Способ определения дисперсности тонкоизмельченных материалов

д1 Запорожский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и конструкторского института ффцветметавтоматикаф(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 зарастанияф оптических поверхностей осаждающейся пылью.Известен также способ оценки дисперсности емкостным методом, который заключается в измерении диэлектрической проницаемости смеси в иэмерительной ячейке, причем вязкость иплотность дисперсной среды известны,а диэлектрическая проницаемость резко отличается от диэлектрическойпроницаемости контролируемого порошка. Контролируемый материал равномерно распределяют по объему (суспензируют), затем взвешенному в жидкостиматериалу. дают возможность оседать 10 под действием силы тяжести. В зависимости от скорости осаждения частиц,пропорциональной их размеру, изменяется концентрация материала междуэлектродами, а следовательно, диэ лектрическая проницаемость смеси.По скорости изменения диэлектрическойпроницаемости судят о дисперсностиматериала. 20 Этот метод по сути является дискретным, причем период между измерениями в зависимости от степени дисперсности контролируемого материаламожет составлять несколько часов.25 Повышение же качества и выпуска продукции многих производств в значительной степени зависит от оперативного и объективного контроля степенидисперсности продуктов измельчения 30 (2 .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 конденсатора пролетает каждая частицы отдельноЮ.Недостатком этого способа является невозможность экспрессного определе 16 ния среднего размера частиц в дисперсной смеси.Чтобы решить эту задачу нужно пропустить через датчик определенное количество частиц, получить Функ 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 роля материала со значительной полидисперсностью большие частицы могутзабивать 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 - расширение35 диапазона измерений с одновременным сокращением времени определения.Поставленная цель достигается тем, что диэлектрическую проницаемость измеряют дважды, причем перед одним измерением исходную пробу раз О 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 ур диэлектрических проницаемостей определяют дисперсность материала. Способ заключается в следующем. Диэлектрическая проницаемость смеси при объемной концентрации материала не менее 0,02 связана со д 1 впенью его дисперсности следующей зависимостьюМ+Е е Е " диэлектрическая проницаесм мость смеси на измеритель ном участке; диэлектрическая проницаемость диэлектрической среды;Е - диэлектрическая проницаемость диспергированнойфазы;Ф - концентрация материала всмеси на измерительнойучастке;число частиц материала вединичном объеме.В области малых концентраций диэлектрическая проницаемость зависит только от концентрации материала и связана с ней формулой где Р; - диэлектрическая проницаесммость смеси на втором измерительном участке)Ф - концентрация материала всмеси 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 концентрации 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: в , , находятОфР степень дисперсности материала. В общем случае коэффициент К определяется по отношению количеств дисперсионной среды, идущей на разбавление перед первым и вторым измерением.Вид зависимости определяется технологической схемой реализации способа. Например, для схемы, представленной на фиг. 2К= 1 сгде ц - отношение объемов подаваемойдиэлектрической среды (воздуха) на измерительныеучастки.Пусть Яо, Я и Я-расход диэлектрической среды на начальном, первом и втором измерительных участках. Я - расход частиц. На начальном участке в данном случае материал подается без диэлектрической среды (т .е 90=0 ) . йНа первом участке Ф = -ЯЯна втором участке с: пусть 20 Я=с(Я, тогда Я Я 7,+аа, 3(+а)Ф: Я, Я 3 Я(1+с Я Я Таким образом, измерив диэлектрическую проницаемость смеси в области малых концентраций, зная коэффициент 30 изменения концентраций на измерительных участках Л- и пользуясь формулой (2), находят концентрацию на первом измерительном участке 35 асьЗная У и измерив диэлектрическуюпроницаемость на первом измерительномучастке, из формулы (1) находятстепень дисперсности материала (средний размер частиц с) 45 ф о" 0) 6, ста, второго мкостного хемой 10, 11 и 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 полнительной подачи воздуха билизатора расхода воздухаизмерительного участка 8, е датчика 9 с измерительной с вычислительного устройства 65С,Эси с е С 1 измеренное значение емкости;емкость датчика, незаполненного смесью.по значению диэлек цаемости смеси Е)с, о датчика 9 и задан концентраций (в да ному 11) определяю Затем кой прони емкостног отношению случае ра тричесв зоне ному нном т объемустройства возврата 12 материала натехнологическую линию,Устройство работает следующимобразом.Углеграфитовый измельченный материал тонкого помола с размерами частиц (20-100 мк) поступает из мельницсухого помола, работающих на слив,в аэропитатель 1, Здесь при помощивоздуха, поступающего из стабилизатора расхода 2, материал переводитсяв аэрозольное состояние, а образованная пылевоздушная смесь попадаетна первый измерительный участок 3.Конструктивными параметрами производительность аэропитателя по твердому материалу устанавливается 10020 кг/ч, а часовой расход воздуха0 95 м. Удельный вес контролируе/ аЭмого материала равен 2000 кг/мТаким образом, после аэропитателя1 получаем пылевоздушную смесь собъемной концентрацией материала0,050,01, значение которой находится в той области значений концентраций, при которых для данного материала наблюдается существенная зависимость диэлектрической проницаемостисмеси от дисперсности материала.Полученная пылевоздушная смесьпроходит через первый измерительныйучасток 3 с емкостным датчиком 4 и(попадает в устройство б, в которомвследствие дополнительной подачи воздуха при помощи стабилизатора расхода 7 с часовым расходом 9,5 мЭ происходит уменьшение концентрации материала в пылевоэдушной смеси в 11раз (расчет приведен выше), т.еобъемная концентрация материала впылевоздушной смеси равна 0,0045++0,0009, Значение объемной концентрации материала находится в той области значений концентраций, при которых диэлектрическая проницаемостьсмеси зависит только от концентрациив нем материала. Эта пылевоздушнаясмесь поступает на второй измерительный участок 8 с емкостным датчиком 9.Измерительные схемы 5 и 10 измеряютзначения емкости емкостных датчиков4 и 9. Сигналы с измерительных схемпоступают на вычислительное устройство 11 которое вычисляет величинуотносительной диэлектрической проницаемости среды в зоне каждогодатчика по формуленую концентрацию материала в зоне емкостного датчика 4 по Формуле аде-ф:" М (так как известна только область значения этой концентрации 0,0510,01, но не известно точно ее значение).Затем по концентрации оф в зоне емкостного датчика 4 и диэлектрической проницаемости смеси Я 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 О 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 пыпевоэдушного 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 пнввмотраиспорте на электродных заводах находится в пределах 0,001), 40 проходит через обкладки емкостного датчика 3 и поступает на вход устройства повышения концентрации 5. Устройство 5 конструктивно выполнено таким образом, что отделяет из пыле воздушного потока основную часть воздуха, равную 96, и выбрасывает его в атмосФеру, Оставшаяся часть воздуха, равная 4, обогащенная материалом, поступает на второй измерительный,участок 6. Объемная концентрация материала в пылевоздушной смеси в данном случае в 25 раз больше, чем е 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 впервом варианте устройства. Устройство возврата 10 возвращает контро" лируемый материал на технологическую линию.Предлагаемый способ позволяет непрерывно определять дисперсность тонкоиэмельченных материалов и предназначен для непрерывного контроля степени измельчения углвграфитовой шихты после дробления в электродном ,производстве. Способ может быть применен также для контроля дисперсности фврритовых, алюминиевых, титановых и других порошкообразных материалов.Формула изобретенияСпособ определения дисперсноститонкоизмельченных материалов, заключающийся в измерении диэлектрическойпроницаемости дисперсной смеси, о тл и ч а ю щ и й с я твм, что, сцелью расширения диапазона измерений,диэлектрическую проницаемость измеряют дважды, причем перед однимизмерением исходную пробу разбавляютрегистрируемым количеством средыдо концентрации, в пределах которойдиэлектрическая проницаемость зависит от дисперсности, а пвред другимизмерением - до концентрации, впределах которой диэлектрическаяпроницаемость не зависит от дисперсности, и по соотношению количеств диэлектрической среды, идущей на разбавление, и измереннымзначениям диэлектрических проницаемостей определяют дисперсность материала.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент ФРГ 9 2427908,кл. 0 01 Б 15/02, опублик. 1974.2. Эме Ф. Диэлектрические измерения. И., Химия, 1967, с. 155-159.3. Авторское свидетельство СССР 9 192492, кл. С 01 Я 15/02, 1965 (прототип).