни заполнены водой, ВВЕДЕНЫ вставки в вертикально расположенные и изолированные друг от друга стержни,выполненные из алюминиевых трубок, причм вставки состоят из кварцевых трубок с размещенными в них железными прутками и заполненные мраморной крошкой, при этом в качестве материала блоков использован графит, а вставки фиксированы заглушками с отверстиями и закреплены хомутами, к полым стержням подсоединн коллектор,снабжнный двумя вентилями и счтчиком, а количество графитовых блоков 1, алюминиевых стержней 2, кварцевых трубок 3, железных прутков 4 определяются соответственно соотношениями, (5) 4 где- значение массовой доли углерода,воспроизводимое эталонным образцом, кг- значение массовой доли алюминия,воспроизводимое эталонным образцом, кг М 2 - значение массовой доли 2,4 воспроизводимое эталонным образцом, кг М - значение массовой доли железа,воспроизводимое эталонным образцом, кг 1 - масса графитового блока, кг 2 - масса алюминиевого стержня, кг 3 - масса кварцевой трубки, кг 4 - масса железного прутка, кг,при этом масса мраморной крошки 5 определяется соотношением 5 где М - значение массовой доли СаО,воспроизводимое эталонным образцом, кг значения насыпной массы (плотности) с и зольностивоспроизводимые эталонным образцом определяются соответственно выражениями 22334451 1 12647 масса воды 2 полых стержнях определяется соотношением, (9) 1 где- значение влажности, воспроизводимое эталонным образцом, . 2. В эталонный образец для градуировки нейтронных влагоплотномеров и золомеров кокса(варианты), состоящий из помещнной в корпус трхмерной стержневой решетки, выполненной из полых стержней, на которых укреплены блоки из соединений, идентичных элементам входящим в состав воспроизводимого(моделируемого) материала, стержни заполнены водой, ВВЕДЕНЫ вставки в вертикально расположенные и изолированные друг от друга стержни,выполненные из кварцевых трубок, причм вставки состоят из алюминиевых трубок с размещенными в них железными прутками и заполненные мраморной крошкой, при этом в качестве материала блоков использован графит, а вставки фиксированы заглушками с отверстиями и закреплены хомутами,к полым стержням подсоединн коллектор,снабжнный двумя вентилями и счтчиком, а количество графитовых блоков 1, кварцевых стержней 2, алюминиевых трубок 3, железных прутков 4 определяются соответственно соотношениями 4, (13) 4 где- значение массовой доли углерода,воспроизводимое эталонным образцом, кг М 2 - значение массовой доли 2,3 воспроизводимое эталонным образцом, кг- значение массовой доли алюминия,воспроизводимое эталонным образцом, кг М - значение массовой доли железа,воспроизводимое эталонным образцом, кг 1 - масса графитового блока, кг 2 - масса кварцевой стержня, кг 3 - масса алюминиевого трубки, кг 4 - масса железного прутка, кг,при этом масса мраморной крошки 5 определяется соотношением 5 где М - значение массовой доли СаО,воспроизводимое эталонным образцом, кг значения насыпной массы (плотности) с и зольности образцом определяются соответственно выражениями 22334451 1, (17) 1 где- значение влажности, воспроизводимое эталонным образцом, . На фиг.1 показано сечение полого стержня со вставкой. На фиг.2 показан общий вид эталонного образца. Эталонный образец состоит из графитовых блоков 1, полых стержней 2, втулок 3, вставок,состоящих из трубок 4, железных прутков 5 и мраморной крошки 6, заглушек 7 с отверстиями 8,хомутов 9, коллектора 10, вентилей 11, 13, счтчика 12, корпуса 14. Для воспроизведения углерода кокса используется графит, конструктивно выполненный в виде цилиндрических блоков 1 со сквозными отверстиями внутри (см. фиг.1). Графитовые блоки могут содержать графит находящийся в различных состояниях - порошках,гранулах, в виде цилиндров с просверленными отверстиями и т.д. Графитовые блоки 1 размещаются на полых стержнях 2, установленных вертикально, и разделяются втулками 3, выполненными из того же материала, что и полые стержни. Внутрь полых стержней вводятся вставки, состоящие из алюминиевых или кварцевых трубок 4 в которые вводятся железные прутки 5 и заполняется мраморная крошка 6. Вставки центрируются заглушками 7. Для вывода воздуха из полых стержней при заполнении их водой в заглушках предусмотрены отверстия 8. Крепление вставок осуществляется хомутами 9. Для подачи воды и сжатого воздуха в полые стержни к ним подсоединен коллектор 10(см.фиг.2), причм подача и сброс воды осуществляется через вентиль 11 и счтчик 12, а подача сжатого воздуха - через вентиль 13. Стержневая решетка помещена в корпус 14. Для воспроизведения элементного состава золы в устройстве используют материалы из 2, ,и СаО - стержни (2, ), трубки (2, ), прутки, мраморная крошка (СаО). Устройство имеет две модификации, в зависимости от соотношения основных элементов,присутствующих в составе золы. Так при преобладании в составе золы алюминия,используются полые стержни из алюминиевых трубок, в которые вводятся кварцевые трубки 2 12647 меньшего размера с помещенными в них прутками железа и мраморной крошкой. При преобладании в составе золы кремния,используются полые стержни из кварцевых трубок,в которые вводятся вставки из алюминиевых трубок меньшего размера с помещенными в них прутками железа и мраморной крошкой. Трубки со вставками равномерно распределяются по всему объму эталонного образца, а их количество зависит от процентного содержания золообразующих элементов в доменном коксе,который воспроизводится эталонным образцом. Конструкция вставок позволяет свободно вводить и извлекать их из полых стрежней, что дат возможность изменять зольность и элементный состав эталонного образца в широком диапазоне. Значение насыпной плотности с (кг/м 3) воспроизводимое эталонным образцом будет определяться по формулезола где Мс - масса углерода, кг Мзола - масса золообразующих элементов, кг- объм эталонного образца, м 3. Значение зольностивоспроизводимое эталонным образцом будет определяться соотношениемзола, (19)зола Масса воды 2 (кг), которое будет заполнять трубки зависит от воспроизводимой эталонным образцом влажности 2 Откуда можно получить значение массовой доли воды(зола )2, (22) 1 Количество графитовых блоков 1,алюминиевых стержней 2, кварцевых трубок 3,железных прутков 4 для первой модификации эталонного образца определяются соответственно соотношениями, (26) 4 где- значение массовой доли углерода,воспроизводимое эталонным образцом, кг 4- значение массовой доли алюминия,воспроизводимое эталонным образцом, кг М 2 - значение массовой доли 2,воспроизводимое эталонным образцом, кг М - значение массовой доли железа,воспроизводимое эталонным образцом, кг 1 - масса графитового блока, кг 2 - масса алюминиевого стержня, кг 3 - масса кварцевой трубки, кг 4 - масса железного прутка, кг,при этом масса мраморной крошки 5 определяется соотношением 5 где М - значение массовой доли СаО,воспроизводимое эталонным образцом, кг Масса золообразующих элементов воспроизводимая эталонным образцом определяется в зависимости от массовых долей элементов и равна их сумме Мзолы М 2 М,(28) Значения насыпной массы (плотности) с и зольности воспроизводимые эталонным образцом с учтом (23)-(27) можно представить соответственно выражениями 22334451 1, (30) 112233445 где- объм эталонного образца, м 3 Количество графитовых блоков 1, кварцевых стержней 2, алюминиевых трубок 3, железных прутков 4 для второй модификации эталонного образца определяются соответственно соотношениями 4, (34) 4 где- значение массовой доли углерода,воспроизводимое эталонным образцом, кг М 2 - значение массовой доли 2,3 воспроизводимое эталонным образцом, кг- значение массовой доли алюминия,воспроизводимое эталонным образцом, кг М - значение массовой доли железа,воспроизводимое эталонным образцом, кг 1 - масса графитового блока, кг 2 - масса кварцевого стержня, кг 3 - масса алюминиевой трубки, кг 4 - масса железного прутка, кг,5 12647 при этом масса мраморной определяется соотношением 5 где М - значение массовой доли СаО,воспроизводимое эталонным образцом, кг Масса золообразующих элементов воспроизводимая эталонным образцом определяется в зависимости от массовых долей элементов и равна их сумме Мзолы М 2 М,(36) Значения насыпной массы (плотности) с и зольности воспроизводимые эталонным образцом с учтом (31)-(35) можно представить соответственно выражениями 22334451 1, (38) 112233445 где- объм эталонного образца, м 3 Для быстрого приведения эталонного образца в исходное состояние при измерении минимальной влажности, в коллектор подают сжатый воздух,который высушивает внутренние стенки полых стержней, коллектора и наружных поверхностей специальных вставок. Преимуществом предлагаемого технического решения по сравнению с известными, является то,что при градуировке влагоплотномеров учитывается не только влияние на показание влагоплотномеров такого параметра, как зольность кокса, но и имеется возможность оперативного изменения свойств моделируемого материала в сторону приближения свойств эталонного образца к свойствам кокса конкретного производителя (см. таблицу 1). Техническим преимуществом при градуировке золомеров кокса является то, что конструкция эталонного образца позволяет оперативно изменять и воспроизводить не только значение зольности, но и массовую долю входящих в состав золы элементов за счт количества и состава вставок. Применение режима просушивания сокращает время подготовки эталонного образца для градуировки влагомеров. 1. Эталонный образец для градуировки нейтронных влагоплотномеров и золомеров кокса,состоящий из помещенной в корпус трхмерной решетки, выполненной из полых стержней, на которых укреплены блоки из материалов,идентичных элементам, входящим в состав воспроизводимого (моделируемого) материала кокса, при этом часть стержней заполнены водой,отличающийся тем, что в другую часть стержней,вертикально расположенных, изолированных друг от друга и выполненных из алюминиевых трубок,введены вставки, причм вставки состоят из 6 кварцевых трубок с размещенными в них железными прутками и заполненных мраморной крошкой, при этом в качестве материала блоков использован графит, а вставки фиксированы заглушками с отверстиями и закреплены хомутами,к полым стержням подсоединн коллектор,снабжнный двумя вентилями и счтчикомводомером, а количество графитовых блоков 1,алюминиевых стержней 2, кварцевых трубок 3,железных прутков 4 определяются соответственно соотношениями 1/1, 21/2, 3 М 2 /3, 4/4 где Мс - значение массовой доли углерода,воспроизводимое эталонным образцом, кгзначение массовой доли алюминия,воспроизводимого эталонным образцом, кг М 2 значение массовой доли 2, воспроизводимое эталонным образцом, кг М - значение массовой доли железа, воспроизводимое эталонным образцом,кг 1 - масса графитового блока, кг 2 - масса алюминиевого стержня, кг 3 - масса кварцевой трубки, кг 4 - масса железного прутка, кг,при этом масса мраморной крошки 5 определяется соотношением 5,где МСа - значение массовой доли СаО,воспроизводимого эталонным образцом,кг,значения насыпной массы (плотности) рс и зольности воспроизводимые эталонным образцом определяются соответственно выражениями Рс(112233445)/,(2233445)/ (112233 445) где- объм эталонного образца, м 3 масса воды М Н 2 О полых стержнях определяется соотношением М Н 2 О /(-),где- значение влажности, воспроизводимое эталонным образцом, в . 2. Эталонный образец для градуировки нейтронных влагоплотномеров и золомеров кокса,состоящий из помещнной в корпус трхмерной решетки, выполненной из полых стержней, на которых укреплены блоки из материалов,идентичных элементам входящим в состав воспроизводимого (моделируемого) материала кокса, при этом часть стержней заполнены водой,отличающийся тем, что в другую часть стержней,вертикально расположенных, изолированных друг от друга и выполненных из кварцевых трубок,введены вставки, причем вставки состоят из алюминиевых трубок с размещенными в них железными прутками и заполненных мраморной крошкой, при этом в качестве материала блоков использован графит, а вставки фиксированы 12647 заглушками с отверстиями и закреплены хомутами,к полым стержням подсоединн коллектор,снабженный двумя вентилями и счтчикомводомером, а количество графитовых блоков 1,кварцевых стержней 2, алюминиевых трубок 3 железных прутков 4 определяются соответственно соотношениями 1/1, 2 М/2, 3 М/3, 4/4 2 где Мс - значение массовой доли углерода,воспроизводимое эталонным образцом, кгзначение массовой доли алюминия,воспроизводимого эталонным образцом, кг М 2 значение массовой доли 2, воспроизводимое эталонным образцом, кг Ме - значение массовой доли железа, воспроизводимое эталонным образцом,кг 1 - масса графитового блока, кг 2- масса кварцевого стержня, кг 2 - масса алюминиевой трубки, кг 3 - масса железного прутка, кг, при этом масса мраморной крошки 5 определяется соотношением 5 М Са,где МаО - значение массовой доли СаО,воспроизводимого эталонным образцом,кг,значения насыпной массы (плотности) рс и зольности воспроизводимые эталонным образцом определяются соответственно выражениями Рс(112233445)/,(2233445)/ (112233 445) где- объм эталонного образца, м 3 масса воды М Н 2 О в полых стержнях определяется соотношением