CN112444533B - 一种检测烧结料中水分含量及元素含量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种检测烧结料中水分含量及元素含量的方法。水分含量是烧结料生产工艺中的重要指标，烧结料中的主要成分是铁元素，约占烧结混合料总质量的50%以上，而铁元素对热中子具有较高的吸收截面，所以烧结料中的铁元素含量波动会对中子测量水分含量技术产生干扰，而烧结混合料中的水分含量波动则会对PGNAA技术检测烧结料中的铁元素检测结果产生干扰。PGNAA技术自身采用中子产额较大的252Cf自发裂变中子源做为中子发射源，将PGNAA技术与中子测水技术有效地结合在一起，通过PGNAA技术检测到的铁元素含量修正水分含量检测结果，同时应用修正后的水分测量结果修正烧结料中各元素的检测结果，实现提升PGNAA检测精度的目的。

Description

一种检测烧结料中水分含量及元素含量的方法
技术领域
本发明涉及一种中子活化检测方法，具体是一种可以检测烧结料水分含量及元素含量的中子活化检测方法。
背景技术
瞬发伽玛中子活化分析技术（PGNAA）是一种快速、无接触多元素分析技术，在建材、煤炭、热电、冶金、矿山等行业得到了大量的应用。瞬发伽玛中子活化分析技术的原理是被测物料与热中子发生俘获反应，产生特征γ射线，特征γ射线穿过被测物料到达γ射线探测器形成核脉冲信号，核脉冲信号经过多道处理器转变成数字信号，最终形成特征γ射线能谱。对γ射线能谱进行解谱运算得到各个元素的相对含量。烧结料中的水分含量指标是烧结生产过程中的重要指标，中子测水技术已经是非常成熟的在线水分检测技术。烧结料中的主要成分是铁元素，约占烧结混合料总质量的50%以上，而铁元素对热中子具有较高的吸收截面，所以烧结料中的铁元素含量波动会对中子测量水分含量技术产生干扰，而烧结混合料中的水分含量波动则会对PGNAA技术检测烧结料中的铁元素检测结果产生干扰。PGNAA技术自身采用中子产额较大的252Cf自发裂变中子源做为中子发射源，所以可以将PGNAA技术与中子测水技术有效地结合在一起，通过PGNAA技术检测到的铁元素含量修正水分含量检测结果，同时应用修正后的水分测量结果修正铁元素的检测结果，实现提升PGNAA检测精度的目的。
发明内容
应用瞬发伽玛中子活化设备可以准确的分析烧结料中的Tfe、CaO、SiO2、MgO等成分含量，应用中子测水技术可以检测烧结料中的水分含量。PGNAA技术自身采用中子产额较大的252Cf自发裂变中子源做为中子发射源，所以可以将PGNAA技术与中子测水技术有效地结合在一起，通过PGNAA技术检测到的铁元素含量修正水分含量检测结果，同时应用修正后的水分测量结果修正铁元素的检测结果，实现提升PGNAA检测精度的目的。
如图1所示，本发明在瞬发中子活化检测设备前增加了一套皮带秤，可以实时检测烧结料输运皮带上的皮带载荷load。如图2所示，本发明在中子活化检测设备上增加了两套3He中子管，用于检测系统的中子通量N，皮带载荷为0时的中子通量记为N0。PGNAA系统计算得到的铁元素含量记为Fe，硅元素含量记为Si，钙元素含量记为Ca，镁元素含量记为Mg。由于水分子与铁原子对中子都具有较大的吸收截面，而硅元素与钙元素、镁元素的中子吸收截面则相对较小（相对含量也较小），烧结料中影响中子通量的是水分和铁元素含量，则水分含量MI可以用如下公式表达：
Figure 790366DEST_PATH_IMAGE002
式中参数k、a、b均为常数，可通过标定实验拟合得到。
计算出水分含量MI后，对烧结料中各元素含量进行修正计算，设标准水分含量为
Figure 721413DEST_PATH_IMAGE004
，最终铁元素含量
Figure DEST_PATH_IMAGE005
计算公式如下：
Figure 193851DEST_PATH_IMAGE006
式中参数
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为常数，可通过标定实验拟合得到。
最终钙元素含量
Figure 524338DEST_PATH_IMAGE008
计算公式如下：
Figure 313303DEST_PATH_IMAGE010
式中参数
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为常数，可通过标定实验拟合得到。
最终硅元素含量
Figure 339552DEST_PATH_IMAGE012
计算公式如下：
Figure 784440DEST_PATH_IMAGE014
式中参数
Figure 590722DEST_PATH_IMAGE016
为常数，可通过标定实验拟合得到。
最终镁元素含量
Figure DEST_PATH_IMAGE017
计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE019
式中参数
Figure 93248DEST_PATH_IMAGE020
为常数，可通过标定实验拟合得到。
有益效果：
实现应用PGNAA装置同时检测水分含量和元素含量，并且通过水分含量修正元素含量，祛除水分波动对元素含量检测的误差。
附图说明
图1为本发明示意图；
图2为瞬发中子活化检测设备结构图；
图3为本发明的检测原理示意图。
1皮带秤，2瞬发中子活化检测设备，3输运皮带，4 3He中子管，5瞬发中子活化检测设备探测器，6中子吸收板，7中子慢化材料，8中子源，9皮带托板，10被测物料，11信号处理系统，12智能上位机。
具体实施方式
如图1所示，在PGNAA设备前安装皮带秤，实时检测输运皮带载荷，记为变量load。
如图2所示，在PGNAA设备加装3He中子管，实时检测系统中子通量，记为变量N，输运皮带空载时中子通量记为变量N0。
检测点的标准水分记为变量
Figure DEST_PATH_IMAGE021
，PGNAA检测到的钙元素、硅元素、铁元素、镁元素含量记为变量Ca、Si、Fe、Mg。
检测点水分含量MI按如下公式计算：
Figure 287469DEST_PATH_IMAGE022
式中参数k、a、b均为常数，通过标定实验拟合得到。
计算出水分含量MI后，对各元素含量进行修正计算，最终铁元素含量
Figure 281969DEST_PATH_IMAGE024
计算公式如下：
Figure 813314DEST_PATH_IMAGE006
式中参数
Figure DEST_PATH_IMAGE025
为常数，通过标定实验拟合得到。
最终钙元素含量
Figure 907696DEST_PATH_IMAGE026
计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE027
式中参数
Figure 803977DEST_PATH_IMAGE011
为常数，通过标定实验拟合得到。
最终硅元素含量
Figure 692298DEST_PATH_IMAGE029
计算公式如下：
Figure 840383DEST_PATH_IMAGE030
式中参数
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为常数，通过标定实验拟合得到。
最终镁元素含量
Figure 583080DEST_PATH_IMAGE032
计算公式如下：
Figure 181420DEST_PATH_IMAGE033
式中参数
Figure 884934DEST_PATH_IMAGE020
为常数，通过标定实验拟合得到。

Claims (2)

1.一种检测烧结料中水分含量及元素含量的方法，其特征在于：
在瞬发中子活化检测设备前增加一套皮带秤，实时检测烧结料输运皮带上的皮带载荷load；在PGNAA检测装置上加装3He中子管，利用PGNAA检测装置的中子源检测烧结矿水分含量；
检测点水分含量公式：
Figure 722521DEST_PATH_IMAGE002
计算；
其中变量load为皮带秤检测到的实时皮带载荷，变量N为3He中子管实时计数，变量N0为输运皮带空载时3He中子管计数，变量Fe为PGNAA检测到的铁元素含量；
参数a、k、b为常数，通过标定实验拟合得到。
2.根据权利要求1所述的一种检测烧结料中水分含量及元素含量的方法，其特征在于：
PGNAA检测到的钙元素、硅元素、铁元素、镁元素含量记为变量Ca、Si、Fe、Mg，计算出水分含量MI后，对各元素含量进行修正计算，检测点的标准水分记为变量
Figure 863652DEST_PATH_IMAGE004
，最终铁元素含量
Figure 830471DEST_PATH_IMAGE006
按公式：
Figure 514701DEST_PATH_IMAGE008
，其中参数
Figure 527656DEST_PATH_IMAGE010
为常数，通过标定实验拟合得到；
最终钙元素含量
Figure 472478DEST_PATH_IMAGE012
计算公式：
Figure 887279DEST_PATH_IMAGE014
，其中
Figure 626565DEST_PATH_IMAGE016
为常数，通过标定实验拟合得到；
最终硅元素含量
Figure 798920DEST_PATH_IMAGE018
计算公式：
Figure 16275DEST_PATH_IMAGE020
，其中
Figure 82320DEST_PATH_IMAGE022
为常数，通过标定实验拟合得到；
最终铁元素含量
Figure 930190DEST_PATH_IMAGE024
计算公式：
Figure 920668DEST_PATH_IMAGE026
，其中
Figure 941713DEST_PATH_IMAGE028
为常数，通过标定实验拟合得到。
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