水泥多元素分析

1、丹東東方測(cè)控中子活化水泥元素在線分析儀一 、產(chǎn)品簡(jiǎn)介DF-5701中子活化水泥元素在線分析儀(圖1-1)是跨皮帶式水泥物料在線檢測(cè)裝置。用于料堆管理、生料配料過(guò)程中元素成分的在線檢測(cè)。DF-5701的裝置為模塊化結(jié)構(gòu)，不需切割皮帶，可繞皮帶安裝。DF-5701運(yùn)行時(shí)，皮帶從測(cè)量裝置內(nèi)托槽上滑過(guò)，對(duì)流經(jīng)的所有物料進(jìn)行檢測(cè)，整個(gè)檢測(cè)過(guò)程不接觸物料，不影響皮帶運(yùn)行。DF-5701每分鐘給出一次檢測(cè)結(jié)果，精確分析出各元素含量以及相關(guān)的質(zhì)量控制參數(shù)。根據(jù)分析儀實(shí)時(shí)檢測(cè)信息，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行有效控制，改良生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量。圖1-1 DF-5701中子活化水泥元素在線分析儀裝置二、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

2、DF-5701中子活化水泥元素在線分析儀由測(cè)量裝置、中子源、探測(cè)器、信號(hào)處理柜以及主機(jī)五個(gè)部分構(gòu)成。(圖2-1)圖2-1 DF-5701結(jié)構(gòu)圖1.測(cè)量裝置測(cè)量裝置采用模塊式框架結(jié)構(gòu)。包含支持測(cè)量過(guò)程中核相互作用的關(guān)鍵部件，同時(shí)對(duì)射線進(jìn)行輻射防護(hù)，使裝置周?chē)鷦┝柯蔬_(dá)到輻射安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，保證工作人員的健康安全。2.中子源中子源安裝于測(cè)量裝置的下部，位于物料皮帶的正下方，內(nèi)部裝有一個(gè)或多個(gè)不銹鋼封裝的252Cf源芯。252Cf的半衰期為2.6年，放射性活度隨著持續(xù)發(fā)射中子減小，約二年半時(shí)間，需補(bǔ)充新的中子源芯達(dá)到初始源強(qiáng)度。3.探測(cè)器探測(cè)器安裝于測(cè)量裝置的上部，位于物料皮帶的正上方，用于接收物料被中

3、子作用后發(fā)出的射線。探測(cè)器外包有射線抑制體和恒溫部件。其中，射線抑制體用于抑制干擾射線，并由恒溫部件對(duì)探測(cè)器進(jìn)行恒溫。4.信號(hào)處理柜信號(hào)處理柜內(nèi)有探測(cè)器外圍部件，電子信號(hào)處理部件和溫度控制部件。探測(cè)器外圍部件為探測(cè)器運(yùn)行提供高、低壓電源。電子信號(hào)處理部件的主要功能是將來(lái)自探測(cè)器的模擬信號(hào)，通過(guò)ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。溫度控制部件用于控制探測(cè)器溫度和柜內(nèi)溫度。信號(hào)處理柜可以安裝在墻上或支架上，與探測(cè)器相連接的電纜線長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)為25米。5.主機(jī)主機(jī)由硬件和軟件組成，主要采集來(lái)自電子信號(hào)處理單元的數(shù)字信號(hào)，并對(duì)這些數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解析，計(jì)算出元素成分含量及相關(guān)的質(zhì)量控制參數(shù)，指導(dǎo)和控制水泥生產(chǎn)。硬件包括計(jì)算

4、機(jī)、調(diào)制解調(diào)器和網(wǎng)卡，可配置打印機(jī)。計(jì)算機(jī)內(nèi)配有數(shù)據(jù)傳輸接口，與自動(dòng)控制系統(tǒng)連接，還可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷功能。軟件利用元素譜庫(kù)多元回歸算法，對(duì)復(fù)雜的伽瑪能譜進(jìn)行解析，每分鐘給出一次分析結(jié)果，實(shí)時(shí)顯示,并提供多種方式報(bào)表查詢。三、工作原理DF-5701采用中子活化瞬發(fā)分析(PGNAA)技術(shù)。由中子源放出平均能量為2.35MeV的快中子，快中子被測(cè)量裝置慢化為熱中子，并由熱中子照射水泥物料與物料中各元素原子核發(fā)生熱中子俘獲反應(yīng)，放射出不同能量及強(qiáng)度的特征射線，通過(guò)檢測(cè)特征射線的能量辨識(shí)物料中元素種類(lèi)，通過(guò)檢測(cè)特定能量射線的強(qiáng)度得出元素含量。圖3-1 PGNAA原理圖每種元素對(duì)中子活化過(guò)程的

5、反應(yīng)不盡相同，這表現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面是一些元素的活化性比另一些元素要高，例如鐵非常活躍，而碳和氧的惰性很高，表現(xiàn)為與中子作用后放出的射線強(qiáng)度不同。各元素間的另一個(gè)關(guān)鍵不同在于每種元素會(huì)放射出（具有已知強(qiáng)度）一組特定能量的射線，稱為特征射線，例如，鈣元素會(huì)放射出能量不同的射線，最明顯的是4.42MeV和6.42MeV。碘化鈉閃爍體探測(cè)器接收到射線時(shí)會(huì)產(chǎn)生光脈沖，光脈沖進(jìn)入光電倍增管后生成電脈沖，電脈沖經(jīng)過(guò)電子信號(hào)處理部件放大和ADC轉(zhuǎn)換，進(jìn)而生成復(fù)合射線能譜。然后，使用微處理器和高級(jí)分析軟件可分解出該能譜的成分（元素）。四、技術(shù)參數(shù)表4-1 DF-5701技術(shù)參數(shù)應(yīng)用皮帶寬度500800mm

6、10001200mm 14001600mm長(zhǎng)2150 mm 2150 mm 2150 mm寬1650 mm 2050 mm 2350 mm高2150 mm 2500 mm 2650mm重量4.5噸6.0噸 7.5噸托槽角度30° 45°中子源30 60ug 252Cf正常運(yùn)行溫度40至60電源220VAC±10，1，50HZ±5，6安培探測(cè)器至主機(jī)標(biāo)準(zhǔn)為25m信號(hào)處理柜至主機(jī)雙纜線電纜，最遠(yuǎn)2500米，更遠(yuǎn)采用光纖測(cè)量原理中子活化瞬發(fā)分析（PGNAA）技術(shù)分析時(shí)間1分鐘，用戶可設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)分析元素鈣、硅、鐵、鋁質(zhì)量控制參數(shù)KH，n，p，C3S，C2S，C3A

7、，C2F，C4AF，易燒指數(shù),燒失量DF-5701報(bào)告的參數(shù)如下：氧化物：CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgO 計(jì)算的質(zhì)量控制參數(shù)：石灰飽和系數(shù)、硅酸率、鋁氧率、C3S、C2S、C3A、C2F、C4AF、易燒指數(shù)、燒失量五、產(chǎn)品應(yīng)用DF-5701在水泥廠中主要用于料堆管理和生料配料。根據(jù)分析儀對(duì)原料的實(shí)時(shí)檢測(cè)信息，通過(guò)采石場(chǎng)優(yōu)化調(diào)度控制和質(zhì)量、成分統(tǒng)計(jì)實(shí)現(xiàn)料堆管理功能，而通過(guò)控制各種生料原料的給料量實(shí)現(xiàn)生料配料功能。圖5-1 DF-5701的應(yīng)用1.料堆管理DF-5701的測(cè)量裝置可使皮帶貼在托槽上滑過(guò)。托槽角度為30°至45°變化范圍，方便安裝。DF-5701

8、將在水平皮帶和傾角最大不超過(guò)18°的皮帶上工作。DF-5701可以與各種皮帶組合一起使用。但由于某些皮帶上的化合物可能會(huì)對(duì)分析性能造成負(fù)面影響，根據(jù)具體應(yīng)用環(huán)境作相應(yīng)處理。DF-5701不宜用于鋼芯皮帶或含有氯的皮帶,但極少量鋼絲不會(huì)對(duì)分析儀性能帶來(lái)顯著影響。皮帶接頭推薦硫化的方法，防止損傷DF-5701托槽。皮帶載荷會(huì)影響分析儀的性能，因此也是重要的考慮因素之一。皮帶載荷過(guò)少，物料產(chǎn)生的特征射線少,引起計(jì)數(shù)率低，從而增加了統(tǒng)計(jì)漲落誤差，降低了重復(fù)性，同時(shí)測(cè)量精度也受到一定影響。因此，盡可能避免皮帶載荷過(guò)少的發(fā)生，將有助于持續(xù)獲得好的分析結(jié)果。DF-5701系統(tǒng)可以與過(guò)程控制軟件配合

9、使用，進(jìn)行料堆管理，以監(jiān)控預(yù)混料堆的化學(xué)成分。使用過(guò)程控制軟件時(shí)可以采用手動(dòng)模式或自動(dòng)模式。u 手動(dòng)模式過(guò)程控制軟件根據(jù)稱重秤及分析儀測(cè)得的結(jié)果來(lái)調(diào)度采石場(chǎng)的作業(yè)，指導(dǎo)開(kāi)采車(chē)到不同礦區(qū)開(kāi)采，使各種品位的礦搭配使用，以滿足以最低成本均化料堆的質(zhì)量控制要求。手動(dòng)模式控制適用于通過(guò)合理調(diào)度開(kāi)采和運(yùn)輸作業(yè)設(shè)備以達(dá)到采石場(chǎng)所要求質(zhì)量的應(yīng)用場(chǎng)合。圖5-2 手動(dòng)模式下的過(guò)程控制u 自動(dòng)模式自動(dòng)模式下，過(guò)程控制軟件用于原料存放在不同庫(kù)（每個(gè)庫(kù)下有自動(dòng)給料）中的情況?？刂栖浖ㄟ^(guò)控制系統(tǒng)（PLC系統(tǒng)）來(lái)自動(dòng)控制物料的配比，以滿足預(yù)混料堆的質(zhì)量要求。圖5-3 自動(dòng)模式下的過(guò)程控制料堆管理系統(tǒng)功能l 有多種可行的配

10、料方案時(shí)，選擇成本最低的配料方案l 用戶可設(shè)置質(zhì)量控制目標(biāo)的優(yōu)先級(jí)，執(zhí)行最合適用戶需求的配料方案l 提供每個(gè)料堆的成分，以供品質(zhì)評(píng)價(jià)l 提供滿足料堆質(zhì)量目標(biāo)所需的物料的成分和質(zhì)量料堆管理系統(tǒng)的主要顯示內(nèi)容l 采礦點(diǎn)的成分（化學(xué)分析）l 質(zhì)量控制參數(shù)（KH，n，p等）的目標(biāo)值l 料堆物料的成分（由DF-5701 確定）l 料堆質(zhì)量（由稱重秤確定）料堆管理系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)料堆管理系統(tǒng)將在新廠建設(shè)和原廠運(yùn)行兩個(gè)環(huán)節(jié)為您節(jié)省資金。對(duì)于新廠建設(shè)，DF-5701不再需要下列設(shè)置：l 獨(dú)立的粘土和石灰石均化堆場(chǎng)l 取樣系統(tǒng)對(duì)于原廠運(yùn)行l(wèi) 無(wú)需取樣化驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室成本下降l 使礦山開(kāi)采更加合理化l 降低預(yù)混料的成分波動(dòng)l

11、 提高預(yù)混料的質(zhì)量l 最大化利用劣質(zhì)礦山資源2.生料配比DF-5701與自動(dòng)配料軟件結(jié)合使用，可進(jìn)行生料配料過(guò)程控制。稱重秤、分析儀將當(dāng)前檢測(cè)結(jié)果送入配料軟件，配料軟件根據(jù)用戶質(zhì)量控制參數(shù)（KH，n，p）目標(biāo)值，控制各原料給料機(jī)給料量，使配料滿足質(zhì)量控制要求。圖5-4 生料配料過(guò)程控制生料配比系統(tǒng)的主要顯示內(nèi)容l 原料的成分（化學(xué)分析）l 質(zhì)量控制參數(shù)（KH，n，p等）的目標(biāo)值l 混合料的成分（由DF-5701 確定）l 各原料的給料量（由稱重秤確定）生料配料優(yōu)點(diǎn)l 減小均化庫(kù)規(guī)模l 降低均化庫(kù)運(yùn)行成本l 減小預(yù)均化堆場(chǎng)面積l 降低入窯生料成分波動(dòng)和燃料成本l 提高生料合格率，進(jìn)而提高熟料質(zhì)量

12、l 有多種可行的配料方案時(shí)，選擇成本最低的配料方案l 減少窯的操作l 水泥粉磨能耗下降l 延長(zhǎng)耐火磚的使用壽命成本合理性圖5-5說(shuō)明了DF-5701分析儀在使用中的成本合理性。圖5-5 購(gòu)買(mǎi)DF-5701的成本合理性六、產(chǎn)品特點(diǎn)全面：測(cè)量通過(guò)的所有物料，代表性強(qiáng)；快速：每分鐘給出一次成分?jǐn)?shù)據(jù)；有效：為生產(chǎn)提供關(guān)鍵參數(shù)數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行有效控制；穩(wěn)定：雙環(huán)控溫、自動(dòng)穩(wěn)譜，長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行；安全：更為有效的屏蔽體，裝置周?chē)椛鋭┝康陀趪?guó)外同類(lèi)產(chǎn)品。DF-5701最根本的是提供了一種皮帶物料元素成分的在線檢測(cè)手段,與其它檢測(cè)手段相比，有著無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)。在以往的工藝中，需要取樣、制樣，最后化驗(yàn)分析，整個(gè)過(guò)程

13、需要數(shù)小時(shí)有時(shí)甚至是幾天,反饋控制嚴(yán)重滯后。另外化驗(yàn)分析僅使用料流的一小部分（通常為10-9），一般來(lái)講，測(cè)量誤差主要是由于化驗(yàn)分析所用的極小部分被視為整個(gè)料流的代表，代表性差。與化學(xué)分析相比，DF-5701的分析結(jié)果代表性強(qiáng)，整體誤差小。由于DF-5701是對(duì)整個(gè)料流進(jìn)行檢測(cè)，反映了物料的全部信息。分析儀的隨機(jī)誤差即是該分析系統(tǒng)的整體誤差。相反，與化驗(yàn)分析相關(guān)的隨機(jī)誤差在化驗(yàn)系統(tǒng)的整體誤差中只占其中一部分，有時(shí)甚至只是很小一部分， 而其他隨機(jī)誤差主要來(lái)自取樣和制樣。因此，有時(shí)表面上看DF-5701的隨機(jī)誤差似乎很大，但實(shí)際上整體誤差比化學(xué)分析要小的多。與化學(xué)分析相比，DF-5701每分鐘即可

14、給出檢測(cè)結(jié)果，實(shí)時(shí)性強(qiáng),反饋迅速。分析儀每分鐘提供前一分鐘通過(guò)的物料的成分檢測(cè)值,及時(shí)反映物料成分的變化趨勢(shì)，并迅速采取措施，調(diào)整搭配比例，控制物料成分的波動(dòng)。因此，具有過(guò)程控制功能的在線分析儀在分析速度上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。七、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用圖7-1 應(yīng)用于生料配料自動(dòng)控制的分析儀現(xiàn)場(chǎng)效益分析：n 使生料成分穩(wěn)定n 使窯的運(yùn)行狀況穩(wěn)定n 使臺(tái)時(shí)產(chǎn)量提高6%左右n 使出窯熟料三率值合格率達(dá)到90%以上n 使熟料三天強(qiáng)度提高2-3MPan 使出窯熟料的f-CaO1.50%的合格率在90%以上，穩(wěn)定并提高了熟料質(zhì)量附錄 輻射防護(hù)1基礎(chǔ)知識(shí)放射性是宇宙間一種最普遍、最基本且最具活力的自然現(xiàn)象，宇宙間的運(yùn)動(dòng)和能

15、量，主要來(lái)源于放射性。宇宙中所有的發(fā)光星體都是由于核爆炸。如果沒(méi)有了放射性現(xiàn)象，宇宙將會(huì)變得一片黑暗。人類(lèi)居住的地球始終到處都存在著放射性。地球上的放射性本底主要來(lái)自以下幾個(gè)方面：、來(lái)自宇宙空間的星體。太陽(yáng)本身就是在持續(xù)不停地進(jìn)行著熱核聚變反應(yīng)（氫彈爆炸）。、地層內(nèi)放出的放射性氣體；、各種礦物以及人們居住周?chē)慕ㄖ牧现幸埠胁煌潭鹊姆派湫晕镔|(zhì)。、人們吃的糧食中，都含有放射性。放射性衰變主要會(huì)產(chǎn)生射線、射線和射線。射線、射線等帶電粒子進(jìn)入物質(zhì)后，主要是與物質(zhì)的電子相互作用，引起物質(zhì)的電離。射線等不帶電粒子進(jìn)入物質(zhì)后，首先產(chǎn)生一個(gè)或幾個(gè)帶電粒子，這些帶電粒子再與物質(zhì)的電子相互作用，引起物質(zhì)的電

16、離。因此，射線與物質(zhì)的相互作用的結(jié)果，主要可以歸結(jié)為物質(zhì)的電離。人類(lèi)一直受到天然電離輻射源的照射，雖然這些射線對(duì)人體會(huì)造成損傷，但人體有很強(qiáng)的修復(fù)功能。在我國(guó)廣東省陽(yáng)江放射性高本底地區(qū)，雖然放射性本底劑量比正常地區(qū)高得多，但當(dāng)?shù)鼐用竦慕】禒顩r與對(duì)照地區(qū)比較，并未發(fā)現(xiàn)顯著差異。對(duì)于放射性工作人員的職業(yè)照射，在輻射防護(hù)劑量限值的范圍內(nèi)，其損傷也是輕微的、可以修復(fù)的。因此，對(duì)于放射性，我們既要注意防護(hù)，盡可能合理降低輻射的危害，也不必產(chǎn)生恐慌心理，影響我們的正常工作和生活。2 DF-5701的輻射防護(hù)DF-5701使用252Cf同位素中子源，放出平均能量為2.35MeV的中子射線，和一定的射線。放射

17、性物質(zhì)用雙層外殼封裝，內(nèi)層為鉑銠合金，外層為不銹鋼。整個(gè)源芯裝在源室內(nèi)，源室外先用高原子序數(shù)材料屏蔽射線，再用氫物質(zhì)及中子吸收材料屏蔽中子。裝置用來(lái)屏蔽的材料重達(dá)3.25噸，使射線全部集中在DF-5701測(cè)量隧道內(nèi)，而周?chē)鷰缀鯚o(wú)泄露。根據(jù)理論計(jì)算與實(shí)際測(cè)量，DF-5701周?chē)鷦┝慨?dāng)量率小于2.5Sv/h，DF-5701為全自動(dòng)測(cè)量，不需人員操作，日常生產(chǎn)維護(hù)中按照每天在DF-5701處停留1小時(shí)，每年工作360天，則工作者每年所接收到的劑量當(dāng)量為0.9mSv，此劑量要低于國(guó)家規(guī)定的公眾劑量限值年有效量1mSv的規(guī)定。下表列出了日常生活中所接收到的輻射劑量的一些數(shù)值。 (數(shù)據(jù)來(lái)源：江西省環(huán)保廳網(wǎng)站，中國(guó)核學(xué)會(huì)網(wǎng)站。)附錄 日常生活中所接收到的劑量住北京地區(qū)天然本底2mSv/年海拔500米高地區(qū)天然本底0.39mSv/年沉積巖地帶，地殼輻射本底0.5mSv/年磚房（每天室內(nèi)11小時(shí)）0.1mSv/年泥土、空氣0.5mSv/年行乘飛機(jī)0.01mSv/小時(shí)食吃食物0.2mSv/年習(xí)慣每天抽20支香煙 051 mSv/年帶夜光表002 mSv/年每天看兩個(gè)小時(shí)電視0.02mSv/年醫(yī)療X光檢查01 mSv/次胸部透視大于0.1mSv/次門(mén)診透視大于0.3mSv/次消化道造影大于