8.3. Контроль и управление качеством формовочной смеси

Известные методы контроля качества формовочной смеси могут« быть разбиты на две группы: методы непосредственного контроля (текучести, осыпаемости, газопроницаемости и т.п.), и методы опосредованного контроля качества смеси по одному или нескольким косвенным параметрам (влажности, температуре и т.п.). Первые; реализуются, как правило, в лабораторных условиях. При этом они позволяют осуществить достаточно полный анализ технологиче­ских и физико-механических параметров смеси. Однако полученная этими методами оценка носит лишь констатирующий характер, что не дает возможности оперативно вмешиваться и корректировать технологический процесс смесеприготовления. Данные методы не исключают возможности попадания некачественной смеси на пози­цию формовки и, следовательно, получения бракованных отливок, а лишь позволяют проанализировать причины брака. Автоматизация прямых методов контроля качества смеси является сложной и доро­гостоящей задачей, требует установки специальных пробоотборни­ков, преобразующей и анализирующей аппаратуры. Примером сис­темы, основанной на использовании прямых методов контроля ка­чества смеси, является система, предлагаемая фирмой «DISA+GF». В этой системе автоматически осуществляется отбор пробы смеси из смесителя, затем формируется образец, передаваемый в мульти-контроллер, где автоматически определяется прочность и текучесть смеси. Полученные значения анализируются и преобразуются в управляющий сигнал, обеспечивающий добавление воды и бенто­нита. Отбор пробы из смесителя и корректировка состава через оп­ределенные промежутки времени повторяются до тех пор, пока па­раметры смеси не войдут в заданные рамки. Главные недостатки этой системы: высокая инерционность, узкая выборка и, как следст­вие, недостаточная точность дозирования вводимых компонентов.

Методы косвенного контроля качества формовочной смеси по одному или нескольким определяющим параметрам базируются на высокой степени их корреляции с важнейшими качественными ха­рактеристиками формовочной смеси и отличаются простотой авто­матического контроля выбранных параметров непосредственно в технологическом потоке и возможностью управления ими на стадии смесеприготовления. Анализ мирового опыта, накопленного в об­ласти создания систем автоматического контроля и управления ка­чеством формовочной смеси, показывает, что чаще всего основным контролируемым и управляемым параметром выбирается влагосодержание единой песчано-глинистой формовочной смеси. Такой выбор обусловлен в первую очередь тем, что влажность при задан­ном составе песчано-глинистой смеси является важнейшим фактором, определяющим ее основные физико-механические свойства объемную и поверхностную прочность (осыпаемость), газопрони­цаемость, текучесть и т.д. (рис. 8.7).

Рис. 8.7. Изменение физико-механических свойств смеси в зависимости от ее

влажности (единая формовочная смесь РУП «МТЗ»):

1 — прочность смеси на сжатие; 2 - осыпаемость;

3 — газопроницаемость; 4 — текучесть

Связующая композиция ПГС представляет собой двухкомпонентную систему, состоящую из формовочной глины и воды. Соот­ветственно при фиксированном глиносодержании общее количест­во связующей композиции и ее собственные характеристики (вяз­кость, плотность и т.д.) определяются влагосодержанием смеси. Аналогичная ситуация характерна и для ряда смесей, в которых связующая композиция может рассматриваться как водный или коллоидный водный раствор (например, в жидкостекольных сме­сях) и где влажность позволяет оценить содержание связующего в смеси (при известном влагосодержании используемого наполните­ля). Количество же связующего в свою очередь определяет реоло­гические, физико-механические и технологические свойства сме­си (рис. 8.8).

Рис. 8.8. Влияние содержания жидкостекольного связующего

(m = 2,7, р = 1470 кг/см³) на прочность смеси: 1 - смесь, отверждаемая по СО₂-процессу; 2 - ХТС; 3 - тепловая сушка

Кроме названных причин пристальное внимание к контролю и управлению влагосодержанием формовочных смесей связано с ря­дом специфических, технологических и производственных факто­ров. Влажность оборотной формовочной смеси в реальных произ­водственных условиях - величина непрерывно изменяющаяся, при­чем изменения эти носят, в известной мере, случайный характер, что обусловлено текущими изменениями металлоемкости формы и температуры заливаемого металла, потерями влаги при транспорти­ровке и на пересыпах, пересечениями технологических потоков, плановыми и случайными остановками технологического цикла, сезонными и суточными колебаниями температуры и влажности в Цехе и т.д. В связи с этим колебания влажности смеси в технологи­ческом обороте как на входе, так и на выходе из смесителя дости­гают ±2-3%. В то же время в абсолютном большинстве случаев не­обходимо поддержание влажности готовой формовочной смеси в существенно более узком диапазоне (±0,3%). Чтобы уложиться в такой узкий интервал, требуется непрерывный текущий контроль и гибкое регулирование влагосодержания смеси.

До последнего времени в литейном производстве с различным успехом использовались гальванические, кондуктометрические и емкостные приборы экспресс-контроля влажности.

Работа гальванических влагомеров основана на измерении элек­тродвижущей силы (ЭДС), возникающей между двумя электродами (медным и железным), заглубленными в формовочную смесь, и из­меняющейся при колебаниях влажности. С помощью подобных устройств может быть измерена влажность готовой формы либо смеси, находящейся в бункере. Однако на получаемые результаты чрезвычайно большое влияние оказывают малейшие изменения ки­слотности смеси, примеси солей и оксидов. Это, а также невысокая точность приборов не позволили методу контроля влагосодержания по изменению ЭДС получить широкое распространение в литейном производстве. Кондуктометрический метод основан на измерении электросопротивления смеси, которое падает при увеличении вла­госодержания (рис. 8.9).

Рис. 8.9. Зависимость электросопротивления различных формовочных смесей от

влажности: 1 - ПГС (8% бентонита); 2 - ПСС (3% бентонита, 5% жидкого стекла,