Способ определения дисперсности тонкоизмельченных материалов

 

j, I в .,-,, (1

1 !

Запорожский филиал Всесоюзного научно-исследовательског6 и конструкторского института Пветметавтоматика (72) Авторы изобретения

В.К. фажненко и Н.И. Рогалева (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИСПЕРСНССТИ

ТОНКОИЗМЕЛЬЧЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к методам измерения физических параметров тонкоизмельченных материалов и может быть использовано для измерения дисперсности углеграфитовых материалов, например для определения степени измельчения углеграфитовой шихты после дробления в электродном производстве.

Известен способ непрерывного определения тонины тонкозернистого материала, согласно которому поток материала равномерно дозируют заданным постоянным газовым потоком, образованную смесь пропускают мимо источника света, измеряют изменение интенсивности света и по изменению интенсивности света судят о дисперсности материала (1).

Этот способ несложен, обеспечивает непрерывный автоматический контроль, однако ненадежен в условиях запыленности, например в электродном производстве, из-за зарастания оптических поверхностей осаждающейся пылью.

Известен также способ оценки дисперсности емкостным методом, который заключается в измерении диэлектрической проницаемости смеси в иэмерительной ячейке, причем вязкость и плотность дисперсной среды известны, а диэлектрическая проницаемость резко отличается от диэлектрической проницаемости контролируемого порошка. Контролируемый материал равномерно распределяют по объему (суспензируют), затем взвешенному в жидкости материалу. дают возможность оседать под действием силы тяжести. В зависимости от скорости осаждения частиц, пропорциональной их размеру, изменяется концентрация материала между электродами, а следовательно, диэIS лектрическая проницаемость смеси.

По скорости изменения диэлектрической проницаемости судят о дисперсности материала.

20 Этот метод по сути является дискретным, причем период между измерениями в зависимости от степени дисперсности контролируемого материала может составлять несколько часов.

Повышение же качества и выпуска продукции многих производств в значительной степени зависит от оперативного и объективного контроля степени дисперсности продуктов измельчения

30 (2) .

881579

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ, по которому измеряют диэлектрическую проницаемость дисперсной смеси, причем исходную пробу диснерсного материала разбавляют дисперсной средой до такой концентрации, при которой между обкладками кон денсатора пролетает каждая частицы отдельноЮ.

Недостатком этого способа является невозможность экспрессного определе16 ния среднего размера частиц в дисперсной смеси.

Чтобы решить эту задачу нужно пропустить через датчик определенное количество частиц, получить функ- 1$ цию распределения и по ней вычислить средний размер частиц. Реализовать известный способ можно только для материала, размеры частиц которого ненамного отличаются друг от друга, Ю так как для обеспечения чувствительности датчика размеры контролируемых частиц должны находиться в пределах

20-40% от объема межэлектродного пространства. Поэтому в случае конт- 2 роля материала со значительной полидисперсностью большие частицы могут забивать межэлектродное пространство, а на частицы слишком малых размеров датчик не будет реагировать. З

Все это не позволяет быстро и надежно измерять дисперсность частиц в потоке.при широком диапазоне размеров частиц.

Цель изобретения — расширение

35 диапазона измерений с одновременным сокращением времени определения.

Поставленная цель достигается тем, что диэлектрическую проницаемость измеряют дважды, причем перед одним измерением исходную пробу раз- 4О бавляют регистрируемым количеством среды до концентрации, в пределах которой диэлектрическая проницаемость зависит от дисперсности, а перед другим измерением — до концентрации, в пределах которой диэлектрическая проницаемость не зависит от дисперсности, и по соотношению количеств диэлектрической среды, идущей на разбавление, и измеренным значениям @ диэлектрических проницаемостей определяют дисперсность материала.

Способ заключается в следующем.

Диэлектрическая проницаемость смеси при объемной концентрации материала не менее 0,02 связана со д1впенью его дисперсности следующей зависимостью ,(1) 40 где Е - диэлектрическая проницае см мость смеси на измерительном участке; 65 диэлектрическая проницае1 мость диэлектрической среды — диэлектрическая проницаемость диспергированной фазы; концентрация материала в смеси на измерительной участке; число частиц материала в единичном объеме.

В области малых концентраций диэлектрическая проницаемость зависит только от концентрации материала и связана с ней формулой

Е, = )+ 3 d", () где R, — диэлектрическая проницае СИ мость смеси на втором измерительном участке

Ф вЂ” концентрация материала в смеси на втором измерительном участке.

Для каждого конкретного материала с определенным, диапазоном размеров частиц граница малых концентраций (при которых отсутствует зависимость диэлектрической проницаемости от дисперсности материала) имеет определенную величину.

На фиг. 1 представлены графики зависимости диэлектрической проницаемости С смеси измельченных углеграфитовых материалов с диэлектрической средой (воздухом} от объемной концен трации о материала в смеси при различных размерах а частиц на фиг.

2 и 3 — схемы устройств для реализации способа, варианты.

Чем меньше минимальный размер частиц в смеси, тем меньше значение объемной концентрации, при которой диэлектрическая проницаемость смеси уже не:зависит от дисперсности.

Например, если наименьший размер частиц в смеси 60 мк, то эта концентрация составляет 0,0142, если

20 мк — 0,0075, а если 10 мк

0,004. Следовательно, для контролируемого материала с размерами частиц от 10 до 80 мк объемная концентрация его в смеси, при которой диэлектрическая проницаемость смеси не зависит от размера частиц, должна быть меньше 0,004.Для получения существенной зависимости диэлектрической проницаемости смеси от размеров всех частиц, находящихся в ней, объемная концентрация материала должна быть не менее 0,02.

Зная зависимости (1) и (2) коэффициент изменения концентраций на измерительных участках К =-,, находят

Р степень дисперсности материала. В общем случае коэффициент К определяется по отношению количеств дисперсионной среды, идущей на разбавление перед первым и вторым измерением.

881579

Вид занисимости определяется технологической схемой реализации способа. Например, для схемы, представленной на фиг. 2

К= 1+а где ц — отношение объемов подаваемой диэлектрической среды (воздуха) на измерительные участки.

Пусть Яц, Я„ и Я -расход диэлектрической среды на начальном, перном и втором измерительных участках.

G — расход частиц. На начальном участке в данном случае материал подается без диэлектрической среды (т.е. @ОЙДО ) .

Glp

На первом участке о = — i

Я

Я„ на втором участке о пусть

Gg"-OG„„тогда г Я (+a) с% Я1 Я1(146) Я1

Таким образом, измерив диэлектрическую проницаемость смеси в области малых концентраций, зная коэффициент 30 изменения концентраций на измерительных участках Д и пользуясь формулой (2), находят концентрацию на первом измерительном участке

Зная о и измерив диэлектрическую проницаемость на первом измерительном участке, из формулы (1) находят степень дисперсности материала (средний размер частиц a ) 45

Предлагаемый способ может быть реализован устройствами разных вариантов.

Схема устройства, Реализующего предлагаемый способ (фиг. 2) состоит из аэропитателя 1, стабилизатора расхода воздуха 2, первого измерительного участка 3, емкостного датчика 4 с измерительной схемой 5, устройства уменьшения концентрации (до- 60 полнительной подачи воздуха) 6, стабилизатора расхода воздуха 7, второго измерительного участка 8, емкостного датчика 9 с измерительной схемой 10, вычислительного устройства 11 и 65 устройства возврата 12 материала на технологическую линию.

Устройство работает следующим образом.

Углеграфитоный измельченный материал тонкого помола с размерами частиц (20-100 мк) поступает из мельниц сухого помола, работающих на слив, в аэропитатель 1. Здесь при помощи воздуха, поступающего из стабилизатора расхода 2, материал переводится в аэрозольное состояние, а образованная пылевоздушная смесь попадает на первый измерительный участок 3.

Конструктивными параметрами производительность аэропитателя по твердому материалу устанавливается 100 и

20 кг/ч, а часовой расход воздуха

0 95 м . Удельный вес контролируе/ а

Э мого материала ранен 2000 кг/м

Таким образом, после аэропитателя

1 получаем пылевоздушную смесь с объемной концентрацией материала

0,05 0,01, значение которой находится н той области значений концентраций, при которых для данного материала наблюдается существенная зависимость диэлектрической проницаемости смеси от дисперсности материала.

Полученная пылевоздушная смесь проходит через первый измерительный участок 3 с емкостным датчиком 4 и (попадает в устройстно 6, в котором вследствие дополнительной подачи воздуха при помощи стабилизатора расхода 7 с часовым расходом 9,5 мЭ происходит уменьшение концентрации материала н пылевоэдушной смеси в 11 раз (расчет приведен выше), т.е ° объемная концентрация материала в пылевоздушной смеси равна 0,0045++

+0,0009. Значение объемной концентрации материала находится в той области значений концентраций, при которых диэлектрическая проницаемость смеси зависит только от концентрации в нем материала. Эта пылевоздушная смесь поступает на второй измерительный участок 8 с емкостным датчиком 9.

Измерительные схемы 5 и 10 измеряют значения емкости емкостных датчиков

4 и 9. Сигналы с измерительных схем поступают на вычислительное устройство 11 которое вычисляет величину относительной диэлектрической проницаемости среды в зоне каждого датчика по формуле бе м ся с где Cqa - измеренное значение емкости;

Co — емкость датчика, незаполненного смесью.

Затем- по значению диэлектрической проницаемости смеси ) в зоне емкостного датчика 9 и заданному отношению концентраций (в данном случае равному 11) определяют объем881579 ную концентрацию материала в зоне емкостного датчика 4 по формуле

u„ k (так как известна только область значения этой концентрации 0,0510,01, но не известно точно ее значение).

Затем по концентрации о „ в зоне емкостного датчика 4 и диэлектрической проницаемости смеси Е в зоне этого датчика определяют степень измельчения.

Контролируемый материал поступает в устройство возврата 12 материала на технологическую линию, в котором происходит выделение контролируемого материала из воздушного потока.

Способ может быть реализован и 15 устройством, изображенным на фиг. 3.

Схема устройства состоит из пробоотборной трубки 13, первого измерительного участка 14 с емкостным датчиком 15, соединенным с измери- 2{) тельной схемой 16, устройства повышения концентрации 17, второго измерительного участка 18 с емкостным датчиком 19 соединенным с измерительной схемой 20, вычислительного устройства 21, устройства возврата

22 материала на технологическую линию.

Устройство работает следующим образом.

Иэ трубопровода пневмотранспорта пробоотборной трубкой 1 забирается часть пылевоэдушного потока углеграфитового материала тонкого помола с размерами частиц от 1 до 70 мк

{около 2,5% от всего потока), направляется на первый измерительный участок 2 (объемная концентрация Ф.измель.ченного углеграфитового материала в пневмотраиспорте на электродных заводах находится в пределах 0,001), 4{) проходит через обкладки емкостного датчика 3 и поступает на вход устройства повышения концентрации 5. Устройство 5 конструктивно выполнено таким образом, что отделяет из пыле- 4 воздушного потока основную часть воздуха, равную 96%, и выбрасывает его в атмосферу. Оставшаяся часть воздуха, равная 43, обогащенная материалом, поступает на второй измерительный,участок 6. Объемная концентрация материала в пылевоздушной смеси в данном случае в 25 раз больше, чем в первом, т.е. 0,025.

Измерительные схемы 4 и 8 измеряют значения емкости емкостных датчиков 3 и 7. Сигналы с измерительных схем поступают на вычислительное устройство 9, которое производит вычисления, аналогичные описанным в первом варианте устройства. Устройство возврата 10 возвращает контролируемый материал на технологическую линию.

Предлагаемый способ позволяет непрерывно определять дисперсность тонкоиэмельченных материалов и предназначен для непрерывного KQHTpoJIH степени измельчения углеграфитовой шихты после дробления в электродном ,производстве. Способ может быть применен также для контроля дисперсности ферритовых, алюминиевых, титановых и других порошкообразных материалов.

Формула изобретения

Способ определения дисперсности тонкоизмельченных материалов, заключающийся в измерении диэлектрической проницаемости дисперсной смеси, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, диэлектрическую проницаемость измеряют дважды, причем перед одним измерением исходную пробу разбавляют регистрируемым количеством среды до концентрации, в пределах которой диэлектрическая проницаемость зависит от дисперсности, а перед другим измерением - до концентрации, в пределах которой диэлектрическая проницаемость не зависит от дисперсности, и по соотношению количеств диэлектрической среды, идущей на разбавление, и измеренным значениям диэлектрических проницаемостей определяют дисперсность материала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ФРГ Р 2427908 кл. G 01 N 15/02, опублик. 1974.

2. 3Ме Ф. Диэлектрические измерения. И., Химия, 1967, с. 155-159.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 192492, кл. G 01 N 15/02, 1965 (прототип).

881579

I Р лююалМи м рр

Ahead

Риа. 3

Тираж 910 Подписное

BHHHllH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 9957/65 филиал ППП Патент, r Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель О. Алексеева

Редактор Л. Повхан Техред А.Бабинец Корректор Г. Огар