DD253197A1

DD253197A1 - Verfahren zur steuerung formtechnologischer eigenschaften von giessereiformstoffen

Info

Publication number: DD253197A1
Application number: DD29522186A
Authority: DD
Inventors: Thomas Schuszter; Eckart Flemming; Thomas Folgner
Original assignee: Freiberg Bergakademie
Priority date: 1986-10-13
Filing date: 1986-10-13
Publication date: 1988-01-13

Abstract

Verfahren zur Steuerung formtechnologischer Eigenschaften von Giessereiformstoffen, das zur prozessbegleitenden Ueberwachung in der Giessereiindustrie anwendbar ist. Beim erfindungsgemaessen Verfahren werden die Verdichtbarkeit und der Wassergehalt vom Altformstoff bestimmt. Weiterhin erfolgt die Ermittlung des Schwaechungsgrades von Roentgen- oder Gammastrahlung und der Ultraschallgeschwindigkeit an der aus dem Formstoffvorlauf entnommenen und verdichteten Probe. Mit Hilfe des Wassergehaltes, der Verdichtbarkeit und des Schwaechungsgrades koennen die granulometrischen Kennwerte bestimmt werden. Ausserdem kann durch Verknuepfung mit der Ultraschallgeschwindigkeit der Aktivtongehalt des Ruecklaufformstoffes bestimmt werden. Die entsprechenden Groessen dienen als Steuergroessen zur Zusammenstellung der Formstoffcharge.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das zur prozeßbegleitenden Überwachung und Steuerung formtechnologischer Eigenschaften von Gießereiformstoffen anwendbar ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die formtechnologischen Eigenschaften von Gießereiformstoffen werden hauptsächlich durch die Verdichtbarkeit und die Druckfestigkeit des Formstoffes bestimmt, wobei diese Größen wiederum von den granulometrischen Kennwerten, dem Wassergehalt und vom bindefähigen Tonanteil (Aktivton) in der Fomrstoffmischung abhängig sind. Bei der Wassergehaltsmessung kann auf bekannte Lösungen zurückgegriffen werden. Dagegen beruhen die bekannten Verfahren zur Bestimmung granulometrischer Kennwerte von Gießereiformstoffen auf Analysen, deren physikalische Meßprinzipien keine Schnellanalysen gestatten oder die keine Einflußnahme auf die geprüfte Probe zulassen. Die in zahlreichen Gießereien angewendeten Sedimentations- und Siebanalysen sind die gebräuchlichsten Verfahren zur Bestimmung dieser Kennwerte. Sie erlauben zwar eine recht genaue Analyse, sind jedoch mit einem hohen Aufwand verbunden und konnten bisher nicht automatisiert und zur prozeßbegleitenden Überwachung eingesetzt werden.

Einen ersten Lösungsschritt zur Realisierung einer prozeßbegleitenden Überwachung zeigt die DE-OS 3220662 auf. Darin wird ein Verfahren zur automatischen Regelung von Formstoffaufbereitungsanlagen, wobei die Feuchtigkeit und die Verdichtbarkeit des Gießereisandes gemessen werden, beschrieben. Die Messung erfolgt in zwei Stufen vor und nach dem Mischer oder während des Mischens. Aus den Meßwerten läßt sich dann der Schlämmstoffgehalt der betrachteten Charge Gießereiformstoff errechnen. Wassergehalt und Schlämmstoffgehalt dienen dann als Regelgrößen zur Einstellung der formtechnologischen Eigenschaften.

Bei der Lösung in der DE-OS 3342975, die auf den Erkenntnissen aus der DE-OS 3220662 aufbaut, werden die Prozeßdaten Sand/Gußverhältnis und in die Form eingelegte Kernmenge zur Bestimmung des Schlämmstoffgehaltes verwendet. Die Ermittlung dieser Daten ist jedoch außerordentlich schwierig (z. B. Kernsandaustrag aus dem Formstoffkreislauf, Vermischung des Formstoffes während des Transportes), so daß man in der Praxis mit unsicheren Werten arbeiten muß, was natürlich den Erfolg der Steuerung des Schlämmstoffgehaltes ungünstig beeinflußt.

Auch das in der DD-PS 143320 beschriebene Verfahren zur Schnellbestimmung der charakteristischen Kennwerte von Körnerkollektiven bietet in der vorliegende Form (Absorptionsmessung von Röntgen- oder Gammastrahlen) keine Möglichkeit zur Bestimmung der Kennwerte von Gießereiformstoffen, da das Resultat der Absorptionsmessung auch durch die schwankende Rohdichte und den Wassergehalt des Formstoffes beeinflußt wird.

Bei den bisher bekannten Systemen zur Regelung der Verdichtbarkeit an Gießereisandaufbereitungsanlagen ist von Nachteil, daß im Betrieb auftretende Schwankungen des Schlämmstoffgehaltes nicht oder nur ungenügend berücksichtigt und die Wassergehalte nicht entsprechend eingestellt werden können. Für die Einstellung optimaler Formstoffeigenschaften ist außerdem die Bestimmung des Aktivtongehaltes von Interesse, wobei dazu nur aufwendige physikalische Meßmethoden zur Verfügung stehen. Die Messung der Druckfestigkeiten nach dem Mischen des Formstoffes und ein daraus abgeleitetes Signal zur Steuerung derTondosiereinrichtungfürdie nachfolgenden Mischcharge führt zu Schwankungen der Druckfestigkeit und damit auch der formtechnologischen Eigenschaften.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, zur Steuerung formtechnologischer Eigenschaften von Gießereiformstoffen nach der Verdichtbarkeit und der Druckfestigkeit des fertigen Formstoffes zu steuern und damit zur Qualitätsstabilisierung des Formstoffsystems, Senkung des formstoffbedingten Gußausschusses, Verbesserung der Materialökonomie und Steigerung der Effektivität des Aufbereitungsprozesses beizutragen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, die Schnellbestimmung und die Beeinflussung der formtechnologischen Eigenschaften über eine on-line-Steuerung zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß vom Altformstoff die Verdichtbarkeit, der Wassergehalt, der Schwächungsgrad von Röntgen- oder Gammastrahlen und der Aktivtongehalt bestimmt und daraus die granulometrischen Kennwerte sowie der Aktivtonanteil ermittelt werden.

Zur Messung der entsprechenden Größen wird aus dem Formstoffvorlauf eine Probe genommen und mit einer vorgegebenen Kraft auf ein definiertes Volumen gebracht. Die verdichtete Probe wird mittels Röntgen- oder Gammastrahlung durchstrahlt und es wird die von der Kornverteilung abhängige Schwächung der Strahlung gemessen. Der Schwächungsgrad ist dabei vom Wassergehalt der Materialprobe, dem Schlämmstoffgehalt und der Feststoffdichte der Materialprobe abhängig. Mit Hilfe der gemessenen Größen Wassergehalt, Verdichtbarkeit und Schwächungsgrad können die granulometrischen Kennwerte des Formstoffes bestimmt werden.

Die bei einer Durchstrahlung der verdichteten Probe mittels Ultraschall gemessene Schallgeschwindigkeit ist gemeinsam mit dem Schwächungsgrad der Röntgen- oder Gammastrahlung und der Verdichtbarkeit ein Maß für den Aktivtongehalt der Probe und damit der zu erwartenden Druckfestigkeit des Rücklaufformstoffes. Somit läßt sich der Aktivtongehalt des Rücklaufformstoffes bestimmen.

Als Steuergrößen der Dosiereinrichtung zur Zusammenstellung der Formstoffcharge aus Rücklaufformstoff, Formgrundstoff, Wasser und Ton werden nun der gemessene Wassergehalt und die ermittelten Größen granulometrischer Kennwerte und der Aktivtonanteil verwendet.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an nachfolgendem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Eine Fertigmischüng an betonitgebundenem Formstoff hat einen Wassergehalt von 3%, einen Schlämmstoffgehalt von 14% und einen Aktivtonanteil von 8% und weist damit bei einer Verdichtbarkeit von 45% und einer Druckfestigkeit von 15OkPa optimale formtechnologische Eigenschaften auf. Nach der Verarbeitung zur Form, dem Abgießen der Metallschmelze, dem Trennen von der Form und dem Gußstück und der Rückführung des Formstoffes zur Aufbereitung sind meist unkontrollierbare Mengen von Kernsand und Formstoff aus dem Kreislauf entfernt worden. Weiterhin verdampfte Wasser, und es verlieren bestimmte Anteile des Tones ihre Bindefähigkeit. Die damit erreichbaren formtechnologischen Eigenschaften, ausgedrückt durch die Verdichtbarkeit und Druckfestigkeit, liegen somit außerhalb der Norm.

Bei der Aufbereitung müssen durch Zudotierung von Wasser, Formgrundstoff und Ton und durch Abzweigen bestimmter Mengen an Rücklaufformstoff die formtechnologischen Eigenschaften korrigiert werden. Diese Eigenschaften sind aber nur steuerbar, wenn im Betrieb auftretende Schwankungen des Schlämmstoffgehaltes berücksichtigt werden und danach der Wassergehalt eingestellt wird. Außerdem muß der aktuelle Aktivtonanteil berücksichtigt und die Festigkeit durch gezielte Dosierung von Ton eingestellt werden.

Beim vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren wird über eine Probenahmeeinrichtung aus dem Bunker Gießereiformstoff entnommen, gelangt über ein Sieb mit Rührwerk in ein Dosierrohr und wird auf ein konstantes Probenvolumen gebracht.

Anschließend erfolgt eine Verdichtung mittels eines Kolbens. Die verdichtete Probe wird mittels Gammastrahlung durchstrahlt.

Bei geometrischer Konstanz ist der Grad der Schwächung nur noch von der granulometrischen Zusammensetzung und von der Feststoff dichte der in der Meßstrecke befindlichen Formstoffprobe abhängig. Neben dem Schwächungsgrad werden mittels eines Linearpotentiometers die Verdichtbarkeit und mit Hilfe eines Sensors, der auf der Basis der Dielektrizitätskonstante arbeitet, der Wassergehalt des Formstoffes bestimmt.

Mittels am Dosierrohr fest angebrachter Ultraschallsonden, wodurch ein konstanter Meßweg gewährleistet wird, erfolgt durch die Ermittlung der Laufzeit des Ultraschallimpulses eine Bestimmung der Ultraschallgeschwindigkeit. Die Schallachse schneidet sich dabei mit der Gammastrahlungsachse. Aus der Ultraschallgeschwindigkeit wird über Kalibriergleichungen in Verbindung mit dem Schwächungsgrad und der Verdichtbarkeit der Aktivtongehalt ermittelt.

Aus diesen vier interessierenden Größen des Rücklaufformstoffes werden die Daten zur prozeßbegleitenden Steuerung formtechnologischer Eigenschaften des Formstoffsystems abgeleitet. Dazu erfolgt nach der Übergabe des Ist-Zustandes an den Rechner ein Vergleich mit den Sollwerten. Vom Rechner werden entsprechende Stellimpulse an die Dosiereinrichtung gegeben, und es erfolgt die Zusammenstellung der Mischcharge aus Rücklaufformstoff, Formstoffgrundstoff, Ton und Wasser. Die Mischcharge steht nun zur Formstoffverarbeitung bereit.

Nach dem Abgießen wird dann der ausgeschlagene Formsand durch Metallabscheider, Siebe usw. von Fremdstoffen gereinigt und steht als Rücklaufformstoff zur Verfügung.

Claims

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Patentanspruch:

Verfahren zur Steuerung formtechnologischer Eigenschaften von Gießereiformstoffen, gekennzeichnet dadurch, daß der Wassergehalt des Gießereiformstoffes, dessen Verdichtbarkeit und an einer aus dem Formstoffverlauf verdichteten Probe definierter Geometrie der Schwächungsgrad von Röntgen- oder Gammastrahlung sowie die Geschwindigkeit eines Ultraschallimpulses in dieser Probe ermittelt, daraus die granulometrischen Kennwerte und der Aktivtonanteil des Formstoffes errechnet und gemeinsam mit dem Wassergehalt als Steuergrößen der Dosiereinrichtung zur Zusammenstellung der Mischcharge aus Rücklaufformstoff, Formgrundstoff, Ton und Wasser eingespeist werden.