книги из ГПНТБ / Радиоизотопные приборы в промышленности строительных материалов
..pdfРАДИОИЗОТОПНЫЕ
ПРИБОРЫ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
СТРОИТЕЛЬНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
М О С К В А А Т О М И З Д А Т 1973
У ДК 539.1.08:691.5
Радиоизотопные приборы в промышленности строительных ма
териалов. М., Атомиздат, 1973, 192 с. (Авт. |
Е. М. Л о б а н о в , |
|
А. О. С о л о д о в н и к о в , |
Б. И. Н у д е л ь м а н , |
Б. Е. К р ы л о в , |
Р. И. Г л а д ы ш е в а , |
Н. С. М а т в е е в , Р. М. Г а р а й ш и н, |
|
И. И. Г у л и н , В. С. Ч е р н у х и н а. |
|
В книге описаны новые радиоизотопные устройства, предназна ченные для автоматического контроля технологических процессов в некоторых отраслях промышленности строительных материалов. При водятся описания особенностей конструкций установок и их элек тронно-измерительных блоков.
Рассматриваемые приборы разработаны для контроля технологи
ческих |
|
параметров, которые |
|
нельзя |
быстро |
и |
достоверно |
измерять |
|||||||
обычными |
способами. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Таблиц |
|
27. |
Иллюстраций |
43. |
Библиография — |
172 |
названия. |
||||||||
03315—079 |
|
79—73 |
|
|
|
|
|
(С) |
Атомиздат, 1973 |
||||||
034(01)—73 |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Евгений |
Михайлович |
Лобанов, |
|
Александр |
Олегович |
Солодовников, |
|||||||||
Борис |
Израилович |
Нудельман, |
|
Борис Ефимович Крылов, Рэната Ива |
|||||||||||
новна |
Гладышева, |
Николай |
Сергеевич |
Матвеев, |
Риль |
Мухамедович |
|||||||||
Гарайшин, |
Игорь |
Иванович |
Гулин, |
Виктория Сергеевна |
Чернухша. |
||||||||||
|
|
Р А Д И О И З О Т О П Н ЫЕ ПРИБОРЫ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
СТРОИТЕЛЬНЫХ |
МАТЕРИАЛОВ . |
|
|
|||||||
Редактор |
Т. |
А. |
Солдатенкова. |
|
Художественный |
редактор |
А. Т. |
Кирьянов. |
|||||||
|
|
Художник К. А. |
Рудое. |
Технический |
редактор |
А. Л. |
Гулина. |
||||||||
|
|
|
|
|
Корректор |
О. |
М. |
Герасимова |
|
|
|
||||
Сдано |
в |
набор |
26/II |
1973 |
г. |
Подписано к печати 21/IV 1973 г. |
Т-01793. |
||||||||
Формат |
84ХЮ8'/з2. Бумага типогр. № 2. |
Усл. печ. л. |
10,08. |
Уч.-изд. л. 10,16. |
|||||||||||
|
|
Тираж |
1300 |
экз. |
Цена 57 |
коп. Зак. |
изд. 69139. |
Зак. |
тип. 133. |
||||||
|
|
|
Атомиздат, |
103031, |
Москва, |
К-31, ул. |
Жданова, |
5/7. |
|
Московская типография № 6 Союзполиграфпрома при Государственном комитете Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. 109088, Москва, Ж-88, Южнопортовая ул., 24.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Радиоактивные изотопы и источники ионизирующего излучения для контроля технологических процессов в промышленности строительных материалов начали применять в середине пятидесятых годов. Однако имею щийся по этому вопросу богатый материал не система тизирован, отсутствуют издания, обобщающие накоплен ный опыт и полученные интересные результаты, что, воз можно, является одной из причин относительно слабого распространения радиационной техники в этой отрасли. Вместе с тем следует отметить, что именно промышлен ность строительных материалов чрезвычайно перспек тивна с точки зрения возможного использования радио изотопных приборов с высоким техническим и экономи ческим эффектом.
Материалы, опубликованные в научно-технической литературе, хорошо подтверждают это.
Настоящая книга написана группой авторов, рабо тающих последние несколько лет в"области создания радиоизотопной контрольно-измерительной аппаратуры для промышленности строительных материалов. Данная книга не является обобщением результатов, имеющихся в этой области вообще, она лишь включает в себя опи сание работ, выполненных авторами. В этом, возможно, недостаток книги, однако авторы при ее написании и не ставили перед собой более широкой задачи, которая, конечно, может быть решена и даже должна быть ре шена в ближайшее время.
Краткий обзор работ, данный во введении, не пре тендует на полноту и охватывает лишь часть из них, опубликованных в печати с 1957 г.
Описанные в книге работы выполнены в Институте ядерной физики АН УзССР в тесном творческом содру-
жестве с Ташкентским научно-исследовательским и про ектным институтом строительных материалов (НИИСТРОМПРОЕКТ) и Бекабадским ордена Трудо вого Красного Знамени цементным комбинатом им. Ф. Э. Дзержинского.
Следует специально отметить, что Бекабадский це ментный комбинат фактически явился базовым пред приятием, где впервые было опробовано большинство описанных методов и приборов.
Книга предназначена для инженерно-технических ра ботников, занимающихся вопросами автоматизации про мышленности строительных материалов, не являющихся специалистами-физиками. Именно поэтому в ряде глав даются элементарные сведения по вопросам взаимодей ствия различных видов ионизирующего излучения с ве ществом. Эти сведения можно почерпнуть в специальной литературе, однако наличие их непосредственно перед основным материалом представляет большое удобство для более успешного освоения физической сути рассмат риваемых устройств читателем.
Книга может представить определенный интерес для сотрудников научно-исследовательских институтов и других организаций, занимающихся разработкой радиа ционной техники и вопросами использования ее в про мышленности.
Авторы приносят искреннюю благодарность А. В. Пу гачеву за большую работу по рецензированию рукописи и за ряд ценных замечаний, несомненно, улучшивших изложение материала.
ВВЕДЕНИЕ
Бурное развитие ядерной физики за последние деся тилетия привело к широкому распространению ядернофизических методов исследования и контроля практи чески во всех отраслях науки и техники.
Использование ионизирующих излучений позволило решить ряд сложных прикладных задач.
Применение радиоактивных изотопов и ионизирую щих излучений для автоматизации имеет ряд преиму ществ по сравнению с другими методами. Важнейшие преимущества следующие: автоматизация процессов осуществляется бесконтактно, т. е. ни радиоактивный источник, ни приемник излучения не соприкасаются с изделиями, как в контактных приборах; внешние усло вия (температура, влажность, давление и др.) не оказы вают никакого воздействия на основные параметры ис точника излучения; срок службы источника зависит от периода полураспада радиоактивного изотопа; для кон троля и управления при измерении одинаковых пара метров (толщины, плотности, высоты уровня и др.) в различных отраслях промышленности можно использо вать одни и те же типы приборов, что значительно сни жает расходы на их разработку. К настоящему времени в результате использования различных свойств ионизи рующих излучений разработан ряд схем, который при меняют (или их могут использовать) во многих отрас лях промышленности [1].
Методы контроля и автоматизации, основанные на использовании радиоактивных изотопов, в промышлен ности строительных материалов стали применять значи тельно позднее, чем в других отраслях народного хозяй ства [2]. В промышленности строительных материалов первостепенную роль играет использование радиоактив-
ных изотопов и ионизирующих излучений |
для автомати |
зации производственных процессов и, в |
частности, ос |
новных процессов щебеночных заводов, |
заводов строй |
материалов: цементных, стекольных, кровельных, кирпичных и т. п. Широкое применение в исследова тельских целях нашла методика радиоактивных инди каторов.
При помощи этой методики исследовали удельные
поверхности порошковых |
и пористых |
тел |
[3]. |
Используя |
||
радиоактивные |
изотопы, |
изучали вопросы, |
связанные |
|||
со скоростью движения |
материалов |
во |
вращающейся |
|||
печи и в камерах грубого и |
тонкого |
помола |
шаровой |
|||
мельницы. Для |
исследования |
применяли |
радиоактивное |
железо Fe 5 9 (в виде тонкого порошка окиси железа), ко торое в количестве 30 мкюри вводили в печь вместе со шламом. Получены интересные результаты, которые по казали, что применение радиоактивных изотопов откры вает широкие возможности управления скоростью дви жения материала в печах и мельницах, что создает бла гоприятные условия для повышения их производитель ности [4].
Для улучшения процесса обжига в печах со встроен ными фильтрами-подогревателями, обеспечивающими экономию сырья (около 10%) и топлива (не менее 5 % ) , разработали и применили радиоизотопный уровнемер шлама, который установили в холодном конце вращаю
щейся |
печи [5]. При |
помощи |
этого |
прибора |
удалось, в |
|||||
частности, измерить |
пределы |
колебаний толщины слоя |
||||||||
шлама |
в холодном конце печи. Даже |
при |
постоянной |
|||||||
Подаче |
шлама |
иногда |
отмечали |
изменения толщины |
||||||
слоя |
шлама |
на |
исследуемом |
участке от |
0,16 |
до 0,75 м, |
||||
что |
крайне |
отрицательно |
влияет на |
работу |
печи — сни |
жает ее производительность и качество клинкера и по вышает расход топлива; установили причины этого яв ления [6].
Наряду с созданием приборов разрабатывались тео ретические основы использования ионизирующих излу чений в промышленности стройматериалов. Разработана и предложена инженерная методика определения плот ности шлама по поглощению у-шлучеъш, что в даль нейшем явилось хорошим обоснованием применения в промышленности стройматериалов радиоизотопных плот номеров [7]. Измерение концентрации пыли в воздухе (запыленности воздуха) принадлежит к числу трудней-
ших задач. В то же время измерение запыленности от ходящих промышленных газов и атмосферы промышлен ных предприятий имеет большое практическое значение. Для измерения запыленности создан радиоизотопный прибор, основанный на взвешивании осажденной на специальном фильтре пыли с помощью (3-излучения [8]. Этот прибор был взят за основу при создании специаль ного радиоизотопного пылемера для промышленности строительных материалов. Возможности применения ра диоактивных изотопов для контроля технологических процессов в цементной и известковой промышленности исследовались в Польше [9].
Для определения объемного веса и разноплотности стеклобруса без разрушения изделия смонтирована на двух вагонетках специальная радиометрическая уста
новка. |
В качестве источника |
излучения |
использовали |
изотоп |
С о 6 0 с у-эквивалентом |
20 мг-экв |
Ra. Установка |
давала возможность определять объемную массу и разноплотность сырых и обожженных крупноблочных огне упорных изделий толщиной 250—350 мм в течение 3— 4 мин при точности ±0,01 г/см3 [10] .
Используя явление замедления быстрых нейтронов, измеряют влажность сыпучих материалов, в частности, эту методику применили в схеме автоматического регу
лирования смешения |
бетона с |
коррекцией |
подачи |
воды |
||
по влагосодержанию |
песка [11]. Этим же |
методом |
опре |
|||
деляли |
влажность |
керамических плиток |
и |
показали |
||
также |
возможность |
определения влажности у-методом |
||||
[12]. Проблема непрерывного |
взвешивания |
сыпучих |
материалов имеет большое практическое значение. В ра боте [13] описано устройство для автоматического взве шивания потока сыпучего материала на конвейере мето дом регистрации поглощения у- или [5-излучения. Сред няя точность измерения ± 1 % .
Радиоизотопные приборы нашли применение в асбе стовой промышленности. Для контроля заполнения бун керов и щековых дробилок на асбестовых обогатитель ных фабриках применили радиоизотопные уровнемеры РИУ-1.
Для измерения концентрации асбестоцементной мас сы в ваннах счетного цилиндра на комбинате «Крас ный строитель» использовали модернизированный плот номер ПЖР-2, который устойчиво работал в заводских условиях.
Для определения веса кровельного картона и перга мина использовали радиоизотопный измеритель веса со средней погрешностью не более ± 3 % . Аналогичные бесконтактные измерители веса использовали для ав томатического определения относительного количества битума пропитки в производстве пергамина [ 1 4 ] .
Зависимость степени ослабления Y-излучения от со держания влаги в исследуемом материале использовали для контроля влажности глиняного шлама в шламопро воде на Николаевском цементно-горном комбинате. Гам ма-влагомер состоял из радиоизотопного плотномера типа ПЖР-2М с повышенной чувствительностью. При сравнении показаний прибора с результатами контроль ных замеров по обычной методике было хорошее сов падение. Среднеквадратичные погрешности составили 0,9%. Внедрение гамма-влагомера резко облегчило ра боту машинистов глиноболтушек. Если раньше они вели процесс практически на ощупь, то при установке при бора, получая непрерывную информацию о влажности шлама, они стали значительно более надежно управлять агрегатами.
Аналогичную задачу можно решить для |
определе |
||||||
ния |
влажности |
сырьевого шлама, однако |
в |
этом |
слу |
||
чае |
необходимо |
использовать |
смешанное |
у- |
и нейтрон |
||
ное |
излучения, |
что |
вызвано |
возможными |
|
более |
зна |
чительными колебаниями плотности твердой |
фазы [ 1 5 ] . |
||||||
Имеется несколько |
цементных заводов, |
работающих |
по мокрому способу производства, где колебания зна чения плотности сырьевых компонентов практически постоянны. Для контроля влажности сырьевого шлама можно с успехом применять тот же Y-МЄТОД. Гаммаплотномер был смонтирован на Николаевском цемент ном комбинате, где его эксплуатация дала хорошие ре зультаты. При использовании в качестве измерителей приборов ПЖР-2 среднеквадратичная погрешность по казаний не превышала 0,6— 0,7% [ 1 6 ] .
Контроль влажности шлама, находящегося во вра щающейся печи, имеет важное технологическое значение.
Спомощью специального прибора, регистрирующего
степень |
рассеяния нейтронов |
материалом, |
нахо |
дящимся |
в печи, удалось достоверно измерить |
влаж |
ность этого материала. Прибор прошел успешные произ водственные испытания, предполагается его серийный выпуск [17, 18].
|
Рентгеновские аппараты |
и |
радиоактивные |
изотопы |
||
для |
просвечивания |
бетонных |
и |
железобетонных |
конст |
|
рукций |
применяют |
при толщине, не превышающей 40— |
||||
50 |
мм. |
Бетатроны |
дают возможность просвечивать из |
делия толщиной более 1,5 м.
Выявляемость нарушений сплошности бетона состав ляет 2—3% просвечиваемой толщины. Выявляемость стальной арматуры в железобетоне составляет при тол щине бетона 1 м около 3 мм [19].
Радиоизотопные приборы и ионизирующие излучения широко используют для изучения процессов пылеобра-
зования и возгонки, процессов |
тепло- и |
массообмена. |
В последнее время появились сведения |
о применении |
|
радиоизотопных методов для |
контроля |
вещественного |
состава сырьевых смесей и готового продукта в промыш ленности строительных материалов [20—23].
Приведенный краткий обзор по использованию иони зирующих излучений в промышленности строительных материалов показывает, что радиоактивные изотопы с успехом применяют в данной отрасли [24].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Постников В. И., Разумов И. М. Атомная энергия в народном хозяйстве. М , «Экономика», 1964.
2.Михеев Г. Ф., Постников В. И. Эффективность применения ра диоактивных изотопов в народном хозяйстве. М., Госатомиздат, 1962.
3.Бутт Ю. М. и др. Применение радиоактивных изотопов для изу
чения цементов. — «Цемент», 1965. № 6, с. 19.
4.Банит Ф., Толчкова М., Тулякова В. Радиоактивные изотопы в исследованиях процессов обжига и помола клинкера.— «Строи тельные материалы», 1957, № 3, с. 32.
5.«Цемент», 1956, № 5.
6.Банит Ф. Г. О некоторых результатах исследований процессов
обжига |
с применением радиоактивных изотопов. — «Цемент», |
|||
1957, № 4, с. 10. |
|
|
|
|
7. Гольдин М. Л. Расчетный метод определения |
плотности |
шлама |
||
по поглощению |
гамма-излучения.— «Цемент», |
1957, № 6, |
с. 21. |
|
8. Измайлов |
Г. А. |
Измерение весовой концентрации пыли в |
возду |
|
хе при помощи |
бета-излучения.— «Заводск. лаборатория», 1961, |
№1, с. 40.
9.Kwiecienski S. Cement Wapho gips, 1963, № 4, p. 18.
10.Шахтин Д . M . и др. Установка для определения плотности стеклобруса по поглощению гамма-излучения. — «Заводск. лаборато рия», 1964, № 4.
11.Silicates industr., 1964, 29, № 6, p. 225—231.
12.Industr. ceram., 1964, № 568, p. 563—569.
13.Automation, 1964, I I , № 12, p. 68—69,