CN107290371A - 反射式水泥生料在线中子活化硫碱比分析装置及分析方法 - Google Patents
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Abstract
一种反射式水泥生料在线中子活化硫碱比分析装置及分析方法：其测量装置是一个γ探测器与中子源一起置于上皮带及水泥生料的上方，中子向下照射到皮带上水泥生料后与水泥生料中的原子核发生作用，γ探测器将接收到的射线转化为脉冲信号传输给多道能谱分析器处理，多道能谱分析器将有效信息上传给上位机，由上位机根据相应公式计算出水泥生料的硫碱比值。因为最终计算得到的硫碱比值是SO3含量与K2O、Na2O含量之和的比值关系，所以不受皮带上水泥生料的总量的影响；仪表的整体屏蔽防护采用二层结构，内层是铅，外层是聚乙烯，降低对铅的使用量，减少仪表的成本及重量；探测器屏蔽体采用二层结构，外层是聚乙烯，内层是镉板，将中子对γ探测器的影响降至最低，提高仪表的分析精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种在线中子活化分析装置及使用方法，具体说涉及一种反射式水泥生料在线中子活化硫碱比分析装置及使用方法。
背景技术
在水泥生产的新型干法生产煅烧系统中，生料带入的硫可与碱化合形成硫酸碱，并固定在熟料中随熟料排出窑外，但如果硫含量超过了碱所能化合的数量，就会与生料中的CaO形成CaSO4或与C2S形成硫硅酸钙（2C2S·CaSO4）从而造成结皮。此外在煅烧过程中产生的含硫气体未被碱性成分吸收的部分会随烟气排出，也对环境造成污染。因此，控制水泥生料中硫与碱性成分的含量是水泥生产工艺过程中必须重点关注的问题。一般用硫碱比来衡量硫与碱的平衡量。
而目前确定水泥生料的硫碱比值，采用的方式是人工从皮带上取样，然后将样品通过化学分析的方法，得到其中SO3和K2O、Na2O的含量，然后通过计算SO3含量与K2O、Na2O含量之和的比值来得到水泥生料的硫碱比值。
而通过人工取样到化验室经过化学方法分析及计算得到水泥生料的硫碱比值，在过程上还有烘干、研磨、筛分等工序，等到最终的碱度值结果出来，已经是几个小时以后的事情了，在时间上存在了严重的滞后性，对生产工艺只能起到事后质检的作用，起不到指导工艺调整的作用。
目前还没有能够直接对皮带上水泥生料进行在线分析硫碱比值的仪表。
发明内容
针对原有技术存在的缺陷，本发明提出一种反射式水泥生料在线中子活化硫碱比分析装置及使用方法。
本发明所采取的具体技术方案是：
屏蔽输出器5、探测器屏蔽体13通过测量架11被安装于实际应用现场的下皮带1、上皮带2和水泥生料的上方。测量架11通过现场的皮带架10固定，测量架11外面安装有防护罩12。探测器屏蔽体13内部装有γ射线探测器6，γ射线探测器6与多道能谱分析器8联接，多道能谱分析器8与上位机9联接。
防护罩12分为二层，防护罩内层122的材质为铅，防护罩外层121的材质为聚乙烯。
探测器屏蔽体13分为二层，探测器屏蔽体内层132的材质为镉，探测器屏蔽体外层131的材质为聚乙烯。
屏蔽输出器5中装有中子源3，屏蔽输出器5对中子源3进行屏蔽防护，并使中子源发出的中子射线无法直接照射到γ射线探测器6上。屏蔽输出器5开有能够封闭的楔形准直孔4，当准直孔打开时，中子射线只能在一定的范围内照射，当准直孔关闭后，整体无辐射外泄。在使用时，楔形准直孔4敞开，中子源3所发出的中子向下照射，辐射到上皮带2承载其上的水泥生料，中子与水泥生料中的原子核发生相互作用，原子核被中子活化，从稳定的基态跃迁到不稳定的激发态，当不同元素的被活化原子核从激发态退激时会释放出不同能量的特征γ射线。
γ射线探测器6将接收到的γ射线转化为脉冲信号传输给多道能谱分析器8，多道能谱分析器8对γ射线探测器6传输来的脉冲幅度进行识别，并分别形成横轴对应射线能量、纵轴对应射线个数的能谱，并从能谱中识别出对应硫元素特征γ射线能量峰和钾元素特征γ射线能量峰、钠元素特征γ射线能量峰的峰面积S1和S2、S3，多道能谱分析器8将以上数据S1、S2、S3传输给上位机9，上位机9根据下式计算出水泥生料的硫碱比值P：
式中S1为硫元素特征γ射线能量峰的峰面积，S2为钾元素特征γ射线能量峰的峰面积，S3为钠元素特征γ射线能量峰的峰面积，A、B、C、D、E、F为待定系数，通过对已知硫碱比的不同水泥生料进行测量，由测量结果S1、S2的数值及对应的硫碱比值采用常规的非线性回归处理获得。
有益效果：
因为最终计算得到的硫碱比值是SO3含量与K2O、Na2O含量之和的比值关系，所以不受皮带上水泥生料的总量的影响。
仪表的整体屏蔽防护采用二层结构，内层是铅用于屏蔽γ射线，外层是聚乙烯用来屏蔽中子。将铅置于内层，可以降低对铅的使用量，减少仪表的成本及重量。
探测器屏蔽体采用二层结构，探测器屏蔽体外层是聚乙烯用于吸收慢中子和慢化快中子，使穿过聚乙烯后的中子能量低于0.5eV；探测器屏蔽体内层是镉板，对能量低于0.5eV的中子有极强的吸收效应。通过探测器屏蔽体的二层结构，将中子对γ探测器的影响降至最低，提高仪表的分析精度。
附图说明
图1为本发明所述装置的结构示意图
图2为防护罩的结构剖面图
图3为探测器屏蔽体的结构剖面图
图中：1 下皮带，2 上皮带，3 中子源，4 楔形准直孔，5 屏蔽输出器，6 γ探测器， 8多道能谱分析器，9 上位机，10 皮带架，11 测量架，12 防护罩，13 探测器屏蔽体，121 防护罩外层，122 防护罩内层，131 探测器屏蔽体外层，132 探测器屏蔽体内层。
具体实施方式
结合附图详细说明本发明的装置结构和使用方法。
如图1所示：
屏蔽输出器5、探测器屏蔽体13通过测量架11被安装于实际应用现场的下皮带1、上皮带2和水泥生料的上方。测量架11通过现场的皮带架10固定，测量架11外面安装有防护罩12。探测器屏蔽体13内部装有γ射线探测器6，γ射线探测器6与多道能谱分析器8联接，多道能谱分析器8与上位机9联接。
屏蔽输出器5中装有中子源3，屏蔽输出器5对中子源3进行屏蔽防护，并使中子源发出的中子射线无法直接照射到γ射线探测器6上。屏蔽输出器5开有能够封闭的楔形准直孔4，当准直孔打开时，中子射线只能在一定的范围内照射，当准直孔关闭后，整体无辐射外泄。在使用时，楔形准直孔4敞开，中子源3所发出的中子向下照射，辐射到上皮带2承载其上的水泥生料，中子与水泥生料中的原子核发生相互作用，原子核被中子活化，从稳定的基态跃迁到不稳定的激发态，当不同元素的被活化原子核从激发态退激时会释放出不同能量的特征γ射线。
如图2所示：防护罩12分为二层，防护罩内层122的材质为铅，防护罩外层121的材质为聚乙烯。
如图3所示：探测器屏蔽体13分为二层，探测器屏蔽体内层132的材质为镉，探测器屏蔽体外层131的材质为聚乙烯。
反射式水泥生料在线中子活化硫碱比分析装置的使用方法如下：
γ射线探测器6将接收到的γ射线转化为脉冲信号传输给多道能谱分析器8，多道能谱分析器8对γ射线探测器6传输来的脉冲幅度进行识别，并分别形成横轴对应射线能量、纵轴对应射线个数的能谱，并从能谱中识别出对应硫元素特征γ射线能量峰和钾元素特征γ射线能量峰、钠元素特征γ射线能量峰的峰面积S1和S2、S3。形成能谱并自动寻峰、计算峰面积为多道能谱分析器8的自有功能，其技术为行业内所公知。多道能谱分析器8将以上数据S1、S2、S3传输给上位机9，上位机9根据下式计算出水泥生料的硫碱比值P：
式中S1为硫元素特征γ射线能量峰的峰面积，S2为钾元素特征γ射线能量峰的峰面积，S3为钠元素特征γ射线能量峰的峰面积，A、B、C、D、E、F为待定系数，通过对已知硫碱比的不同水泥生料进行测量，由测量结果S1、S2的数值及对应的硫碱比值采用常规的非线性回归处理获得。
应用实例：
中子源3选用活度为10微克的Cf-252同位素源；
γ探测器6选用晶体尺寸为Ф100×100mm的NaI(Tl)闪烁体探测器；
多道能谱分析器8选用丹东东方测控技术股份有限公司研制的高速数字多道能谱分析器；
上位机9选用常规工控机；
防护罩内层122的材质为铅，厚度为2毫米；
防护罩外层121的材质为聚乙烯，厚度为10厘米；
探测器屏蔽体内层132的材质为镉，厚度为0.5毫米；
探测器屏蔽体外层131的材质为聚乙烯，厚度为5厘米；
测量架11委托机械加工厂制作；
使用仪表样机对二十种已知硫碱比值的水泥生料进行测量，通过非线性回归获得A、B、C、D、E的数值分别为：A=5.4972，B=5.6238，C=7. 6124，D=4.7865，E=9. 8005，F=0.0218。
Claims (4)
1.反射式水泥生料在线中子活化硫碱比分析装置，其特征为：
所述的反射式中子活化在线水泥生料硫碱比分析仪包括：屏蔽输出器（5）、探测器屏蔽体（13）通过测量架（11）被安装于实际应用现场的下皮带（1）、上皮带（2）和水泥生料的上方；测量架（11）通过现场的皮带架（10）固定，测量架（11）外面安装有防护罩（12）；探测器屏蔽体（13）内部装有γ射线探测器（6），γ射线探测器（6）与多道能谱分析器（8）联接，多道能谱分析器（8）与上位机（9）联接；
屏蔽输出器（5）中装有中子源（3），屏蔽输出器（5）对中子源（3）进行屏蔽防护，并使中子源发出的中子射线无法直接照射到γ射线探测器（6）上；屏蔽输出器（5）开有能够封闭的楔形准直孔（4），当准直孔打开时，中子射线只能在一定的范围内照射，当准直孔关闭后，整体无辐射外泄。
2.基于权利要求1反射式水泥生料在线中子活化硫碱比分析装置的分析方法，其特征为：
反射式中子活化在线水泥生料硫碱比分析仪在使用时，楔形准直孔（4）敞开，中子源（3）所发出的中子向下照射，辐射到上皮带（2）承载的水泥生料，中子与水泥生料中的原子核发生相互作用，原子核被中子活化，从稳定的基态跃迁到不稳定的激发态，当不同元素的被活化原子核从激发态退激时会释放出不同能量的特征γ射线；
γ射线探测器（6）将接收到的γ射线转化为脉冲信号传输给多道能谱分析器（8），多道能谱分析器（8）对γ射线探测器（6）传输来的脉冲幅度进行识别，并分别形成横轴对应射线能量、纵轴对应射线个数的能谱，并从能谱中识别出对应硫元素特征γ射线能量峰和钾元素特征γ射线能量峰、钠元素特征γ射线能量峰的峰面积S1和S2、S3，多道能谱分析器（8）将以上数据S1、S2、S3传输给上位机（9），上位机（9）根据下式计算出水泥生料的硫碱比值P：
式中S1为硫元素特征γ射线能量峰的峰面积，S2为钾元素特征γ射线能量峰的峰面积，S3为钠元素特征γ射线能量峰的峰面积，A、B、C、D、E、F为待定系数，通过对已知硫碱比的不同水泥生料进行测量，由测量结果S1、S2的数值及对应的硫碱比值采用常规的非线性回归处理获得。
3.根据权利要求1所述的反射式水泥生料在线中子活化硫碱比分析装置，其特征为：防护罩（12）分为二层，防护罩内层（122）的材质为铅，防护罩外层（121）的材质为聚乙烯。
4.根据权利要求1所述的反射式水泥生料在线中子活化硫碱比分析装置，其特征为：探测器屏蔽体（13）分为二层，探测器屏蔽体内层（132）的材质为镉，探测器屏蔽体外层（131）的材质为聚乙烯。
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