中子水分仪在焦炭水分监测上的应用

DF-5740A型中子水分仪在焦炭水分监测上的应用

刘阳 吴红桃 张嵬巍 王照华

（安阳钢铁集团有限公司）

摘要:介绍了DF-5740A 型中子水分仪的基本结构、工作原理、调试定标方法与使用维护要求。该仪器在五炼焦焦炭水分监测上投入使用，检测精度和运行稳定性较好，提高了劳动效率与检测及时性准确性，为高炉生产提供了坚实可靠的数据支撑。 关键词:中子水分仪、焦炭、水分监测

APPLICATION OF DF-5740A NEUTRON MOISTURE METER IN THE COKE MOISTURE MONITORING

Liu Yang Wu Hongtao Zhang Weiwei Wang Zhaohua

(Anyang Iron and Steel Stock Co.,Ltd.)

ABSTRACT Introduces the DF - 5740 - a type of neutron moisture gauge basic structure, working

principle, debugging, calibration method and the use of maintenance requirements. The equipment is put into use in the five coking coke moisture monitoring, detection accuracy and running stability is better. It can improve the labor efficiency and detection accuracy, and timeliness. For the blast furnace production provides a solid and reliable data support.

KEY WOEDS neutron moisture gauge coke moisture monitoring

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0 前言 由252Cf 放射源（中子源）、C s 放射源（γ

高炉炼铁主要用焦炭作为燃料，焦炭在放射源）、Cs 探测装置、中子探测装置四炼铁过程中有四大作用，一是提供热源、二部分组成[1]。 是作为料柱骨架、三是作为还原剂、四是充1） 252Cf 放射源（中子源）：采用活度当渗碳剂，焦炭质量指标对高炉稳产顺行起为2μg 的低能放射源252Cf ，外面为特制的着决定性作用。2013年3月新3#高炉投产，防护容器，确保容器外的辐射计量低于国家五炼焦焦炭供应3#高炉使用，由于配套的允许水平。容器上带有准直孔，准直孔可旋190吨干熄焦设备检修等影响，焦炭水分有转并带锁，放射源运输、存放和进行安装时，时不稳定。焦炭水分化验数据滞后，水分代将准直孔关闭，可保证辐射安全。 表性仍是一个突出问题，原始的焦炭水分检2） 137C s 放射源（γ放射源）：采用活测已经无法满足大高炉高效精准快捷的生度为10mci 的中能放射源137C s [2]，γ放射源产需求。为了提高焦炭水分检测快捷高效，为铅屏蔽体，确保容器外的辐射计量低于国经反复调研论证，在C108皮带头部安装了家允许水平。准直孔可旋转并带锁, 放射源运一台DF-5740A 型中子水分仪自动检测系统，输、存放和进行安装时，将准直孔关闭，可经运行证明，运行稳定可靠，数据准确可信，保证辐射安全。 对指导生产起到了重要作用。 3） Cs 探测装置：Cs 探测装置由Cs 1 中子水分仪的基本结构及工作流程 外套筒和探测器组成，探测器用于接收从铯1.1 中子水分仪的基本结构

源发射的γ射线，并将其转换为脉冲信号，

通过信号线传送到信号变送器。其采用高灵敏高效率的闪烁探测器。探测器比计数管高50倍以上，可使放射源的用量大大降低，外形尺寸为Φ120mm ×515mm 。 4） 中子探测装置：用于接收从中子源

图1 中子水分仪结构示意图 发射的中子射线，并将其转换为脉冲信号，中子水分仪的结构示意图见图1，主要通过信号线传送到信号变送器。其采用高效

联系人：刘阳，工程师，河南. 安阳（455004），安阳钢铁集团有限责任公司质量检测处；

率高选择性的快中子探测器，可靠性高，不存在漏气问题，几乎没有损耗，可长时间使用，正常情况下，可保证无故障运行10年以上。探测器的中子灵敏度达540计数/（分

•μSv •h ）[3]

, 比当今国际先进水平的3He 正比

图2 中子水分仪工作流程图

中子水分仪工作流程图见图2。中子法测水的实质就是测物料中总的含氢量，测量原理是基于中子对水分中的氢元素敏感，氢元素可以使中子发生慢化，而其它元素则没有这一过程[5]。另外考虑到物料形状的变化会导致探测器接收的中子计数率和水分的变化关系和理论上有些区别，现场又采用一个γ放射源对水分仪进行补偿，实现了水分测量不受物料疏松度和厚度变化的影响。

中子源发射中子射线透射过物料被物料慢化，穿透的中子射线被中子探测装置接收，中子探测装置将接收到到中子射线转换为脉冲信号，通过信号线传送到信号变送器。铯源发射γ射线透过物料，穿透的γ射线被Cs 探测装置接收，并将其转换为脉冲信号，通过信号线传送到信号变送器。信号变送器与工控机之间经过转换得到中子数、铯数，由于物料水分与中子数、铯数之间呈一定关系，程序再进行一系列的处理，最终得到水分值。

2 中子水分仪定标调试与维护

要使中子水分仪正常运行，达到预期目的，准确定标是基础，定期比对与维护也必不可少，二者直接影响到中子水分仪的检测精度。 2.1 定标

中子水分仪的定标调试即找出测量曲

计数管中子剂量当量仪（约24计数（分•/μSv

•h ））高出20多倍[4]，其外形尺寸为Φ81mm ×306mm 。

1.2 中子水分仪的工作原理及流程

线，也就是中子计数率和被测焦炭水分的对应关系，它是仪表测量的根本依据，直接影响检测精度。定标调试需要的步骤主要包括：测量零点和本底计数、采集样品、实验室分析样品、设置参数、对照，其中最主要的环节是采集样品。取样地点必须在探头中子源作用半球内才具有代表性；取样时间与主机时间要保持一致，并做好对应的中子数、铯数记录；所取样品的水分值必须分别在被测物全程范围内（例如0. 1～12%，干焦湿焦都要覆盖到）；所取样品数量应在30组以上，越多越好[6]。样品收集完之后通过实验室化验出水分，再结合对应的中子数铯数，用概率统计中的回归方程分析法进行处理，得出回归方程Y=a+bX，式中a 为纯干焦计数率，b 为水分变化1%引起的计数变化值，即为仪表的测量灵敏度。根据得出的回归方程，输入一定的脉冲调节相应的电位器（线性率表单元），使中子水分仪显示及电流输出达到要求，定标完毕。 2.2 维护与使用要求

1） 中子水分仪投入使用后，还需要定期进行比对，验证数据准确性。

2） 不能在通电情况下，插拔探头或各连接插头。

3） 信号线避免靠近交流电线，交流供电电源应采用电压波动小的专用电源。整个系统有专用地线，避免带来干扰信号。

4） 不能突然中止供电，避免造成探头等元器件烧毁。

5） 探头应保持干净，定期清理。 3 使用效果

这种测量方式为非接触式，探测器和焦炭不发生直接接触，使用寿命长、测量结果不受皮带焦炭厚度影响、不受粉尘水气影响、测量结果精准快速、长期稳定性好。根据现场实际情况，我们为五炼焦中子水分仪程序里面设置了两套参数，一套为干焦参数，一套为湿焦参数，程序根据接收的信号

自动转换。设备调试完毕后我们做了大量的验证数据，检测精度均符合要求。对比数据见表1，从表1可以清楚的看出，DF-5740A 型中子水分仪具有较好的测量精度和运行稳定性。

表1 验收数据对照表

序Cs 计中子计实验室 测量误号 数 数 双样均值% 值% 差% 1 2811 88.00 4.0 4.2 -0.2 2 2626 91.98 8.8 8.7 0.1 3 2494 91.00 4.5 4.7 -0.2 4 2385 100.00 8.1 8.1 0.0 5 2245 104.70 8.5 8.4 0.1 6 2589 94.70 7.1 7.1 0.0 7 2549 98.00 10.3 10.2 0.1 8 2704 86.00 2.7 2.7 0.0 9 3400 81.00 0.9 1.1 -0.2 10 2811 86.43 3.2 3.0 0.2 11 3171 83.91 1.2 1.3 -0.1 12 2836 87.01 3.4 3.2 0.2 13 2908 87.71 4.9 4.6 0.3 14 3299 83.60 2.0 2.2 -0.2 15 3109 86.40 5.9 6.0 -0.1 16 3061 86.25 5.0 4.8 0.2 17 3058 86.96 6.2 6.1 0.1 18 3058 85.98 5.5 5.3 0.2 19 3336 82.61 4.8 4.8 0.0 20

3397

83.01

0.9

0.8

0.1

五炼焦C108皮带头部DF-5740A 型透

射式中子水分在线检测仪，成功实现了C108皮带上运输到3#高炉的焦炭水分在线

作者姓名：刘阳 性别：男 年龄:45 民族：汉 籍贯：河南太康县 最高学历学位：硕士 技术职称：工程师

毕业院校与专业：华中科技大学软件工程 现从事专业或研究方向：质量控制与管理

通信地址：河南省安阳市安阳钢铁集团有限公司质量检测处 联系电话：[1**********] 邮编：455004

E-mail ：[email protected]

实时检测功能，同时实现了实时水分数据趋势画面、每分、每小时、每班、每天水分实时传输到3#高炉炉前值班室及相关单位，实现了数据快速共享，在安钢首次实现了焦炭水分在线实时精准检测功能，为高炉操作人员增加了一只眼睛。

焦炭水分在线实时检测取代了传统收集试样人工化验，克服了传统水分化验具有的人为干扰因素、检测周期较长数据滞后性、劳动效率低等缺点，提高了检测数据及时性、准确性、可靠性，大大提高了劳动效率。

4 参考文献

[1]《DF 一5740A 型透射式中子水分在线检测仪使用说明》[M]．丹东测控．

[2]卢玉楷．简明放射性同位素应用手册. 上海科学普及出版社，2004年1月1日出版．

[3]刘圣康．中子水分计[M] 北京：原子能出版社，1992：56-97

[4]林长林 肖宪东 潘忠明. DF一5740型快中子水分仪在酒钢的应用. 矿冶工程，2009,29（2）99-101. [5]马贤国 杨学谦 苟强源. 中子水分仪及其在烧结混合料水分控制中的应用. 烧结球团，2012，37（4）：27-29.

[6]邓华 鲁学军. 中子仪在高炉焦炭水分在线检测中的应用. 计量与测试技术,2013，40(8):48-52.