<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen von Fehlerstellen in feuerfesten Steinen mittels rStrahlung, bei welchem der Prüfling durchstrahlt und die gemessene Strahlungsintensität der durch den Prüfling durchtretenden Strahlung als Messgrösse für die Rohdichte verwendet wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Feuerfeste Steine werden in der Eisen- und Stahlindustrie als Ausmauerung von Öfen und Herden verwendet und es hat sich bei der Analyse der Produktionskosten in der Eisen- und Stahlindustrie gezeigt, dass fehlerhaftes Material bei den verwendeten feuerfesten Steinen einen grossen Einfluss auf die Produktionskosten ausübt.
Die Ausbesserung solcher fehlerhafter feuerfester Steine bedingt grosse Produktionsausfälle und es können bei fehlerhaften feuerfesten Steinen auch benachbarte Teile der Anlagen in Mitleidenschaft gezogen werden.
Feuerfeste Steine, welche in der Eisen- und Stahlindustrie zur Verwendung gelangen, wurden bisher sowohl beim Erzeuger als auch beim Verbraucher Stichprobenkontrollen unterworfen, denen allerdings nur ein statistischer Aussagewert zukommt. Bei diesen Stichprobenkontrollen wurden die zu prüfenden Steine zerstört und konnten daher nicht mehr verwendet werden. Eine zuverlässige Aussage für die tatsächlich zur Verwendung gelangenden Steine war auf diese Weise nicht möglich.
Aus der US-PS Nr. 3,372, 276 und der Druckschrift"Grobstrukturprüfung mit Röntgen-und y-Strahlen" 1970, S. 3 - 25 von K. Kolb und W. Kolb ist es bekannt, y-Strahlung zur Strukturprüfung und Dickenmessung von Gegenständen zu verwenden. Wie jedoch beispielsweise der AT-PS Nr. 260584 zu entnehmen ist, zeigt eine Durchstrahlung mit Röntgen-oder y-Strahlen bei geringen Unterschieden im Absorptionsvermögenkeinen Erfolg.
Die Erfindung hat die Aufgabe, die Nachteile einer zerstörenden Prüfung zu vermeiden und eine zerstörungsfreie Prüfungsmethode zu schaffen, mit welcher Fehlerstellen, unter Überwindung der im Stand der Technik aufgeführten Bedenken, in feuerfesten Steinen zuverlässig entdeckt werden können.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Ermittlung von Fehlerstellen in feuerfesten Steinen ist hiebei im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung von Fehlerquellen in feuerfesten Steinen die aus der y-Strahlenquelle austretende Strahlung durch in den Strahlengang eingeschaltete Blenden auf einen Austrittswinkel von weniger als 50, vorzugsweise etwa 2, 50,
begrenzt wird und der Teilbereich der zu durchstrahlenden Oberfläche des Prüflings durch Wahl des Abstands der zu durchstrahlenden Oberfläche von der Strahlenquelle und/oder durch eine unmittelbar vor dieser Oberfläche angeordnete weitere Blende begrenzt wird und dass die Intensität der den Prüfling durchsetzenden Strahlung unter Berücksichtigung des Leerwertes gemessen wird und aus Abweichungen der gemessenen Strahlungsintensität nach Berücksichtigung der gemessenen Dicke des Prüflings auf Fehlerstellen im Prüfling geschlossen wird.
Das Durchdringungsvermögen radioaktiver Strahlung ist exponentiell abhängig von der Flächenmasse des absorbierenden Materials nach dem Absorptionsgesetz :
EMI1.1
worin
I = Strahlungsintensität nach dem Absorber
10 = einfallende Strahlungsintensität (ohne Absorber am Detektor) jU = Absorptions- oder Schwächungskoeffizient (cm-i) x = Schichtdicke des Absorbers (cm).
Durch Einsetzen der Flächenmasse d des Absorbers (g * cm-2) nach d
EMI1.2
EMI1.3
EMI1.4
gie abhängig ist und endlich I = Io * e Ilm * d ergibt.
<Desc/Clms Page number 2>
Bei bekannter Schichtdicke x des ff-Steines kann die Dichte berechnet werden :
EMI2.1
Die Dichte stellt nun eine Messgrösse dar, welche Rückschlüsse auf die Qualität eines feuerfesten Steines erlaubt. Weitere Fehlerstellen in feuerfesten Steinen, welche durch Unregelmässigkeiten der Kornverteilung, in der chemischen Zusammensetzung, der Verdichtung und in durch das Brennen der Steine resultierenden Rissen sowie Hohlräumen bestehen, wirken sich auf die Durchdringungsfähigkeit der y-Strahlen aus und können daher qualitativ durch die gemessene Intensität der die Steine durchdringenden Strahlung bestimmt werden.
Die theoretischen Beziehungen für die Absorption radioaktiver Strahlen in fester Materie gelten nur für ein schmales und monoenergetisches sowie planparalleles Strahlenbündel. Der Aufbaufaktor (build-up-factor), der die Werte etwas senkt, ist schwer zu berechnen und auch von Bedeutung, ist jedoch im gegenständlichen Fall für alle ungefähr gleich. Es hat sich nun gezeigt, dass durch die Massnahme den Austrittswinkel der aus der y-Strahlenquelle austretenden Strahlung auf einen Wert von weniger als 50, vorzugsweise etwa 2, 50, zu begrenzen, die theoretischen Beziehungen im wesentlichen ihre Gültigkeit beibehalten und die gemessenen Werte ihre Aussagekraft für die Qualität des feuerfesten Steines noch nicht verlieren.
Mit dieser Massnahme wird es möglich, die Oberfläche des Prüflings in gedachte Teilbereiche zu zerlegen und jede Stelle des Steines zerstörungsfrei bezüglich seiner Qualität zu überprüfen. Eine Abweichung der gemessenen Strahlungsintensität unter Berücksichtigung der gemessenen Dicke des Prüflings lässt hiebei Rückschlüsse auf Fehlerstellen im Prüfling zu. Sehr vorteilhaft ist beim erfindungsgemässen Verfahren die Verwendung einer 137Cs-Quelle, da eine solche y-Strahlenquelle mit einer Halbwertszeit von etwa 30 Jahren eine hinreichende Stabilität besitzt und Kalibrierungsarbeiten wesentlich beschränkt.
Die y-Energie der Cs-Quel- le weist mit 0,662 MeV eine messtechnisch sehr günstige Energie auf, welche mit herkömmlichen Szintillationszählern, beispielsweise vom NaJ (Tl)-Typ, leicht registriert werden können.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird an jedem zu durchstrahlenden Teilbereich die Dicke und die Intensität der Strahlung vor dem Einbringen des Prüflings in den Strahlengangundnach Durchsetzendes gewählten Teilbereichs der Oberfläche des Prüflings zur Bestimmung der Dichte des durch die Dicke und die Fläche des Teilbereichs gegebenen Volumens gemessen und aus Abweichungen der Dichte in verschiedenen Teilbereichen auf Fehlerstellen im Prüfling geschlossen. Für die Berechnung der Dichte kann von der chemischen Zusammensetzung ausgehend, in Kenntnis der für die entsprechenden Elemente charakteristischen Massenschwächungskoeffizienten, additiv ein Massenschwächungskoeffizient für das Material des feuerfesten Steines berechnet werden.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass ein Durchschnittswert verwendet werden kann, welcher für verschiedene feuerfeste Steine gleich angenommen werden kann. Ein solcher, statistisch berechneter Wert für um ist beispielsweise 0, 0697 (cm2
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausbildungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird die Messung über die gesamte Oberfläche des Prüflings in aneinander angrenzenden oder einander überlappenden Teilbereichen durchgeführt. Hiebei kann der Prüfling kontinuierlich zeilenweise abgetastet werden. Auf diese Weise ist eine vollständige Kontrolle des feuerfesten Steines ermöglicht. Der Teilbereich der zu durchstrahlenden Oberfläche bei feuerfesten Steinen mit einer Dicke von 5 bis 15 cm wird vorzugsweise als Kreisfläche mit einem Durchmesser von weniger als 5 cm gewählt.
Es hat sich gezeigt, dass bei grösseren Werten relevante Aussagen für die Qualität des feuerfesten Steines nicht mehr getroffen werden können. Der zu durchstrahlende Teilbereich der Oberfläche soll hiebei in Abhängigkeit von der Dicke des Prüflings gewählt werden, wobei bei grösserer Dicke der zu durchstrahlende Teilbereich der Oberfläche kleiner gewählt werden muss und bei kleinerer Dicke des Prüflings grösser gewählt werden kann.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, welche eine y-Strahlenquelle, insbesondere eine Cs-Quelle, eine Verschlusseinrichtung zum Verschliessen des Strahlenaustritts aus der y-Strahlenquelle, einen fluchtend mit der Strahlenachse angeordneten Strahlungsdetektor, an welchen ein Messgerät zur Ermittlung der in den Strahlungsdetektor einfallenden Strahlung angeschlossen ist, aufweist, ist gekennzeichnet durch zumindest eine im Strahlengang der y-Strahlenquelle nachgeschaltete Blende zur Begrenzung des Raumwinkels der Strahlung auf weniger als go, vorzugsweise etwa 2, 50,
einen in der Ebene der zu durchstrahlenden Oberfläche des Prüflings verstellbaren und einstellbaren Probenträger zum Einbringen eines Prüflings in den Strahlengang und eine den Strahlengang allseitig umgebende Abschirmung, welche an einer Seite zum Einbringen des auf dem Probenträger lösbar befestigten Prüflings öffenbar ist.
Eine solche Vorrichtung stellt einen sehr einfachen Aufbau für die Durchführung des Verfahrens dar und erfüllt auch die Anforderungen, die durch die Strahlenschutzbestimmungen gesetzt werden. Hiebei kann der Probenträgerinder Ebene der zu durchstrahlenden Oberfläche in 2 Richtungen verstellbar und in wenigstens einer Richtung feststellbar sein, wodurch sich der Vorteil ergibt, dass der Prüfling in einfacher Weise von
<Desc/Clms Page number 3>
Messpunkt zu Messpunkt vorgeschoben werden kann. Dadurch, dass der Probenträger in wenigstens einer Richtung feststellbar ist, kann der Prüfling in der jeweils andern Richtung kontinuierlich verfahren werden, wodurch ein zeilenweise Abtasten des Prüflings ermöglicht wird. Der Probenträger kann aber auch in allen Messstellungen feststellbar sein.
Vorzugsweise ist der Probenträger auf einem Probenwagen angeordnet, welcher auf Schienen in im wesentlichen horizontaler Richtung quer zum Strahlengang verfahrbar ist. Auf diese Weise kann der Prüfling in einfacher Weise in die Messanordnung eingeschoben werden, wobei mit Rücksicht auf die innerhalb der Abschirmung auftretende relativ hohe Strahlungsenergie vorzugsweise die Bedienungselemente für die Verschiebung des Probenwagens und die Verstellung des Probenträgers ausserhalb der Abschirmung angeordnet sind. Auf diese Weise ist es nicht mehr erforderlich, bei jeder Verstellung der Position des Prüflings die Blende vor der Strahlenquelle abzuschliessen.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung weist der Probenwagen an einer Stirnseite eine im wesentlichen vertikal angeordnete Abschirmwand auf, welche bei aus der Vorrichtung herausgezogenem Probenwagen die öffenbare Seite der Abschirmung abdeckt. Auf diese Weise ist das Bedienungspersonal auch dann noch geschützt, wenn vergessen wurde, die Verschlusseinrichtung der Strahlenquelle vor dem Herausziehen des Probenwagens zu schliessen.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert, welche schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung zeigt. Fig. 1 stellt eine Seitenansicht und Fig. 2 eine Draufsicht auf die erfindungsgemässe Vorrichtung dar.
In Fig. 1 ist mit --1-- eine im wesentlichen als rechteckiger Kasten ausgebildete Abschirmung bezeichnet, an welcher seitlich eine Halterung --2-- für die Strahlenquelle und dieser Strahlenquelle gegenüberliegend eine Halterung für den Strahlendetektor --3-- angeflanscht sind. Der Strahlendetektor --3-- ist mit einem Messgerät --4-- verbunden. Die Abschirmung --1-- ist auf einem Chassis-S-angeordnet, welches auf Rädern --6 und 7-- verfahrbar ist. --8-- ist eine Zugstange, mit welcher die gesamte Vorrichtung verschoben werden kann, wobei die Vorrichtung durch die schwenkbaren Räder --7-- gelenkt werden kann.
Ein Probenwagen --9-- ist mit Rädern--10-- auf Schienen --11-- verfahrbar und kann in Richtung des Pfeils --12-quer zur Achse des Strahlengangs --13-- verfahren werden. Der Probenwagen --9-- weist eine höhenverstellbare Plattform --14-- auf, welche durch eine Handpumpe --15-- mit ölhydraulischem Zylinder --17-angehoben oder gesenkt werden kann. Der Probenwagen --9-- weist an seiner einen Stirnseite ein stehendes Abschirmungsblech-16-auf, welches bei aus der Abschirmung herausgezogenem Probenwagen, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, die Öffnung der Abschirmung-l-abdeckt.
In Fig. 2 wurden zur Erleichterung der Übersicht die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet.
In dem Strahlengang --13-- ist unmittelbar bei der Strahlenquelle eine Verschlusseinrichtung --18-- ange- ordnet, mit welcher der Strahlengang unterbrochen werden kann. Eine Blende, welche den Strahlengang begrenzt, ist schematisch mit--19-- angedeutet. Die Probenplattform-14-weist Kugelrollen-20-auf, sodassder Prüflingin einfacher Weise in jede beliebige Position auf der Plattform verschoben werden kann.
Zur Messung der Dichte eines Teilbereiches der Oberfläche des Prüflings wird wie folgt vorgegangen : Zunächst wird die Dicke des Prüflings in Richtung der Strahlenachse gemessen. Der Prüfling wird auf der Plattform --14-- aufgestellt, so dass die zu durchstrahlende Oberfläche in einen Abstand von der Strahlenquelle gelangt, welcher einer genau bestimmtenAuftrefffläche der Strahlung im Strahlengang entspricht.
Bevor nun der Probenwagen in den Strahlengang --13-- eingeschoben wird, wird zunächst bei geschlossener Verschlusseinrichtung --18-- der Leerwert am Messgerät abgelesen. Bei den Versuchen wurde ein BertholdSzintillometer, bestehend aus einem Szintillationszähler der Type Sz 25/25 BI mit einem 25 0 * 25 mm NaJ (Tl)-Kristall, der in einem 1, 5 mm starken Edelstahlgehäuse von 36 mm Aussendurchmesser eingebaut istund ein transistorisiertes Ratemeter der Type LGS/C (Messbereiche 0 bis 10000 cps) verwendet. Die Zeitkonstante wurde gleichbleibend mit 5 s gewählt. Als Strahlungsquelle wurden 5 mC ; Cs eingesetzt.
Anschliessend wurde die Verschlusseinrichtung --18-- geöffnet und die Intensität 10 der Strahlungsquelle ohne in den Strahlengang eingebrachten Prüfling gemessen. Hierauf wurde der Prüfling in den Strahlengang eingebracht und die Intensität der den gewählten Teilbereich der Oberfläche durchsetzenden Strahlung am Ratemeter abgelesen. Aus diesen Messdaten wurde die Absorption der Strahlung ermittelt und mit der gemessenen Dicke, unter Zugrundelegung des Massenabsorptionskoeffizienten von 0,0697, die Dichte des analysierten Teilbereiches berechnet. Hierauf wird der Prüfling in eine andere Position im Strahlengang verschoben und es wird in analoger Weise vorgegangen. Wenn nun die gemessene Dichte von der zuvor gemessenen Dichte abweicht, kann angenommen werden, dass der geprüfte Stein Fehler aufweist.
Zur Vereinfachung der Kalibrierungsarbeiten können Eichsteine verwendet werden, da es für das Auffinden von Fehlern unerheblich ist, den absoluten Wert der Dichte zu kennen. Die Berechnung des absoluten Wertes der Dichte ist aber dann erforderlich, wenn Steine unterschiedlicher Dicke bzw. Stellen unterschiedlicher Dicke am gleichen Stein miteinander verglichen werden sollen.