Пристрій для визначення щільності вугільної шихти

Реферат: Пристрій для визначення щільності вугільної шихти складається з датчика, штанги, на якій кріпиться датчик, і вимірювального приладу. Датчик являє собою два металевих електроди, які розташовані на ізоляційній основі на відстані 150-200 мм один від одного, причому перший з датчиків має конічний обтікач. UA 88847 U (12) UA 88847 U UA 88847 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до коксової промисловості, а точніше до методів визначення насипної маси вугільної шихти у камері коксування. Відомо три групи методів визначення насипної маси вугільної шихти в камері коксування: механічний, радіоізотопний, електрофізичний методи. Суть механічного методу полягає в тому, що у фасаді камери через отвори, які під час завантаження залишаються закритими, вводяться бляшані коробки певного перетину до упору в протилежну стінку. По вазі відібраної шихти і об'єму добірного пристрою розраховується насипна вага завантаження в точці відбору. Основним недоліком цього процесу є те, що перші порції шихти, що входять в відбірний пристрій, ущільнюються, заклинюються, унаслідок чого подальші шари шихти частково роздавлюються і кінцеві результати викривляються на 7-10 %. При використанні радіоізотопного методу пристрій датчика є штангою, на кінці якої 137 знаходиться ампула з радіоактивним ізотопом Cs , а далі від неї розташований детектор випромінювання. Даний датчик на штанзі вводиться в камеру коксування і по інтенсивності прийнятого випромінювання визначають щільність шихти в камері коксування. Недоліком цього методу є те, що на замір інтенсивності пройденого випромінювання, за яким визначається щільність вугільної шихти, впливає багато факторів, а саме: 1) Кількість заряджених часток у вертикалі, що знаходиться на висхідній гілці (вертикалі, в якій здійснюється горіння газу), які значно поглинають випромінювання, при цьому кількість заряджених часток (а, отже, і інтенсивність поглинання) змінюється протягом кантовки (періоду між перемикання газових потоків) і тому неможливо ввести будь-які поправочні коефіцієнти. 2) На поглинання випромінювання впливають стінки опалювальних простінків, при цьому відстань, яку пройде випромінювання в вугільній шихті буде дорівнювати відстані, яку пройде випромінювання в вогнетривкій кладці стінок простінку. З огляду на те, що щільність вогнетривкої кладки вище, ніж щільність шихти в камері коксування, точність вимірювання щільності шихти при цьому буде досить сумнівною. 3) Апаратура, яка міститься в вертикалі, працює в досить жорстких умовах (температура до 1200-1300 °C), що вимагає виняткових заходів з її термозахисту, що ускладнює її використання. 4) Використання подібної системи вимагає спеціальних заходів захисту обслуговуючого персоналу від іонізуючого випромінювання, а також залучення для здійснення заміру спеціально навченого персоналу спеціалізованих організацій. У зв'язку з цим подібний метод не може використовуватися для щозмінного (тим паче внутрізмінного) контролю щільності шихти. Як приклад використання електрофізичних методів визначення щільності вугільної шихти в камері коксування, можна навести дослідження, проведені співробітниками Дніпропетровського металургійного інституту на Криворізькому КХЗ (Журавский А.А., Торяник Э.И., Крышень И.Г. и др. Автоматическое построение математической модели функционирования объекта. - Кокс и химия, 2000 г. - № 3. - С. 22-28). Установка складається з високовольтного конденсатора, який заряджається електрофорною машиною. Конденсатор розряджається через електроди, впаяні в стінки моделі. По виду кривої струму розряду конденсатора, фіксованого осцилографом, визначається щільність вугільної шихти на даній ділянці моделі. Даний метод неприйнятний для виміру щільності шихти в заводських умовах оскільки: 1) Заміри робляться в скляній моделі масштабу 1:10 "на холоді". У зв'язку з цим важко знайти зв'язок між істинною щільністю вугільної шихти в камері коксування і щільністю шихти в моделі. 2) іскровий розряд в камері коксування в атмосфері водню може призвести до вибуху з дуже важкими наслідками. В основу корисної моделі поставлена задача розробки принципово нового пристрою для визначення насипної маси вугільної шихти в камері коксування. Поставлена задача вирішується таким чином. Як основний параметр використовується питомий електричний опір вугільної шихти, який є пропорційним її щільності. У зв'язку з цим розроблено датчик, що являє собою керамічну трубку з розміщеними на ній двома електродами, виводи з яких через направляючу штангу виводяться назовні (рис. 2). Датчик являє собою два металевих електрода, що мають циліндричну форму (рис. 1), розділених між собою керамічними ізоляторами. Один з електродів - основний (1) має загострену конічну головку для полегшеного проникнення через шар шихти і з'єднується зі стержнем (2), на якому є різьба. На цей стержень одягається керамічна трубка-ізолятор (3), на яку, в свою чергу, одягається дистанційна керамічна трубка (4), яка забезпечує задану відстань між електродами. Далі на ізоляційну трубку надягається другий електрод (5), який через шайбу 1 UA 88847 U 5 10 15 20 25 30 (6) гайкою притискається до дистанційної трубки (4). Верхня частина стержня (2) має різьблення, за допомогою якого датчик приєднується до штанги для введення в камеру коксування або бункер вуглезавантажувального вагону. Крім того, у верхній частині стержня висвердлені канали, через які прокладаються з'єднувальні проводи, які представляють собою коаксіальний кабель РК-75. Для запобігання впливу високих температур на кабель при проходженні штанги через підсклепінний простір використовуються керамічні буси. Штанга - розбірна (рис. 3) і складається з ряду секцій довжиною 1500 мм, кожна з яких на кінцях має різьблення. За допомогою чавунних муфт секції з'єднуються одна з однією, при цьому, варіюючи кількістю секцій, можна зібрати штангу необхідної довжини. З'єднувальні дроти, за допомогою яких датчик підключається до вимірювальних приладів, пропускаються через внутрішню частину штанг. Всі секції штанги однакові крім однієї, до одного кінця якої приварена футорка з різьбовим з'єднанням, до якої приєднується датчик. При зануренні датчика у вугільну шихту струм проходить через підвідні дроти, електроди та вугільну шихту. Величина струму, що протікає по ланцюгу, визначається за законом Ома: U , (1) R0 де: U - живильна напруга, як правило стабілізована; R0 - сумарний активний опір ланцюга, що включає в себе R0  r  rш , (2) I де: r - власне опір зондової голівки; rш - опір вугільної шихти між електродами. Конструкція датчика проста і може бути виготовлена в будь-якій механічній майстерні, а в якості вимірювального приладу можна використовувати стандартний прилад, наприклад тестер або авометр, які випускаються промисловістю в масовому порядку і пройшли сертифікацію. Розроблений пристрій був випробуваний в промислових умовах. Визначалася щільність вугільної шихти в бункерах вуглезавантажувального вагону. Оскільки обсяг завантажуваної шихти завжди постійний (обсяг контролюється спеціальними об'ємними датчиками, з'єднаними з кінцевий вимикачами), то, знаючи його і щільність шихти в бункерах, досить легко можна визначити вагу шихти в кожному з бункерів і в вагоні в цілому. Датчик встановлювався в бункері вуглезавантажувального вагону на різних рівнях: на висоті 0,5 м від верху бункера, на середині і в нижній частині бункера. Результати виміру наведені в таблиці 1. Таблиця 1 Зміна електричного опору вугільної шихти в бункерах вуглезавантажувального вагону Верх Місце заміру Опір щільності шихти датчика, Ом Середній 500 бункер 35 Щільність 3 шихти, кг/м 630 Середина Опір датчика, Ом 450 Щільність 3 шихти, кг/м 670 Низ Опір датчика, Ом 480 Щільність 3 шихти, кг/м 650 Як видно з наведених даних, показники датчика у верхній і середній частині бункера вуглезавантажувального вагону мають деякі коливання, що слід пов'язувати з відхиленнями щільності вугільної шихти. У нижній частині бункера шихта значно ущільнена як за рахунок її падіння з великої висоти, так і за рахунок тиску вищележачих шарів вугільної шихти, тому зміна щільності в нижній частині бункера є незначною. Результати виміру щільності шихти під середнім люком наведені в таблиці 2. 40 2 UA 88847 U Таблиця 2 3 Щільність вугільної завантаження (кг/м ) в камері коксування Відстань точки заміру від поду камери коксування, м 0,5 1,5 2,5 740,8 742 693 5 10 15 20 3,5 822 4,5 810 5,5 752 Отримані дані свідчать про те, що щільність вугільної шихти змінюється по висоті не по лінійному закону. Це є наслідком того, що завантаження камери коксування здійснюється послідовно через крайні люки і тільки потім через середній. "Зустріч" потоків шихти через крайні люки відбувається на рівні 3,5 м від поду камери коксування. Потім починається завантаження шихти через середній люк і падіння на вже наявну під середнім люком шихту з висоти 3-4 м нових порцій шихти, що є причиною створення зони підвищеної щільності. Утворення параболічних склепінь на нижчележачих рівнях, які сприймають на себе частину навантаження, не дають можливості ще більш ущільнити шихти на нижніх рівнях (0,5-2,5 м). В результаті проведених досліджень встановлено, що розроблений пристрій визначення насипною маси вугільної шихти в камері коксування дозволяє цеховому персоналу своїми силами визначати її хоча б епізодично. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Пристрій для визначення щільності вугільної шихти, який складається з датчика, штанги, на якій кріпиться датчик, і вимірювального приладу, який відрізняється тим, що датчик являє собою два металевих електроди, які розташовані на ізоляційній основі на відстані 150-200 мм один від одного, причому перший з датчиків має конічний обтікач. 3 UA 88847 U 4 UA 88847 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5