Medición de temperatura y control de fundición de precisión

Los fabricantes de fundición de precisión de éxito conocen la importancia del control de procesos para la producción de fundiciones de alta calidad. Las variables clave en el proceso de fundición incluyen la temperatura del molde, las propiedades de aislamiento térmico del molde, el tiempo de ciclo y el método del operador, etc. Sin embargo, la variable más crítica del proceso es la temperatura del metal. En el proceso de fundición de precisión, la medición sin contacto de la temperatura del metal tiene muchas dificultades importantes. Sin embargo, un conjunto de dispositivos desarrollados recientemente puede proporcionar retroalimentación cuantitativa precisa en tiempo real, revelando problemas potenciales.

La importancia de la temperatura

En el proceso de fundición de precisión, especialmente en el proceso de "ejes iguales", la temperatura del metal es el factor dominante y, por lo tanto, también tiene un impacto directo en muchas características de calidad. Si la medición y el control son incorrectos, la diferencia en la temperatura del metal afectará el tamaño de la fundición final, el tamaño del grano, la porosidad (superficial e interna), las propiedades mecánicas, la calidad del producto (es decir, la tendencia al desgarro en caliente), la plenitud de la fina -partes con paredes, etc. Haga un impacto.

Por lo tanto, mejorar la medición y el control de la temperatura del metal mejorará la calidad y la productividad, reducirá los costos de mantenimiento y mano de obra, y reducirá los costos de prueba y los costos de compensación de responsabilidad.

Dificultad para medir la temperatura

La fundición de precisión, especialmente la fundición de precisión que utiliza equipo de fusión por inducción, generalmente utiliza un cierto tipo de termopar o pirómetro de radiación infrarroja sin contacto como medio primario o secundario de medición de la temperatura del metal. Las personas que usan pirómetros convencionales pueden no comprender las posibles fuentes de error en sus mediciones, simplemente prestan atención a las condiciones técnicas de "precisión" del instrumento y, a menudo, se engañan. Estas especificaciones de precisión son simplemente objetivos ideales en un entorno de laboratorio. Algunas condiciones en el mundo real pueden conducir a valores de error de medición sorprendentemente altos. Incluyen (pero no se limitan a) los siguientes:

• Emisividad desconocida / cambiante: una variedad de aleaciones, efectos de perturbación, dependencia de la temperatura y la longitud de onda y cambios en la composición durante el procesamiento, etc., todos los cuales juegan un papel en la imprevisibilidad de la emisividad.
• Emisión de vapor: para la fusión a alta presión (cerca y por encima de la presión atmosférica), el gas que se desborda en la piscina o crisol fundido aumentará o disminuirá la radiación de calor, lo que provocará errores.
• Obstáculo del orificio de observación: para la mayoría de los instrumentos, cualquier debilitamiento de la señal hará que el valor de indicación de temperatura disminuya; la suciedad en la ventana de observación afecta la precisión de la mayoría de los pirómetros.
• Material del vidrio de la ventana de observación: no todos los vidrios tienen las mismas propiedades de transmisión; algunos son de color "gris", mientras que las propiedades de transmisión de otros vidrios cambian con la longitud de onda. Esto hará que el pirómetro convencional falle.
• Calibración: el estándar de la industria es calibrar una vez al año. Sin embargo, la deriva y la falla del instrumento tiene su propio programa. El enfoque ideal es calibrar todos los componentes ópticos utilizados en la fábrica (vidrio de observación o espejo de observación).
• Calibración del instrumento: apuntar a través de la lente requiere que dos trayectorias ópticas se superpongan con precisión, lo que afectará a todos los niveles de los pirómetros convencionales.

Estas dificultades son exclusivas de la medición óptica de temperatura. Al mismo tiempo, también existen dificultades relacionadas con el proceso, que complican la medición de temperatura de cualquier tipo de instrumentación, incluyendo:

• El rango aceptable de variables del proceso: a menos que todo el horno de fusión esté en un estado estable (generalmente, esto no es realista), de lo contrario, durante el proceso de fundición, la temperatura tendrá un rango, y es muy importante que este rango de temperatura debe ser capaz de garantizar la calidad del producto.
• Capacidad de procesamiento de señales: toda conversión de analógico a digital o de digital a analógico entre instrumentos de medición y equipos de control es una fuente potencial de error, y el amplio rango analógico conduce a una falta de precisión.
• Tecnología de fusión: una tecnología de fusión deficiente puede provocar una ebullición transitoria de los elementos de alta presión de vapor, alteraciones en la superficie de la piscina fundida o formación de productos de reacción, todo lo cual provocará errores en los pirómetros convencionales.
• Emparejamiento entre lingotes, crisoles y bobinas: Para las características del ciclo de fusión, estos tres componentes del sistema de fusión son todos importantes. Una combinación inadecuada provocará un derretimiento lento y desigual, sobrecalentamiento local o chisporroteo. Estas también son fuentes de errores en los pirómetros convencionales.

Espectrómetro de alta temperatura para solucionar el problema.

La tecnología de medición de alta temperatura tiene sus ventajas inherentes: sin contaminación, sin envenenamiento del sensor cuando se retira; fácil instalación y uso; se puede realizar una medición continua; sin materiales consumibles; La falla catastrófica (pérdida de la función de medición) es extremadamente rara. Ahora, los avances en la ciencia de la pirometría han resuelto varios problemas asociados con el mundo real en uso. El piroespectrómetro es un instrumento nuevo, es un pirómetro de longitud de onda múltiple del tipo de sistema experto, tiene una buena capacidad para resolver estos problemas.

Además de proporcionar una precisión excelente en el mundo real, el espectrómetro de energía de alta temperatura tiene muchas otras ventajas: puede proporcionar lecturas en tiempo real de la calidad y las tolerancias (es decir, el grado de incertidumbre durante la medición) durante cada medición; También puede proporcionar fuerza de señal, la comparación entre el objetivo y el objetivo ideal bajo la misma temperatura y estado. Estas dos funciones pueden proporcionar información valiosa sobre la materia prima y el estado del proceso, ayudar a garantizar la composición correcta de la aleación y mostrar si el material de la aleación se hierve y se evapora. Obviamente, los usuarios que han dominado esta información también pueden aplicarla a algunos campos más avanzados.

En una variedad de aplicaciones diferentes, los espectrómetros de alta temperatura han resuelto la dificultad de la medición de temperatura sin contacto.

• Emisividad: la emisividad cambiará con cada lote de muestras de material, que es una correlación entre los cálculos teóricos en la medición de alta temperatura y el comportamiento del material en el mundo real. Para la industria de la fundición de precisión, la emisividad de los metales varía mucho. Para cualquier muestra, su emisividad depende de las condiciones históricas de composición, propiedades mecánicas y térmicas, la longitud de onda a la que se realiza la medición y la temperatura misma. Los analistas creen que el error relativo de temperatura es proporcional al error relativo de emisividad, a saber:
• Entre ellos: T es la temperatura, es la emisividad, ΔT y Δ son sus respectivos errores. Para la fundición de precisión, el valor de emisividad del metal líquido suele estar en el rango de 0.15 a 0.30, y el pequeño valor de emisividad en el denominador tendrá un gran impacto en el error de temperatura.

Un taller de fundición puede proporcionar piezas hechas de 20 o 30 elementos de aleación diferentes. La cuantificación del impacto de una pequeña cantidad de cambio en los materiales de aleación sobre la emisividad de los metales no se ha llevado a cabo a gran escala. Por lo tanto, no existe un manual para la emisividad de las aleaciones de fundición de precisión. . La similitud de la composición no se puede utilizar para estimar la emisividad, una pequeña cantidad de aditivos puede cambiar en gran medida la emisividad. Como se muestra en la Figura 1, la emisividad de las dos aleaciones mostradas en la figura, la diferencia en la composición es un total del 2% del peso atómico del elemento agregado. La diferencia de emisividad resultante hace que un pirómetro "calibrado" según una aleación produzca un error de lectura de varios cientos de grados. Los errores grandes causarán un caos en el proceso y apagarán el horno de fundición durante varios días.

El piroespectrómetro es un pirómetro que no necesita preparar ninguna información de antemano y puede realizar mediciones precisas, independientemente de la emisividad, y no está restringido por el entorno. Muestra la temperatura y la emisividad registradas por el espectrómetro de alta temperatura FAR para monitorear aleaciones de fundición de precisión a base de níquel. Se puede ver en la figura que cada cambio del valor de ajuste de potencia provoca un rápido aumento en forma de pico en la emisividad, que es causado por la perturbación de la agitación electromagnética del material fundido, que fortalecerá la emisividad. El movimiento del líquido forma una pequeña cavidad, que aumenta la absorción y emisión debido al efecto de múltiples reflejos. En segundo lugar, cuando la masa fundida se enfría, la emisividad sufre un cambio escalonado: alrededor de 1:15, la incidencia se reduce en más del 10%, de 0.245 a 0.220.

Este efecto es consistente con la ebullición y evaporación de los materiales de aleación. Cuando ocurre este cambio, la temperatura permanece constante. Finalmente, la masa fundida se congela y la emisividad cambia drásticamente, de 0.22 a 0.60. La temperatura que disminuye lentamente y la emisividad que aumenta lentamente simultáneamente indican que el proceso de endurecimiento del metal se somete a un estado de suspensión, en lugar de un cambio repentino de fase como el agua se convierte en hielo. La Figura 3 muestra el mismo proceso que la Figura 2, pero esta vez se ha agregado la salida de un pirómetro convencional. Además del gran error de temperatura, debe tenerse en cuenta que durante el proceso de enfriamiento de apagado, los pirómetros convencionales no pueden medir. Entre 1:35 y 1:50, el pirómetro informó un aumento de temperatura. Esta es una condición falsa, causada por el aumento de la emisividad durante el proceso de enfriamiento del metal.

En la operación real, el gran error de temperatura causado por una emisividad incorrecta no solo afecta la calidad del producto, sino que también tiene algunas consecuencias obvias, como el desperdicio de electricidad, el tiempo de ciclo prolongado y el mayor desgaste de los materiales refractarios. en cuatro ciclos de colada consecutivos medidos con un pirómetro. La temperatura máxima no está exenta. Particularmente repetible, puede ver que hay muchos picos bastante grandes en la emisividad en la Figura 4, lo que indica que hay una perturbación particularmente grande. El pico es causado por una fuerte agitación electromagnética.

El proceso es el siguiente: la perturbación en la masa fundida refuerza la emisividad, y los pirómetros convencionales lo interpretan como un valor de sobretemperatura; luego, como reacción al fenómeno, el controlador corta la energía; la energía se corta Después de eso, la perturbación disminuyó, y luego, el pirómetro convencional detectó la condición de temperatura demasiado baja, y la energía se encendió nuevamente. La oleada de corriente resultante agitó violentamente el material fundido y comenzó el ciclo periódico, y la perturbación severa provocó la corrosión de los materiales refractarios. Como resultado, se generan inclusiones en el producto.

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