Аналитический активационный комплекс на основе портативного нейтронного генератора для анализа примесей в металлах

Вид материала

Документы

Содержание Возможность использования нейтронных генераторов

Подобный материал:

• Апряжения для малогабаритного, транспортабельного генератора рентгеновских квантов, 12.72kb.
• Токи смещения в металлах, диэдектриках и в вакууме Геннадий Ивченков, 336.87kb.
• Правила приемки лрс и методы отбора проб для анализа на складах, базах и промышленных, 204.41kb.
• Аннотация дисциплины «Физика рентгеновских лучей и основы рентгеноструктурного анализа», 10.94kb.
• Ия некоторых примесей в отдельных водоемах и водотоках может превышать величину предельно-допустимых, 136.44kb.
• Под действием нейтронного облучения конструкционные материалы оболочек твэлов реакторов, 169.68kb.
• Реферат отчета по нир на тему: Развитие и сопровождение информационно-аналитического, 19.31kb.
• Програма фахового вступного випробування для навчання за освітньо-професійною програмою, 63.8kb.
• Е. а чвертко московский инженерно-физический институт (государственный университет), 18.26kb.
• Новая технология очистки воды кандидат медицинских наук В. Барабанов, 116.04kb.

Возможность использования нейтронных генераторов

в чёрной металлургии


К.Г. Клигер, Л.А Корытко, к.ф.-м.н., А.И. Обручков, Ю.Г. Полканов (ВНИИА), А.Л. Игнатов (АО «Техносталь»)


В статье изложены результаты исследования возможности использования портативных нейтронных генераторов для определения границы шлак - жидкий металл на выходе разливочного ковша в конвертерном производстве.


Технологический процесс конвертерного производства стали неизбежно связан с образованием шлака с малым, по сравнению с железом, удельным весом. В состав шлака обычно входят следующие элементы:

C 8,2 %

Ai₂O₃ 8,1 %

SiO₂ 30,2 %

CaO 34,4 %

(Na₂O+K₂O) (1,9-5,7) %.


Шлак, обладая меньшей плотностью, находится на поверхности расплава и лишь в конце слива начинает перетекать из разливочного ковша в промежуточный. Шлаковые включения, кристаллизуясь, создают каверны, ухудшающие качество сталелитейной продукции. Ставится задача отсечения шлака от струи стали, т.е. обнаружение границы шлак-металл при разливе.

Контроль многих технологических процессов в чёрной металлургии может решаться с использованием ампульных источников -излучения ⁶⁰Co, ¹³⁷Cs, и др., но ужесточение требований радиационной безопасности ограничивает их применение. Они связаны не только со сложностью защиты персонала, но и с риском попадания источника в расплав, что приведёт к нарушению его герметичности, а значит  к радиоактивному загрязнению готового слитка. При использовании нейтронного генератора с D-D- мишенью риск радиоактивного загрязнения слитка полностью исключается.

Единственным технологически доступным местом контроля границы шлак-металл является зона перелива из разливочного ковша в промежуточный, оборудованная защитной керамической трубой. В этой точке предлагается установить аппаратуру контроля. Для оценки возможности использования в этой задаче нейтронного генератора ИНГ-101Д проведен ряд экспериментов.

На рис.1 приведена схема установки, имитирующая принцип определения границы жидкий металл-шлак.

З


ащитная керамическая труба представляет собой цилиндрический отрезок трубы, высотой 360 мм, с внутренним диаметром 140 мм и толщиной стенки 25 мм. Внутри трубы поочередно помещались имитаторы: стальной цилиндр диаметром 120 мм (жидкая сталь); алюминиевый цилиндр диаметром 120 мм (шлак) или цилиндр, заполненный CaCo₃, диаметром 120 мм (шлак). С боковой стороны устанавливался нейтронный генератор ИНГ-101Д с дейтериевой мишенью, а с противоположной от него стороны помещался детектор нейтронов из четырёх счётчиков СНМ-56 (геометрия «на просвет»). В процессе экспериментальных исследований проверялись различные геометрические условия измерений, анализировались энергетические спектры нейтронов, испускаемых генератором при размещении замедлителей различной толщины.





Рис.1. Схема экспериментов для определения границы жидкий металл - шлак



Импульсный режим работы генератора позволил рассмотреть вариант регистрации потока нейтронов в определённом временном интервале после испускания каждого импульса нейтронов. В ходе экспериментов также оценивалась возможность использования -излучения радиоактивных изотопов, образовавшихся как в результате нейтронной активации, так и вследствие радиационного захвата нейтронов материалом конвектора.

На основании проведенных экспериментов установлены следующие результаты:

• эффект определения границы жидкий металл-шлак более заметен в потоке тепловых нейтронов, сформированном в экране-коллиматоре из водородосодержащего материала (полиэтилена или оргстекла). При этом регистрируемая скорость счёта от потока тепловых нейтронов, проходящего через Al-имитатор в 1,6 раза, а через CaCO₃ в 1,92 раза больше, чем для стального имитатора того же диаметра. Относительная среднеквадратическая погрешность при времени измерения 1с составляет 9,4 и 7,2 (3), соответственно;
  
• величина разделительного эффекта уменьшается, если использовать нейтроны с энергией 2,5 МэВ, испускаемые генератором ИНГ-101Д без дополнительного замедления. В этом случае скорость счёта для Al и CaCO₃ выше в 1,1 раза, чем для стали;
  
• при использовании конвектора тепловых нейтронов в виде шайбы бора толщиной 20 мм и регистрации его -излучения с энергией 0,40,6 МэВ кристаллом NaI(Tl) размером 63×63 мм разделительный эффект увеличивается на CaCO₃ в 1,5 раза по сравнению со сталью. Аналогичный результат получается, если конвертером служит кадмиевый диск толщиной 1 мм (вторичное -излучение имеет энергию 0,5 МэВ);
  
• выделение временного интервала после каждого импульса нейтронов в пределах 50-700 мкс позволяет увеличить разделительный эффект для CaCO₃ в 2,7 раза по сравнению со сталью.
  

Из полученных результатов следует принципиальная возможность разделения жидкого металла и шлака в процессе разлива. Следует отметить, что в экспериментах использовались сплошные имитаторы, в то время как в реальных условиях прохождения расплава через защитную трубу границы металл-шлак могут быть размыты. Необходимы натурные эксперименты в условиях производства.

Для проведения производственных экспериментов совместно с ГУП «Зарубежчермет-арсенал» была изготовлена измерительная система, которая может быть смонтирована на манипуляторе, подающем защитно-керамическую трубу. Экспериментальная система термоизолирована при помощи стекловаты и асбестового шнура. Для контроля температуры были установлены термопары как снаружи, так и изнутри термоизоляции непосредственно на корпусе ИНГ-101Д. Перед началом испытаний система была смонтирована без излучателя и детектора. Измерялась только температура внутри термозащиты.

В результате работ установлено, что температура внутри измерительной системы составляет 2024⁰С при температуре до 420⁰С снаружи. При этом во внутреннюю полость необходимо подавать сжатый воздух под давлением 24 атм. Такой температурный режим сохраняется в течение 10 мин., после чего наблюдается разрушение термоизоляции.

В связи с этим произведена доработка термоизолирующих свойств системы. В ходе предварительных измерений в производственных условиях установлено, что из-за возможности отрыва защитной трубы от разливочного ковша опасно монтировать систему контроля на манипуляторе. На рис.2 приведен модернизированной вариант новой конструкции и ее положение на защитной трубе под разливочным ковшом.




После изготовления конструкции предполагается провести испытание системы в условиях реального производства, которое позволит при положительных результатах в дальнейшем широко внедрить метод и аппаратуру в конвертерное производство в черной металлургии.

УДК 539.16.075


Аппаратура импульсного нейтронного каротажа для определения содержания урана в скважинах на месторождениях, отрабатываемых способом подземного выщелачивания


Е.П. Боголюбов, А.И. Обручков, А.М. Полищук,

Ю.Г. Полканов, И.А. Титов, М.В. Шипунов