Реферат: Измерение уровня жидкого металла в кристаллизаторе МНЛЗ
<span Times New Roman",«serif»">Министерствообразования Российской Федерации
<span Times New Roman",«serif»">МагнитогорскийГосударственный Технический Университет
<span Times New Roman",«serif»"> им Г.И. Носова
<span Times New Roman",«serif»"> Факультет Аи ВТ
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">КафедраПромышленной Кибернетики и Систем Управления
<span Times New Roman",«serif»">Курсовая работа
<span Times New Roman",«serif»">По дисциплине:
<span Times New Roman",«serif»"> Техническиеизмерения и приборы<span Times New Roman",«serif»">На тему:
<span Times New Roman",«serif»"> Измерение уровня жидкого металла в<span Times New Roman",«serif»">кристаллизатореМНЛЗ
<span Times New Roman",«serif»">Выполнилстудент группы АМ-00-1:
<span Times New Roman",«serif»">СеребренниковД.Г.
<span Times New Roman",«serif»"> Проверил: Сергеев
<span Times New Roman",«serif»"> А.И.<span Times New Roman",«serif»">Магнитогорск2003
<span Times New Roman",«serif»">
СодержаниеTOC o «1-6» h z u СодержаниеPAGEREF _Toc35410331 h 1<span Times New Roman",«serif»;mso-no-proof: yes">
ВведениеPAGEREF _Toc35410332 h 2<span Times New Roman",«serif»;mso-no-proof: yes">
Способыизмерения уровня жидкого металла в кристаллизаторе МНЛЗPAGEREF _Toc35410333 h 7<span Times New Roman",«serif»;mso-no-proof: yes">
ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ С ПОМОЩЬЮ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВPAGEREF _Toc35410334 h 7<span Times New Roman",«serif»;mso-no-proof: yes">
ОбластьпримененияPAGEREF _Toc35410335 h 7<span Times New Roman",«serif»;mso-no-proof: yes">
Измерениеуровня металла в кристаллизаторе посредством измерительного устройства, работающего на основе радиоактивностиPAGEREF _Toc35410336 h 10<span Times New Roman",«serif»;mso-no-proof: yes">
Датчикиинфракрасного излучения для определения уровня металла в кристаллизатореPAGEREF _Toc35410337 h 14<span Times New Roman",«serif»;mso-no-proof: yes">
Методконтроля уровня металла в кристаллизаторе основанный на использовании вихревыхтоков, индуктируемых катушкой, размещенной над зеркалом жидкого металла вкристаллизаторе.PAGEREF _Toc35410338 h 16<span Times New Roman",«serif»;mso-no-proof: yes">
СистемауровеньPAGEREF _Toc35410339 h 23<span Times New Roman",«serif»;mso-no-proof: yes">
СписоклитературыPAGEREF _Toc35410340 h 34<span Times New Roman",«serif»;mso-no-proof: yes">
Введение<span Times New Roman",«serif»"> Стабилизация уровня металла вкристаллизаторе является важнейшей и наиболее сложной задачей автоматизации МНЛЗ.[1]
<span Times New Roman",«serif»">Рассмотримпараметры, оказывающие влияние на уровень металла в кристаллизаторе.
<span Times New Roman",«serif»">На рис. 1 схематично показана частьтехнологической линии разливки металла от промежуточного ковша до тянущейклети. Жидкий металл, находящийся в промежуточном ковше, под действием силытяжести вытекает через стакан в ковше и попадает в кристаллизатор, гденачинаются кристаллизация и образование слитка.
<span Times New Roman",«serif»">Дальше металл сопределенной скоростью вытягивается из кристаллизатора, проходит зону вторичногоохлаждения и входит в ролики тянущей клети, которые обеспечивают его непрерывноедвижение по технологической линии. Затвердевший слиток после тянущей клетиразрезается на заготовки заданной длины.
<span Times New Roman",«serif»">Основныеособенности технологии разливки следующие.
<img src="/cache/referats/14119/image002.jpg" v:shapes="_x0000_i1026"><span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">Рис.1. Технологическая схема разливки металла вкристаллизатор: ПК — промежуточный ковш; К — кристаллизатор; ТК — тянущаяклеть; Р — резак.
<span Times New Roman",«serif»">Технологическийцикл имеет, как правило, постоянную длительность и большую часть временипроцесс является стационарным. Только дважды, в начале разливки и в конце,имеет место нестационарный режим.
<span Times New Roman",«serif»">Переход отнестационарного режима к стационарному можно охарактеризовать следующей системойравенств:
<span Times New Roman",«serif»"><img src="/cache/referats/14119/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1027">
<span Times New Roman",«serif»">где
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">HT<span Times New Roman",«serif»"> и <span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">H<span Times New Roman",«serif»">З<span Times New Roman",«serif»"> соответственно текущий изаданный уровень металла в промежуточномковше; <span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">VT<span Times New Roman",«serif»"> и <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">V<span Times New Roman",«serif»">3<span Times New Roman",«serif»"> — скороститянущей клети; <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">hT<span Times New Roman",«serif»"> и <span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">h<span Times New Roman",«serif»">3 <span Times New Roman",«serif»">— уровни металла в кристаллизаторе. Считается,что на установке могут быть обеспечены заданные значения <span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">H<span Times New Roman",«serif»">З<span Times New Roman",«serif»">, <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">V<span Times New Roman",«serif»">3<span Times New Roman",«serif»">и<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">h<span Times New Roman",«serif»">3<span Times New Roman",«serif»">.<span Times New Roman",«serif»">Четвертоеравенство, характеризующее состояние теплового баланса, не показано, поскольку,оно непринципиально для рассматриваемого случая.
<span Times New Roman",«serif»">Для подавляющегобольшинства МНЛЗ величины
<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">H<span Times New Roman",«serif»">З<span Times New Roman",«serif»"> и <span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">h<span Times New Roman",«serif»">3<span Times New Roman",«serif»"> от разливки к разливке изменяются незначительно. Скорость v3колеблется в 10 раз и более. Сечения кристаллизаторов также могут изменятьсяв больших пределах от 100X100 мм до 250Х 1600 мм (от 0,01 м2до 0,4 м2), т. е. в 40 раз.<span Times New Roman",«serif»"> Однако изменения скорости v3 разливки исечений кристаллизаторов характерны для разных типов МНЛЗ, а не конкретных,Для конкретной МНЛЗ эти параметры почти неизменны или изменяются в более узкихпределах, например, скорость — в 2 раза, сечение — в 4 раза.
<span Times New Roman",«serif»">Можно такжеотметить тенденцию к сохранению постоянства производительности МНЛЗ, т. е. сохраняетсяпроизведение
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">П =
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">V<span Times New Roman",«serif»">c • SK м3/мин,<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">где 1>с —скорость движения слитка; SK — сечение кристаллизатора.
<span Times New Roman",«serif»">При одинаковыхобъемах разливаемой стали это означает, что время разливки, а следовательно, ирасходные характеристики стопорных пар ковшей не изменяются.
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">Краткорассмотрим особенности применяемых стопорных пар промежуточных ковшей. Как правило,стаканы имеют комбинированные внутренние стенки. Верхняя часть стаканавыполняется по форме коноидальной насадки, которая позволяет избежатьобразования внутреннего сжатия струи, значительно уменьшает сопротивлениестакана, а также увеличивает расход.
<span Times New Roman",«serif»"><img src="/cache/referats/14119/image006.jpg" v:shapes="_x0000_i1028">
<span Times New Roman",«serif»">Рис. 2. Характеристика стопорной пары:
<span Times New Roman",«serif»">Qn,hС, h'c, h«c— координаты рабочей точки; Qn —значение расхода при разливе стопорной пары и фиксированном положениистопора;
<span Times New Roman»,«serif»">h 0, hQ —смещение координаты положения стопора при его закрытии.
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">Форма стопора в большинстве случаевопределяется требованиями высокой стойкости при дросселировании металла черезстопорную пару.
<span Times New Roman",«serif»">Результирующая расходная характеристикаявляется сложной кривой. На ней можно выделить три основных участка (рис. 2).
<span Times New Roman",«serif»">Первый (нижний)характерен для случая сравнительно высокого сопротивления стопорной пары. Струяжидкого металла неплотная, имеет малую кинетическую энергию и тенденцию к периодическимдвижениям по стенкам стакана.
<span Times New Roman",«serif»">Второй (средний)характеризует резкое увеличение расхода через стопорную пару вследствие эффектаподсасывания стакана. Сопротивление стопорной пары остается сравнительновысоким, кинетическая энергия струи возрастает. Поэтому стопорная парадостаточно сильно подвержена разрушающему действию жидкого металла.
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">Третий (верхний)характеризует выход стопора из зоны интенсивного дросселирования. Сопротивлениежидкому металлу уменьшается. Струя почти полностью заполняет стакан, стопор неоказывает никакого сопротивления потоку металла, и расход определяется толькосечением стакана и гидростатическим напором (кривая переходит в прямую линию).
<span Times New Roman",«serif»">Для определения расхода при полностью открытом стопоре можно воспользоваться известной из гидравликиформулой
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">Q
<span Times New Roman",«serif»">m =μSc<img src="/cache/referats/14119/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1029"><span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">gHT<span Times New Roman",«serif»">, (2)<span Times New Roman",«serif»"> Где Sc— сечение стакана;
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">g<span Times New Roman",«serif»"> — ускорение свободного падения.<span Times New Roman",«serif»"> Величина уровня металла в промежуточном ковше
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">H<span Times New Roman",«serif»">ПК<span Times New Roman",«serif»"> должна отсчитываться от центра тяжести столба металла в стакане.<span Times New Roman",«serif»">Как показываетопытная проверка, для спокойных марок стали в нормальных условиях разливки μ=0,9<img src="/cache/referats/14119/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1030">
<span Times New Roman",«serif»"> Общаяпротяженность расходной характеристики для стопорной пары при наибольшейустойчивости размыву небольшая, около 15 мм. Из них на наиболее крутую и линейнуючасть приходится а..-7 мм. Изменяя геометрию и форму стопорной пары, можно расширить линейную часть, однако впроцессе разливки при недостаточной стойкости огнеупоров могут произойти необратимые изменения конфигурации стопора и стакана и соответственно существенные искажения всей формы расходной характеристики.
<span Times New Roman",«serif»"> Поэтому часто оказывается целесообразным выбрать такую форму дросселирующей пары, при которойее геометрические размеры в процессе разливки не изменяются. В этом случае видкривой расходной характеристики также неизменяется, она только перемещается параллельно самой себе влево вдоль оси
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">hC<span Times New Roman",«serif»"> (кривые 1, 2, 3).<span Times New Roman",«serif»">Все сказанное относится прежде всего к стопору,поскольку в основном он подвержен размыву струей металла. Положениеусложняется, когда значительно размывается стакан.
<span Times New Roman",«serif»">Одним из важныхмоментов перехода к стационарному режиму разливки является правильный выборположения рабочей точки на расходной характеристике. Кроме того, дляобеспечения нормального режима дросселирования необходимо, чтобы это положениесохранялось фиксированным от разливки « разливке.
<span Times New Roman",«serif»">Выполнение этихтребований создает дополнительные трудности, а иногда, при частом изменениизаказов на слитки, оказывается чрезвычайно сложным.
<span Times New Roman",«serif»">Действительно,для того чтобы рабочая точка при достижений стационарного режима находилась взаданном положении, необходимо:
<span Times New Roman",«serif»">1)строгособлюдать допуски на изготовление стаканов и стопоров;
<span Times New Roman",«serif»">2)сохранятьпостоянной производительность МНЛЗ при изменениях размеров слитка, когда сечения стаканов остаютсянеизменными;
<span Times New Roman",«serif»">3)стабилизироватьзаданное значение уровня металла в промежуточном ковше;
<span Times New Roman",«serif»">4)обеспечитьпостоянство вязкости стали в определенных пределах.
<span Times New Roman",«serif»">Одним из вариантов технологического режима является разливка через стаканбез дросселирования, так называемая разливка
<span Times New Roman",«serif»">с дозатором. Вэтом случае стопор выводится из зоны дросселирования и расход определяется в соответствиис формулой (2).
<span Times New Roman",«serif»">Такой режимприменяется при получении слитков малых сечений и обеспечивает хорошую струюметалла <из промежуточного ковша. Соответствующим выбором материалаогнеупора достигается высокая стойкость стакана и отсутствие размыва. Притакой разливке требования, перечисленные в пунктах 1, 3, ,4, остаются в силе.Невыполнение одного из них приводит к нарушению режима разливки и может крайненеблагоприятно сказаться на качестве слитка.
<span Times New Roman",«serif»">Рассмотренные технологические особенности разливки стали имеют большое значениедля проектирования систем автоматизации МНЛЗ, в частности, системы автоматическогорегулирована уровня металла в кристаллизаторе. Одним из важных технологическихтребований является стабилизация уровня металла в кристаллизаторе, качество которой необходимо оценивать в первую очередь поамплитудному критерию.
<span Times New Roman",«serif»">Кроме того, сцелью повышения надежности оборудовании необходимо обеспечить медленные(низкочастотные) колебаний уровня, чтобы повысить надежность оборудования.Поэтому лучшей является система, которая позволяет получить минимальные поамплитуде и частоте изменения уровня.
<span Times New Roman",«serif»">Величина уровняметалла в кристаллизаторе связана с поступлением жидкой стали из промежуточногоковша (QП) и выходом слитка из кристаллизатора (QK).Уровень металла в кристаллизаторе будет неизменным, если в единицу временибудет поступать и выходить одинаковое количество стали, т. е.
<span Times New Roman",«serif»">QП —QK = 0.(3)
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">Самыенезначительные отклонения этой разности от нуля приведут к неограниченному повышениюили понижению уровня металла.
<span Times New Roman",«serif»">Величины QПи QK не зависят от уровня металла в кристаллизаторе, поэтому рассматриваемыйобъект регулирования не обладает самовыравниванием. На низких частотах онописывается дифференциальным уравнением первого порядка. Решение уравненияпоказывает, что реакция на выходе (уровень металла в кристаллизаторе)представляет собой интеграл от входной функции (соотношения расходов металла QПи QK). Таким образом, объект является интегрирующим и,следовательно, создает сдвиг по фазе между уходом и выходом <img src="/cache/referats/14119/image012.gif" v:shapes="_x0000_i1031">
<span Times New Roman",«serif»">Для выполнения(3) необходимо воздействовать на QП или QK, т. е.изменить положение стопора или скорость вытягивания слитка. В небольшихпределах изменение может быть достигнуто за счет повышения или понижения уровняметалла в промежуточном ковше.
<span Times New Roman",«serif»">Анализ возмущающих воздействий показывает, что в стационарном режиме разливки нет интенсивных возмущений.
<span Times New Roman",«serif»">Незначительныеизменения QK вызываются возмущениями по нагрузке на тянущую клеть, при которыхскорость вытягивания слитка может изменяться не более чем на 5%.
<span Times New Roman",«serif»">Изменения QKмогут быть вызваны колебаниями уровня металла в промежуточном ковше, а такжеразмывом стопора. Оба возмущения являются низкочастотными, т. е. медленноизменяют значение QK, при этом величина влияния на условия разливки первого незначительна.
<span Times New Roman",«serif»">Таким образом,основной задачей является обеспечение высокой устойчивости в системе автоматическогорегулирования уровня путем применения соответствующих регуляторов.
<span Times New Roman",«serif»">С этой точкизрения системы автоматического регулирования со стопором или тянущей клетьюимеют несколько разные возможности.
<span Times New Roman",«serif»">Выше отмечалось,что при размыве стопора расходная характеристика смещается. Изменения расхода,связанные с этим смещением, могут быть весьма большими.
<span Times New Roman",«serif»">Прииспользовании пропорционального регулятора из-за существенной нелинейностирасходной характеристики, а также интегрирующих свойств объекта для получениядостаточного запаса устойчивости приходится снижать коэффициент усиления. Это всвою очередь приводит к значительному увеличению статической ошибки.
<span Times New Roman",«serif»">Для уменьшениястатической ошибки необходимо ввести коррекцию по интегралу. Однако при этомснижается запас устойчивости и в системе возникают колебания. Таким образом,значительное смещение расходной характеристики — явление весьма нежелательное,однако избежать его в системе со стопором практически невозможно.
<span Times New Roman",«serif»">В системерегулирования уровня металла стопором имеются и другие трудности. Это высокий коэффициентрегулирующего органа (стопорной пары) и значительные его изменения при измененииположения рабочей точки на расходной характеристике. Первое, как известно, всистемах регулирования нежелательно, так как требует высокой точности работы регулирующегоприбора, исполнительного механизма и регулирующего органа. Кроме того; недопускаются запаздывание, гистерезис, зона нечувствительности.
<span Times New Roman",«serif»">Практически этоозначает необходимость выполнения достаточно высоких требований для элементовсистемы, что, естественно, удорожает их изготовление и эксплуатацию. Еслидобавить к этому, что исполнительный механизм и регулирующий орган (стопорныймеханизм) работают в условиях резкого перепада температур, то станут яснымитехнические трудности выполнения системы.
<span Times New Roman",«serif»">Не менеесущественным в этих условиях является стабильность общего коэффициента усиленияв системе, величина которого зависит от положения рабочей точки на расходнойхарактеристике. Изменение ее положения может привести к резкому ухудшению процессарегулирования. Поэтому во время разливки недопустимо понижение уровня впромежуточном ковше ниже определенного значения, а также повышение скоростиразливки выше рабочей для данного сечения слитка.
<span Times New Roman",«serif»">В системе стянущей клетью можно получить более высокий запас устойчивости, что объясняетсяследующим: во-первых, характеристики в системе являются линейными в широкомдиапазоне величин сигналов, что позволяет увеличить коэффициент усиления пропорциональнойчасти регулятора; во-вторых, вследствие высокой стойкости стакана изменениярасхода незначительны, и, следовательно, статическая ошибка ограничена.Введение интеграла в закон регулирования ухудшает запас устойчивости системы несущественно.
<span Times New Roman",«serif»">Рассмотрим ещеодин момент, важность и влияние которого одинаковы для систем регулирования состопором и тянущей клетью, а именно, работу систем при изменении сеченийразливаемых слитков, т. е. при изменении поперечных размеров кристаллизаторов.Частота такой смены может быть различной (несколько раз в день, один раз внеделю, месяц, год).
<span Times New Roman",«serif»">Интереспредставляет прежде всего частая смена сечений, так как это наиболее сложный иобщий случай. Уже отмечалось, что для МНЛЗ одного типа площади сечения слитковмогут изменяться, примерно в 4 раза. Дальнейшее расширение диапазона сечений — нецелесообразно по технологическими конструктивным соображениям, поэтому названную величину можно считать предельной,
<span Times New Roman",«serif»">Известно, чточувствительность объекта к возмущению обратно пропорциональна площади поперечногосечения резервуара, т. е. коэффициенту емкости. Чем больше площадь сечения, тембольше коэффициент емкости и тем меньше чувствительность объекта к возмущению.Это означает, что коэффициент усиления в системе автоматического регулированиятакже изменяется в 4 раза.
<span Times New Roman",«serif»">В связи с этиммогут быть применены различные способы, стабилизирующие работу систем, однаконаиболее простым является улучшение фазовых характеристик систем регулированияи повышение общего коэффициента усиления без изменения запаса устойчивости.
<span Times New Roman",«serif»">Если такаянастройка будет выполнена для самого высокого коэффициента усиления в системе,то снижение его в 4 раза только увеличит запас устойчивости. При этом качестворегулирования останется достаточно высоким, так как одновременно с понижениемкоэффициента усиления чувствительность уровня к возмущениям уменьшается.
<span Times New Roman",«serif»">Хорошиерезультаты можно получить, используя другие варианты компромиссной настройки,а также ступенчатое изменение коэффициента усиления при переходе от одного диапазона сечения к другому.
<span Times New Roman",«serif»">Применениесистемы автоматического регулирования уровня металла в кристаллизаторе при получениислитков малых сечений не встречает особых трудностей.
<span Times New Roman",«serif»">Увеличениекоэффициента усиления в системе, связанное с уменьшением сечениякристаллизатора, может быть скомпенсировано. В системе со стопором частичнаякомпенсация происходит в связи с уменьшением диаметра стакана, так как длямалых сечений производительность машин МНЛЗ все-таки снижается. Расходнаяхарактеристика становится более пологой.
<span Times New Roman",«serif»">При стабилизацииуровня с помощью тянущей клети снижение коэффициента усиления может бытьдостигнуто за счет регулирующего органа.
<span Times New Roman",«serif»">В обоих случаяхвыбор требуемого коэффициента усиления можно осуществить с помощью регулирующегоприбора. Тем не менее хорошее качество регулирования уровня может быть достигнутотолько за счет улучшения фазовых характеристик, поэтому целесообразноприменение корректирующих цепей.
<span Times New Roman",«serif»">В статьерассмотрены в основном все особенности систем автоматического регулированияметалла в кристаллизаторе, вытекающие из технологических режимов работы МНЛЗ, применяемых в настоящее время.
<span Times New Roman",«serif»"> Выводы из вышеизложенного могут быть следующие.
<span Times New Roman",«serif»">1)В силуширокого диапазона технологических режимов работы МНЛЗ, а также конструктивныхрешений оборудования в настоящее время применяются системы автоматическогорегулирования с использованием стопора и тянущей клети. Это необходимоучитывать при проектировании систем.
<span Times New Roman",«serif»">2)Системыавтоматического регулирования должны предусматривать особенноститехнологических режимов и конструкцию оборудования и обладать необходимой для этой цели универсальностью.
<span Times New Roman",«serif»">3)Анализособенностей в системах регулирования со стопором и тянущей клетью показывает,что правильным и возможным для реализации универсальности является применениевариантных решений проектирования с использованием типовой аппаратуры.
<span Times New Roman",«serif»">
Способыизмерения уровня жидкого металла в кристаллизаторе МНЛЗ<span Times New Roman",«serif»">В последнеевремя разработаны новые методы непрерывной разливки стали, в соответствии с которымиразливаемый металл до образования наружной корки не подвергается воздействию окружающейатмосферы. Предложены две технологические схемы разливки: под некоторымизбыточным давлением нейтрального газа и с вакуумированием металла непосредственнов потоке.[2]
<span Times New Roman",«serif»">При разливке поддавлением в среде защитного газа исключается возможность интенсивного окисленияметалла кислородом окружающей атмосферы; при разливке под разрежением, крометого, удается выделить и удалить из разливаемого металла нежелательные газовыекомпоненты»
<span Times New Roman",«serif»">Однакоосуществление предложенных схем в связи с необходимостью тщательной герметизациивсего тракта разливки требует усложнения конструкции машин и полной автоматизациисистемы управления, поскольку в этом случае ручное управление практическиисключается.
<span Times New Roman",«serif»">В условияхизбыточного давления нейтрального газа между промежуточной емкостью и кристаллизаторомважное значение приобретает стабилизация уровня жидкого металла в кристаллизаторе.
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA">ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ С ПОМОЩЬЮ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ Область применения
<span Times New Roman",«serif»">Измерениеуровня при помощи радиоактивных изотопов целесообразно прежде всего там, гдевследствие наличия специфических условий, а именно: высокого давления,разреженности, агрессивности среды — нельзя использовать обычные приборы.[2]Этот способ используют для измерения уровня заполнения резервуаров, силосныхбашен и бункеров, где нельзя установить измерительные щупы или необходимо применениедорогостоящей системы измерительных щупов, вызванное конструктивными особенностями.Но и в тех случаях, когда правила техники безопасности запрещают установкууровнемеров в резервуарах или когда установка обычных приборов потребовала быбольших затрат, для измерений часто выгодно оказывается использоватьрадиоактивные изотопы. Особенно целесообразно применять радиоактивные изотопыдля измерений уровня агрессивных материалов, веществ с повышенной адгезионнойспособностью, в резервуарах с очень высокими температурами, в резервуарах совстроенными мешалками, в бункерах с такими крупнокусковыми материалами, как уголь или руда, в шахтных печах, влитейном производстве и на металлургических заводах.
<span Times New Roman",«serif»">Физическиеосновы
<span Times New Roman",«serif»">Воснове измерения при помощи искусственных радиоактивных изотопов лежит принциппоглощения радиоактивного излучения соответствующим материалом, содержащимся врезервуаре. Пучок γ-лучей, излучаемый радиоактивным источником, проникаетчерез резервуар по прямой линии (рис. 3). На стенке резервуара, лежащей противизлучателя, расположен приемник, преобразующий принятые лучи в электрическиеимпульсы. Вследствие поглощения радиоактивных лучей материалом внутрирезервуара интенсивность принятого излучения зависит от высоты уровня.
<span Times New Roman",«serif»"><img src="/cache/referats/14119/image014.jpg" v:shapes="_x0000_i1032">
<span Times New Roman",«serif»">Рис.
<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">3<span Times New Roman",«serif»">. Схема радиоактивногосигнализатора уровня:<span Times New Roman",«serif»">1- излучатель; 2 — приемник
<span Times New Roman",«serif»">Возникающиена выходе приемника импульсы, частота которых пропорциональна интенсивностиизлучения, подводятся к переключающему устройству, реле которого срабатывает,как только число импульсов в единицу времени достигнет минимальной величины.Ввиду того что в большинстве случаев измеряют толстые слои материала,используют преимущественно γ -лучи. Большое влияние на процесс измеренияоказывают стенки резервуара, обладающие иногда значительной толщиной. Исходнуюинтенсивность проникающего через заполненный резервуар излучения рассчитываютследующим образом:
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"><img src="/cache/referats/14119/image016.gif" v:shapes="_x0000_i1033">
<span Times New Roman",«serif»"><span Times New Roman",«serif»">Припустом резервуаре она равна
<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US"><img src="/cache/referats/14119/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1034"><span Times New Roman",«serif»">.Таким образом, отношение величин интенсивности<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"><img src="/cache/referats/14119/image020.gif" v:shapes="_x0000_i1035">
<span Times New Roman",«serif»">гдеd
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">w<span Times New Roman",«serif»">, — толщина стенки резервуара; p<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">i<span Times New Roman",«serif»"> — плотность содержимого; d<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">i<span Times New Roman",«serif»"> — внутренний диаметр резервуара; μ— массовый коэффициент поглощения; р<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">w<span Times New Roman",«serif»"> <span Times New Roman",«serif»">— плотность материала стенки.<span Times New Roman",«serif»">Такоеже выражение имело бы место и для теоретического случая, когда стенкиотсутствуют, т. е. толщина и плотность стенки не оказывают влияния наослабление. Однако необходимо учитывать, что при наличии металлических стенокбольшой толщины происходит рассеяние, оказывающее заметное влияние на направлениеи интенсивность излучения. В принципе для толстых стенок необходимоиспользование радиоактивного препарата более высокой энергии. Для того чтобыпрактически иметь дело по возможности со слабыми препаратами и, следовательно,с минимальной радиационной защитой, расстояние между излучателем и приемникомдолжно быть минимальным. В доменных печах, вагранках, шахтных известковообжигательныхпечах, например, этого можно достичь благодаря уменьшению толщины стенки вместах установки излучателя и приемника путем применения трубок, заделанных спереднего конца. Кроме того, можно приобрести также излучатели с двойнойзащитной оболочкой. Такая оболочка, состоящая обычно из высококачественнойстали, предотвращает рассеяние радиоактивного материала и тем самым загрязнениеокружающей среды радиоактивными веществами.
<span Times New Roman",«serif»">Ослаблениемощности излучения радиоактивного излучателя вследствие поглощения воздухомпроисходит по квадратичному закону. Степень поглощения радиоактивного излучениятвердыми и жидкими материалами зависит в первую очередь от их плотности.
<span Times New Roman",«serif»">Измерениеуровня
<span Times New Roman",«serif»">Приступенчатом измерении уровня посредством радиоактивных изотопов можно использоватьразличные варианты размещения излучателей (рис.4). Существует возможность сигнализациипредельного уровня или измерения ступенями с большей или меньшей дискретностью.В показанном на рис. 4, а варианте расположения использован один изотоп, испускающийдва пучка лучей. Расположенные на пути прохождения лучей счетчики радиоактивногоизлучения соединены параллельно. Как видно из графика,
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»"><img src="/cache/referats/14119/image022.jpg" v:shapes="_x0000_i1036">
<span Times New Roman",«serif»">Рис.
<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">4<span Times New Roman",«serif»">. Наиболеераспространенные варианта расположения излучателей<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">превышениепределов
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">hm<span Times New Roman",«serif»">ax<span Times New Roman",«serif»"> и hm<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">i<span Times New Roman",«serif»">n<span Times New Roman",«serif»"> вызывает резкое изменениечастоты повторения импульсов, которое можно использовать для включения реле. Почтинепрерывная индикация уровня достигается путем размещения друг над другомнескольких излучателей, как показано на рис. 10, г. В этом случае представляетсявозможным измерять уровень до высоты, равной утроенному диаметру резервуара.<span Times New Roman",«serif»">Надиаграмме показано, что индикация носит приблизительно непрерывный характер. Бесступенчатойграфической характеристики можно достичь, если применить стержневидный препаратпроф. Бергольда. Ввиду того что мощность препарата на концах стержня усилена,превышение минимального и максимального уровня заполнения (рис. 10, г)выявляется особенно
<span Times New Roman",«serif»">четко.Целесообразно в этом случае применять реле. При помощи такого метода можно производитьизмерение высоты до 3 м. Вариант непрерывного измерения показан на рис. 10, б,Здесь счетчики радиоактивных излучений устанавливают вертикально. Благодарярасположению в ряд параллельно включенных счетчиков диапазон измерения можноувеличить приблизительно до 1,2 м. Другим решением, также пригодным дляизмерения высоких уровней, является метод измерения со следящим управлением(рис. 10, д),
<span Times New Roman",«serif»">Выводы
<span Times New Roman",«serif»">Измерениеуровня при помощи радиоактивных изотопов обладает тем преимуществом, что этотметод является бесконтактным. Посредством этого метода можно измерять уровень заполнениярезервуара даже в исключительно сложных условиях. Таким образом, обеспечиваетсявысокая эксплуатационная надежность установки, ее износ и ремонтные работыневелики, что приводит к снижению расходов. Точность измерения около 2 %. Принепрерывных измерениях следует принимать во внимание период полураспада используемогорадиоактивного изотопа.
<span Times New Roman",«serif»">Прииспользовании аппаратуры для контроля уровня металла в квадратных кристаллизаторахисточник и приемник излучения размещаются стационарно вне кристаллизатора. Намощных слябовых МНЛЗ источник и приемник размещаются непосредственно в стенкекристаллизатора в специальных приливах. С помощью термостойкого кабеляприемник излучения через соединительную коробку соединен с измерительным приборомтипа В 3118, который является интегрирующим накопителем импульсов с последующимпреобразованием сигнала интегратора в унифицированный сигнал 0-10 В и 0-5 мА.Прибор рассчитан на работу с потоком импульсов 450-9000 имп/с, интеграторпозволяет накапливать их с постоянной времени.
Измерение уровня металла в кристаллизаторе посредствомизмерительного устройства, работающегона основе радиоактивности<span Times New Roman",«serif»">В большинствеслучаев фактический уровень металла в кристаллизаторе определяют посредствомизмерительного устройства, работающегона основе радиоактивности. Другие измерительные устройства, например,термоэлементы, устанавливаемые в стенке кристаллизатора, не нашли широкого применения из-за присущихим недостатков.[2]
<span Times New Roman",«serif»">Радиоактивноеизмерительное устройство состоит из стержневидного препарата кобальта 60, сцинтилляционногосчетчика и специального усилителя. Источники радиоактивного излучения и счетчикиразмещают на кристаллизаторе таким образом, чтобы через участок, на котором впроцессе разливки стали должен установиться ее уровень, могли проходить иулавл