專利名稱：含鐵粉料中鐵分的同位素測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于非電量測量裝置，特別是含鐵粉料中鐵分的同位素測量系統(tǒng)。
含鐵粉料，例如燒結(jié)廠的精礦粉中的鐵分(精礦品位)測定，對于燒結(jié)礦等產(chǎn)品的質(zhì)量有很重要的作用。對于沒有中和料場的燒結(jié)廠來說，測定精礦品位尤其重要，因為精礦品位是控制燒結(jié)配料的主要技術(shù)參數(shù)。
在常規(guī)燒結(jié)生產(chǎn)配料過程中，精礦粉含鐵量(即精礦品位)是用化學(xué)分析和物理靜態(tài)分析法來進行的，這種方法速度慢、滯后時間長，只能離線進行，因此無法實現(xiàn)有效的閉環(huán)控制以獲得最佳配料比。
歐洲專利EP0341094A2提出用x射線照射運輸皮帶上的物料，使被照射的粒子發(fā)光，由光電倍增管接收，再通過一套光學(xué)系統(tǒng)鑒別出被測物料中的物質(zhì)，適用于分選出金剛石或其他發(fā)光性物質(zhì)，而對于非發(fā)光性物質(zhì)并不適用，而且不能進行定量分析。
英國專利GB1225012公開了一種在鐵礦石運輸過程中測量鐵礦品位的方法，將0.04～0.1MeV能級的放射性同位素241Am輻射的γ射線照射到在運輸中的鐵礦石或礦漿上，然后用一檢測器測量反射或透射強度。這里的檢測器用的是蓋革計數(shù)器、光電倍增管(閃爍計數(shù)器)及電離室等。這些探測器的分辨率和靈敏度太低，難以進行定量分析。此種測量裝置不能排除水份、密度、測量距離等相對變化所造成的對測量結(jié)果的影響，也不能排除被測物料粒度不等對測量結(jié)果的影響。由于這種測量是在很惡劣的環(huán)境條件中進行的，如何消除環(huán)境對測量結(jié)果的影響也未得到解決。
本發(fā)明的目的是用放射性同位素來測量運輸皮帶上的含鐵粉料中的鐵分的測量系統(tǒng)。根據(jù)被測物質(zhì)為鐵原子這一特定對象，選用238Pu為放射線源。
本發(fā)明的第二個目的采用一套自動制樣機系統(tǒng)，使被測試樣達到標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，并消除水份對測量結(jié)果的影響。
本發(fā)明的又一個目的是采用高分辨率、高靈敏度的探測器，對測量結(jié)果進行定量分析，并將分析結(jié)果用于生產(chǎn)過程控制。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種能在惡劣環(huán)境中堅持長期運行的探測器，其性能良好，可靠性高。
本發(fā)明的最后一個目的是提供一種抗干擾能力強，測量精度高，置信度高的測量系統(tǒng)。
按照本發(fā)明的含鐵粉料中鐵分的測量系統(tǒng)，由自動制樣機系統(tǒng)、主機系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)所組成。
自動制樣機系統(tǒng)由依次裝在含鐵粉料運輸皮帶上側(cè)的粉料粒度探測器、平整器、可從此運輸皮帶上取料的斗式取樣器、接收斗式取樣機取出試樣的烘干輸送機及其中的螺旋推料器，在此螺旋推料器下方的振動篩及振動篩下的成形器、粗平整器、精平整器所組成。
主機系統(tǒng)由置于自動制樣機的精平整器下游運輸皮帶上方的同位素探測器、與此探測器依次串接的正比計數(shù)管、電壓前置放大器、主線性放大器、單道脈沖幅度分析儀、給正比計數(shù)管供電的高壓電源，給前置放大器、主線性放大器和單道脈沖幅值分析儀供電的低壓凈化電源所組成。
數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)由和單道脈沖幅值分析儀相連接的接口電路、與此接口電路相接的微型機、接到微型機上的顯示器和打印機所組成。
按照本發(fā)明，在電源線路中串接一個不間斷電源，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地工作。
按照本發(fā)明，在前置放大器和主線性放大器之間，在單道脈沖幅值分析儀和接口電路之間都設(shè)有光電隔離器。
按照本發(fā)明，由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)得出的含鐵粉料中鐵分，經(jīng)SIO異步接口發(fā)送到過程控制機進行配料控制。
按照本發(fā)明，主機系統(tǒng)采用大規(guī)模集成電路，各部件為標(biāo)準(zhǔn)組件，整個測量系統(tǒng)智能化，從而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高，便于維護。
按照本發(fā)明，為使探測器能在多塵和溫度變化大的惡劣環(huán)境下正常工作，對探測器采取了密封和自動恒溫措施。
按照本發(fā)明的含鐵粉料中鐵分測量系統(tǒng)，采用238Pu作為放射源，最適合于測量含鐵量。
由于本發(fā)明的自動制樣機采用了烘干運輸機，從而消除了水份對測量結(jié)果的影響。此自動制樣機能自動制造出標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸的試樣，確保測量精度的提高，由于采用了篩分裝置，消除了粒度變化對測量結(jié)果的影響。
由于本發(fā)明使用了帶有薄鈹窗的正比計數(shù)管和二級放大，確保系統(tǒng)具有高分辨率和高靈敏度。
本發(fā)明的各種技術(shù)特征及其優(yōu)點可通過附圖得到進一步說明。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。
圖2為自動制樣機系統(tǒng)框圖。
圖3為主機系統(tǒng)框圖。
圖4為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)框圖。
如圖1所示，本發(fā)明含鐵粉料中鐵分測量系統(tǒng)由自動制樣機系統(tǒng)(1)，主機系統(tǒng)(2)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(3)所組成。由自動制樣機系統(tǒng)自動制作作出標(biāo)準(zhǔn)化的、規(guī)范化的試樣，由主機系統(tǒng)對試樣進行測試，由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對測試結(jié)果進行數(shù)據(jù)處理將處理結(jié)果送到上位機，用于過程控制(例如燒結(jié)原料配料控制)。
如圖2所示，自動制樣機系統(tǒng)由依次裝在含鐵粉料運輸皮帶上側(cè)的平整器(11)、粉料粒度探測器(12)、可從此運輸皮帶上取料的斗式取樣器(13)，和接收斗式取樣機取出試樣的烘干運輸機(14)及其中的螺旋推料器(15)，置于此螺旋推料器出口端下側(cè)的振動篩(16)及振動篩下側(cè)相互接續(xù)的成形器(17)、粗平整器(18)、精平整器(19)所組成。
平整器(11)將含鐵粉料運輸皮帶上的粉料整理平整，粉料粒度探測器探測粉料粒度大小，遇有超出規(guī)定粒度范圍的粉料塊時，發(fā)出指令，將斗式取料機抬起，不取料。當(dāng)檢測到粉料粒度在規(guī)定范圍內(nèi)時，斗式取料機正常取料。斗式取料機取出的粉料卸到烘干輸送機(14)中進行烘干，烘干到水份為1%左右時，螺旋推料機將粉料卸到振動篩(16)上，振動篩篩下的粉料落到成形器(17)上制成一定規(guī)格的試樣料帶。試樣料帶的尺寸取決于主機探測器的射線源尺寸。在本實施例中，試樣厚度≥6mm，寬度≥60mm。成形的試樣料帶經(jīng)粗平整，精平整后成為規(guī)范化的試樣料帶，由傳送帶送到主機探測器下側(cè)，經(jīng)探測后的試樣返回原料運輸皮帶上。自動制樣機運輸帶的運行速度為0.04m/s。
如圖3所示，主機由三部分所組成探測部分，主放部分和電源部分，包括置于自動制樣機的精平整機(19)的輸出運輸帶上方的同位素探測窗(21)、探測窗與料帶表面的相對距離保持穩(wěn)定，變化小于1mm，與探測窗依次串接的正比計數(shù)管(22)、電壓前置放大器(23)構(gòu)成探測部分，此探測部分用電纜連接到主線性放大器(24)，再接到單道脈沖幅度分析儀(25)。電源線路部分由給正比計數(shù)管(22)供電的高壓電源(26)和給電壓前置放大器(23)、主線性放大器(24)及單道脈沖幅值分析儀(25)供電的低壓凈化電源(26)所組成。在此電源線路中串接一個不間斷電流。
如圖4所示，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)由和單道脈沖幅值分析儀(25)連接的接口電路(31)、與此接口電路相接的微型機(32)、和微型機(32)的輸出端相接的顯示器(CRT)(33)、打印機(34)所組成。
按照本發(fā)明，探測部分裝在一個鋁合金盒內(nèi)，鋁合金板的厚度≥6mm，在面向鐵粉料一側(cè)有一個和同位素探測窗(21)相匹配的滌綸紗窗口。同位素探測窗的放射源采用238Pu低能γ光子源，其形狀為環(huán)形，尺寸為外徑Φ外＝45～38mm，內(nèi)徑Φ內(nèi)＝32.5～22.5mm，厚度為d＝9～6mm，能級為12～30keV。前置放大器(23)的放大倍數(shù)為5～10倍。
在本實施例，取Φ外＝28mm，Φ內(nèi)＝22.5mm，d＝6mm，高壓電源電壓為1960V按照本發(fā)明，主放部分的主線性放大器的放大倍數(shù)為1250～2250倍。高壓電源的輸出電壓為1600～2300V，低壓電源的額定輸出電壓分±24V、±12V和±6V三檔，電壓相對變化不大于0.1～0.2%。在實施例中，不間斷電源為ELGAR不間斷電源。
本發(fā)明實施例中的接口電路由器件74LS74和CTC串接而成，微型機采用Tp805，打印機采用80/kc。微型機計算出的平均值經(jīng)SIO插口，異步發(fā)送到上位機，用于控制生產(chǎn)過程。
按照本發(fā)明，為了防止外界因素對測量系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾，在前置放大器與主線性放大器之間，在主機單道脈沖幅值分析儀(25)與數(shù)據(jù)接口電路(31)之間設(shè)有光電隔離器(圖中未示出)。
利用本發(fā)明的含鐵粉料中鐵分的測定系統(tǒng)，由自動制檢機從粉料運輸皮帶上取樣、烘干并制成標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)料帶，經(jīng)238Pu低能γ光子源照射。探頭內(nèi)的正比計數(shù)管作為檢測器件，在氣體檢測器特性曲線的正比區(qū)工作，取得能譜信號(電壓脈沖)。此信號的電平較低，為毫伏級。從提高信噪比和實現(xiàn)阻抗匹配，前置放大器將低電平信號放大5～10信，然后將此信號送到主機內(nèi)。這個信號的電平仍然較低，經(jīng)脈沖線性放大器(即主放大器)獲得主要增益，使電平信號達到10V以內(nèi)的仍保持正比特性的合適值，供單道脈沖幅值分析儀進行幅度分析。
單道脈沖幅度分析儀從分布離散的電脈沖總和(即能譜)中，將脈沖高度處于某一特定小范圍內(nèi)的所有脈沖鑒別并取出，這個量就是表征鐵元素的螢光強度的。因此，單道脈沖分析儀是進行定量分析的核心。
由單道脈沖幅度分析儀取出的脈沖信號經(jīng)接口電路送到微型機Tp805，微型機定時采集輸入的測量數(shù)據(jù)，計算含鐵粉料中的鐵分(在燒結(jié)廠中，就是精礦品位)，進行實時顯示，定時打印，數(shù)據(jù)傳送及離線回歸等操作。
將本發(fā)明的系統(tǒng)用在某燒結(jié)廠，作為精礦品位測定系統(tǒng)，準(zhǔn)確迅速地測定了精礦品位，和上位機相連接用于配料控制時，使燒結(jié)礦品位波動控制在±1%以內(nèi)，從而使燒結(jié)礦一級品率提高了4%。由于燒結(jié)礦質(zhì)量的提高，使高爐爐況順行，焦比降低。因此獲得顯著的經(jīng)濟效益。實際使用結(jié)果證明，系統(tǒng)精度達到1%以內(nèi)，系統(tǒng)的測量置信度為97%。目前已成為燒結(jié)生產(chǎn)自動控制系統(tǒng)中不可缺少的一環(huán)。
權(quán)利要求
1.一種利用同位素探測器測量運輸皮帶上的含鐵粉料中鐵分的測量系統(tǒng)，其特征在于此系統(tǒng)由如下幾部分所組成1)一個自動制樣機系統(tǒng)(1)，由依次裝在含鐵粉料運輸皮帶上側(cè)的平整器(11)、粉料粒度探測器(12)、可從此運輸皮帶上取料的斗式取樣器(13)，和接收該斗式取樣器(13)所取出試樣的烘干輸送機(14)及其中的螺旋推料器(15)，置于此螺旋推料器出口端下方的振動篩(16)及此振動篩下側(cè)相互接續(xù)的成形器(17)、粗平整器(18)、精平整器(19)所組成，2)一個主機系統(tǒng)(2)，由置于上述自動制樣機(1)的精平整機(19)的輸出運輸帶上方的同位素探測窗(21)、與探測窗依次串接的正比計數(shù)管(22)、電壓前置放大器(23)所構(gòu)成的探測部分，此探測部分用電纜連接到主線性放大器(24)、再接到單道脈沖幅度分析儀(25)，電源線路由給正比計數(shù)管供電的高壓電源(26)和給電壓前置放大器(23)、主線性放大器(24)及單道脈沖幅度分析儀(25)供電的低壓凈化電源(26)所組成，3)一個數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(3)，由和所述的單道脈沖幅度分析儀(25)相連接的接口電路(31)，與此接口電路相接的微型機(32)，與此微型機輸出端相接的顯示器CRT(33)和打印機(34)所組成，4)一個串接在電源線路中的不間斷電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的含鐵粉料中鐵分測量系統(tǒng)，其特征在于所述的同位素探測窗(21)的放射源采用238Pu低能γ光子源，其形狀為環(huán)形，尺寸為外徑Φ外＝45～38mm，內(nèi)徑Φ內(nèi)＝32.5～22.5mm，厚度為d＝9～6mm，能級為12～30keV。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的含鐵粉料中鐵分測量系統(tǒng)，其特征在于所述的前置放大器(23)的放大倍數(shù)為5～10倍，主線性放大器(24)的放大倍數(shù)為1125～2250倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的含鐵粉料中鐵分測量系統(tǒng)，其特征在于所述的探測部分裝在一個鋁合金盒內(nèi)，鋁合金板的厚度為≥6mm，在面向含鐵粉料一側(cè)有一個和探測窗(21)相匹配的滌綸紗窗。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的含鐵粉料中鐵分測量系統(tǒng)，其特征在于所述的前置放大器(23)和主線性放大器(24)之間以及在主機單道脈沖幅度分析儀(25)和接口電路(31)之間設(shè)有光電隔離器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的含鐵粉料中鐵分測量系統(tǒng)，其特征在于所述的接口電路(31)由器件74LS74和CTC串接而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的含鐵粉料中鐵分測量系統(tǒng)，其特征在于所述的微型機為TP805。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的含鐵粉料中鐵分測量系統(tǒng)，其特征在于所述的打印機為80/kc。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的含鐵粉料中鐵分測量系統(tǒng)，其特征在于所述的給正比計數(shù)管(22)供電的高壓電源(26)的輸出電壓為1600～2300V。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的含鐵粉料中鐵粉測量系統(tǒng)，其特征在于所述的低壓電源輸出額定值分±24V、±12V和±6V三檔，電壓相對變化不大于0.1～0.2%。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的含鐵粉料中鐵分測量系統(tǒng)，其特征在于所述的不間斷電源為ELGAR不間斷電源。
全文摘要
一種利用同位素探測器測量運輸皮帶上的含鐵粉料中鐵分的測量系統(tǒng)，有一個裝在此運輸皮帶上側(cè)的自動制樣機系統(tǒng)用于制作標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化的試樣，一個對所制出的試樣進行探測、信號放大、單道脈沖幅度分析的主機系統(tǒng)及其電源系統(tǒng)，一個對脈沖幅度分析值進行數(shù)據(jù)處理、顯示并打印處理結(jié)果的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。為保證測量精度和可靠性，采用了光電隔離和備用電源等措施。燒結(jié)廠實際應(yīng)用過程證明系統(tǒng)精度為1％，置信度達到97％。
文檔編號G01N23/12GK1074040SQ9210996
公開日1993年7月7日 申請日期1992年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月30日
發(fā)明者謝向陽, 金華石, 田仁躍, 劉家玉, 張守先, 樊榮環(huán), 王丹 申請人:鞍山鋼鐵公司, 鞍山鋼鐵公司鋼鐵研究所