Влажность материалов является одним из основных пара­метров, существенно влияющих на процесс производства. Надеж­ный автоматический контроль влажности сырьевых материалов практически не разработан, но значимость этого параметра на­столько велика, что несмотря на серьезные трудности ведутся большие работы по созданию методов и средств его контроля.

ставляют собой полупроводящие вещества. Измерение их ди­электрической проницаемости без емкости С0 невозможно [14]. В качестве примера на рис. 10, б приведена электрическая схема емкостного влагомера. По этой схеме, если емкость первого кон­тура равна суммарной емкости второго, то амплитуды переменного напряжения на обеих сетках лампы Лг будут одинаковы, поэтому будут равны и постоянные составляющие анодных токов обеих половин лампы и стрелка микроамперметра рЛ будет находиться на нуле. При изменении влажности емкость датчика изменяется, что создает асимметрию в работе генератора и отклонение стрелки микроамперметра. Для восстановления симметрии необходимо изменить емкость переменного конденсатора Сф так, чтобы сум­марная емкость первого контура стала вновь равной первоначаль­ной. Таким образом, изменение положения рукоятки С! является показателем влажности контролируемой среды.

Электрические методы измерения влажности шихтовых ма­териалов обладают существенными недостатками: электрические свойства материалов зависят не только от влажности, но и от химического состава материала и условий измерения; электри­ческое поле в материале распределяется неравномерно; на изме­рение влияют паразитные емкости и индуктивности и др. Поэтому электрические методы контроля влажности, которые можно ис­пользовать только со специальными приспособлениями для каж­дого конкретного случая измерений, пока не получили широкого распространения в производстве окускования руд.

Для контроля влажности шихтовых материалов перспектив­ными являются радиоактивные методы с использованием гамма - и нейтронного излучения [15]. В первом случае используют эффект поглощения гамма-излучений веществом, находящимся на пути прохождения пучка лучей. В том случае, когда в состав вещества входит водород, степень поглощения при прочих равных условиях значительно выше, что и используют для контроля влажности. Этот способ дает хорошие результаты при определе­нии влажности материалов, в которых водород входит только в состав воды. Преимуществом этого способа является то, что в облученном веществе не возникает наведенная радиоактивность. Во втором случае используют эффект потери энергии нейтронами при прохождении их через вещество. Наиболее сильное замедле­ние нейтроны испытывают при столкновении с ядрами водорода (протонами), что и используют для определения влажности ма­териала.

Компенсационная схема устройства для контроля влажности вещества по поглощению ядерного излучения приведена на рис. 11. В этой схеме используют два датчика излучения 1. Излучение от одного датчика проходит через материал 2, влажность кото­рого контролируется, излучение от другого датчика проходит через компенсационный клин 3. Оба потока попадают на прием-

3 В. Р. Ксендзовский 33

ник излучения 4. При равенстве потоков выходной сигнал прием­ника излучения равен нулю. Изменение влажности материала вызывает сигнал рассогласования на выходе приемника 4. Этот сигнал, усиленный усилителем 5, управляет двигателем 6, пере­мещающим клин 3 до наступления баланса. По изменению поло­жения стрелки, жестко связанной с клином 3, можно отсчитать влажность материала по шкале 7.

Основным недостатком радиоизотопных методов является не­обходимость защиты от действия излучения. Поэтому нейтронные

и другие радиоизотопные влагомеры целесообразно применять только в том случае, когда никакие другие методы неприменимы или, когда применение радиоизотопных приборов дает большой технико-экономический эффект.

Свободным от этого недостатка яв­ляется метод ядерно-магнитного резо­нанса (ЯМР), используемый для перио­дического контроля влажности. Этот метод основан на поглощении энергии радиочастотного электромагнитного по­ля ядрами атомов водорода (протонами) воды, содержащейся в материале [16]. Протоны, как и другие элементарные частицы, которым присущ спиновой маг­нетизм, обладают собственным магнит­ным моментом и ведут себя во внеш­нем магнитном поле как прецессирую­щие миниатюрные магниты. При поме­щении протонов в постоянное магнитное существуют два разрешенных энергети­ческих уровня, определяющих ориентацию осей элементарных магнитов по направлению поля или против поля. Переходы между уровнями достигаются воздействием на протоны переменного 4 радиочастотного магнитного поля, перпендикулярного постоян­ному полю. Система приходит к резонансу, проявляющемуся в изменениях ориентации ядер в постоянном магнитном поле в результате взаимодействия ядерного магнитного момента с ра­диочастотным полем. Для протонов при Я0=ЮООО э резонансная частота составляет 42,65 мгц. Поглощенная образцом анализируе­мого материала энергия радиочастотного поля зависит от коли­чества содержащегося в нем водорода. Следовательно, по вели­чине этого поглощения можно оценить влагосодержание.

Для наблюдения ЯМР образец материала, подвергаемый воздействию постоянного магнитного поля, помещают в цилин­дрическую катушку, ось которой перпендикулярна направлению поля. По катушке проходит переменный ток высокой частоты v0.

Резонанс может быть достигнут двумя путями: сохранением по­стоянства напряженности поля Но и изменением частоты v0 переменного тока или изменением величины Но при постоянном v0. При резонансе имеет место максимальное поглощение радиоча­стотной энергии. Его фиксирует по параметрам высокочастотного колебательного контура, в который входит катушка с образцом анализируемого материала [17].

Известны также различные оптические, теплофизические и другие методы контроля влажности материалов [18, 19]. Однако в настоящее время нет достаточно надежных приборов широкого назначения, которые можно было бы успешно применять для контроля влажности шихтовых материалов в производственных условиях. Это вынуждает исследователей, разработчиков, работ­ников фабрик окускования заниматься приспособлением извест­ных методов и средств контроля влажности для применения их в конкретных условиях производства, а также разрабатывать новые [20].

Для определения возможности контроля влажности сырья на фабрике окомкования ССГОКа был выбран для испытания и вне­дрения датчик влажности, разработанный и испытанный на агло­фабриках Запорожстали и Ново-Тульского металлургического завода для контроля влажности аглошихты. Этот датчик реали­зует один из простейших способов измерения влажности — кон­дуктометрический, основанный на изменении активного сопроти­вления материала в зависимости от влажности. Принцип дей­ствия таких приборов не сложен, не требуется дорогостоящее и сложное оборудование [21]. К недостаткам данного метода можно отнести зависимость активного электрического сопротивления не только от влажности, но и от скорости прохождения материала относительно датчика, от налипаний материала, влажность ко­торого контролируется, к датчику или его электродам и др. Нали­пание материала можно устранить, вклеивая электроды, напри­мер, в базальтовую плиту, исключающую за счет свойств базальта налипание шихты к датчику. На НТМЗ датчик монтируют в стенку бункера аглошихты, что, по-видимому, обеспечивает постоянный прижим аглошихты к датчику без ее залипання и сравнительно постоянную скорость движения шихты относительно датчика.

Для улучшения качества сырых окатышей, повышения произ­водительности окомкователей и их стабильной работы необходимо, чтобы влажность шихты, поступающей в окомкователь, была постоянной. Доля концентрата в шихте составляет 93—94%; очевидно, что фактором, определяющим влажность шихты, яв­ляется влажность концентрата. Загрузка бункеров и расход концентрата из них не равномерны. В результате этого влаж­ность концентрата в разных бункерах различна. Поэтому возни­кает необходимость контроля влажности концентрата непосред­ственно перед подачей его в смеситель из каждого бункера.

3*

Возможными точками контроля можно рассматривать устье расходного бункера, нож-отсекатель тарельчатого питателя, место схода концентрата с транспортера весоизмерителя. Устье расход­ного бункера неудобно тем, что монтаж и наблюдение за состоя­нием датчика затруднены и скорость схода материала здесь мала. Место выхода концентрата с транспортера весоизмерителя было бы удобно с точки зрения установки датчика, контроля за его рабо­той, скорость схода мате­риала здесь примерно 'по­стоянная, но установка дат­чика здесь требует сужения лотка, так как в противном случае не обеспечивается не­прерывность потока материа­лов относительно датчика, а следовательно, и постоянный надежный контакт материала с датчиком.

С тарельчатого питателя концентрат удаляется ножом- отсекателем. Нож-отсекатель тарельчатого питателя ока­зался наиболее удобным'мес - том для установки датчика влажности, так как здесь обеспечивается постоянный контакт материала с датчи­ком, скорость прохождения материала сравнительно ста­бильна и доступно обслужи­вание датчика. Поэтому дат - чик-базальтовую плиту с электродами встраивают в нож-отсекатель, как показано на рис. 12, так, что лицевая поверхность датчика и ножа - отсекателя составляет одну плоскость, вдоль которой сходит концентрат.

Принятый для испытаний вариант датчика влажности пред­ставляет собой каркас, в который вклеена базальтовая плита размером 167x247 мм. В базальтовую плиту встроены электроды из стали марки Ст. 3 размером 34X53 мм с твердой наплавкой победита. Расстояние Между электродами 77 мм. К электродам со стороны, противоположной прилеганию концентрата, латунью припаяны выводы, которые включены параллельно по отноше­нию к земле. Размер базальтовых плит и электродов в каждом конкретном случае подбирают опытным путем. При этом учиты­вают размеры ножа-отсекателя и характер прилегания к ножу концентрата.

Недостатком первой конструкции датчика оказался малый размер базальтовой плиты, на границе которой в месте соприкос­новения с ножем-отсекателем размером 950 x 300 мм наблюда­лось незначительное налипание концентрата. Для устранения этого недостатка размеры плиты были увеличены после чего налипа­ние не наблюдалось.

Сигнал от электродов поступает в одно из плеч собранной на триодах Т! и Т2 выпрямительной приставки, схема которой при­ведена на рис. 13. С выхода приставки сигнал рассогласования

подается на вход стандартного потенциометра, например ЭПП-09, и записывается на диаграмме. Питание выпрямительной при­ставки осуществляется от стабилизированного источника 220 или 127 в. Для настройки размаха шкалы предусмотрены пере­менные сопротивления Ri и Rs. Для контроля настроек имеется сопротивление /?9 и переключатели Вх и В2.

Во время промышленных испытаний рассматриваемого датчика влажности на фабрике окомкования ССГОКа проверяли работо­способность как самого датчика влажности, так и всего узла контроля влажности. При этом определяли зависимость активного сопротивления концентрата от его влажности, влияние расхода концентрата или, что то же самое, скорости вращения тарели пи­тателя на показание прибора, стабильность шкалы прибора кон­троля влажности, влияние колебания температуры концентрата на показание датчика.

Зависимость омического сопротивления от влажности концен­трата (рис. 14) определяли путем лабораторных анализов проб. Сопротивление измеряли омметром с электродами, площадь поверхности которых равнялась 25 и 69 ммг. Опыт проводили с пробами концентрата разного объема для разных электродов, помещенных в стакане с пробой. Установлено, что разная площадь

электродов при данной влажности материала на показание при­бора существенного влияния не оказала. Во время опытов меж­электродное расстояние и плотность концентрата были постоянны. При относительной влажности концентрата 9% активное сопро­тивление концентрата составляло примерно 3000 и 4000 ом. В реаль­ных условиях при площади электродов ~1500 мм2 и расстоянии между электродами 77 мм сопротивление концентрата составляет 2000 ом, а активное сопротивление цепи между электродом и землей 1000 ом. Для того чтобы уменьшить влияние неравно­мерного прилегания материала к дат­чику и неравномерность его схода три электрода из четырех, смонтированных на плите, включаются параллельно по отношению к земле, а первый по ходу материала электрод не используется из-за периодического налипания кнему концентрата. Увеличение числа под­ключенных электродов приводит к по­давлению вредной высокочастотной составляющей в показаниях датчика. При дальнейшем уменьшении высоко­частотной составляющей сигнала в слу­чае необходимости, при одновремен­ном увеличении размаха шкалы вто­ричного прибора требуется его демп­фирование путем увеличения коэффи­циента редукции двигателя РД-09, приводящего в движение стрелку и перо вторичного прибора ЭПП-09.

При анализе влияния расхода концентрата или скорости вращения тарели питателя на показание прибора установлено, что зна­чительная ошибка в показаниях прибора появляется только при очень малых расходах концентрата. Это связано с тем, что при малых расходах регулятор расхода концентрата начинает работать в дискретном режиме, то останавливая тарельчатый питатель, то вновь увеличивая его обороты до номинального зна­чения. В нормальном режиме работы окомкователя колебания расхода лежат в пределах 35—40 т! ч, определенные по расходу концентрата. В этом режиме ошибка не превышает 0,5% абсо­лютной влажности. После профилактического ремонта и сопут­ствующей ему наладке регулятора расхода концентрата ошибка еще меньше. При расходе концентрата 20 т/ч в условиях экспери­мента ошибка не превышала 0,5% при содержании влаги в кон­центрате примерно 10%.

Градуировку прибора проводят по лабораторным анализам влажности. Для уменьшения погрешности ручного анализа одно - 38

временно отбирают 3—5 проб, по усредненным значениям которых определяют абсолютное значение влажности. При замене датчика переградуировку прибора проводить нет необходимости, так как шкалу прибора подгоняют по эталонным сопротивлениям и R9.

Колебания температуры концентрата носят в основном сезон­ный характер и могут в случае необходимости компенсироваться резисторами /?, и /?9. Можно предложить способ автоматической компенсации путем включения терморезистора параллельно ре­зистору Re. Как показали результаты испытаний, данную кон­струкцию датчика влажности и узел контроля в целом в условиях фабрики окомкования ССГОКа хотя и нельзя считать прибором достоверного точного контроля, но его можно использовать как индикатор влажности концентрата, показывающий направление ее изменения с выдачей сигнала в систему автоматизированного управления.