книги из ГПНТБ / Медведев Я.И. Технологические испытания формовочных материалов

24 и 21 (резервная) через ручные клапаны 25 и 26 и автоматиче­ ские электромагнитные клапаны 18 и 19, а также пневматический затвор 20. Периодические сигналы от датчика и термопары суммируются и приводят в действие реле 15 и контакторы 16 и 17, управляющие электромагнитными клапанами 18 и 19. Узел преобразования сигналов термопары состоит из преобразова­ теля 7 постоянного тока в переменный, трансформаторов 5 я 6, усилителя мощности 4, регулирующего прибора 8, электродви­ гателя 9, переменного сопротивления 10, эксцентрика 11, конден­

сатора переменной емкости 12, настроечных конденсаторов пере­ менной емкости 13 и 14 (последний работает при включении резерв­ ной трубы 21).

В емкостном датчике -влагомере (рис. 9) щуп / и корпус 9, изготовленные из нержавеющей стали, изолированы друг от друга

шпилькой 11, а снизу — гайкой 4. Система все время оттягивает головку щупа вниз до дна чаши смесителя. Нижний конец щупа присоединен кабелем 3 к счетно-решающему устройству. После каждого прохождения катков над датчиком уплотненная смесь снимается специальным скребком. Чтобы исключить охлаждение смеси щупом в момент их контакта и замера сигнала, датчик подогревают нагревателем 6.

Диэлектрические влагомеры можно использовать в установ­ ках автоматического приготовления формовочных смесей и для периодического контроля влажности смеси непосредственно в стан-

дартных образцах, формах или стержнях. В этих случаях большое значение имеют размеры и форма электродов (обкладок конден­ сатора). Для контроля влажности форм удобны электроды в виде пластин и ножей.

На диэлектрические свойства смесей заметно влияет степень ее уплотнения. Поэтому непременным условием получения ста­ бильных показаний является постоянство уплотнения смеси. Самопроизвольная засыпка смеси и уплотнение ее собственным

метр mV градуируется в процентах влажности и включается на разность падений напряжений на сопротивлении R1 и R3. Влия­ ние плотности материала нивелируется движком потенциометра.

На рис. 10, б даны зависимости постоянного 1г и высокочастот­ ного тока / 2 от влажности наполнительной смеси (Ростсельмаш). Зависимости 1г—/2 для смесей докритических влажностей прямо­ линейны, что удобно для автоматического контроля влажности по принципу сравнения двух токов с надстройкой от переменной плотности образца,

В Венгрии производят нормативные переносные влагомеры, схема которых предусматривает компенсацию потерь нагрузоч­ ного сопротивления. Использование транзисторов и печатных схем обеспечивает стабильность настройки высокочастотной си­ стемы и ее механической прочности. Постоянство плотности об­ разца достигается при помощи механического уплотняющего устройства. Кроме того, во влагомерах предусмотрена также тем­

ионной проводимости и диэлектрических свойств смеси (а) и зависимость постоянного и высокочастотного токов от влажности смеси (б)

Исследования [145] показали, что зерновой состав песка, температура смеси, наличие металлических (дробь, скрап) и неметаллических (уголь) включений слабо влияют на показания диэлектрического влагомера. Диэлектрическая проницаемость также не изменяется при наличии в смесях некоторого количе­ ства солей и кислот.

Э л е к т р о ф и з и ч е с к и е в л а г о м е р ы . При элек­ трофизических методах контроля влажности используют ядерные процессы, протекающие в материале при воздействии на него источника радиоактивного излучения. К ним в первую очередь относятся следующие: 1) ослабление интенсивности бета- и гаммаизлучений за счет поглощения их в определенном слое влажного материала; 2) замедление (рассеивание) быстрых нейтронов ато­ мами водорода материала; 3) поглощение энергии радиочастотного магнитного поля ядрами (протонами) атомов водорода (метод ядерного магнитного резонанса).

Электрофизические методы используют сравнительно недавно, но они уже нашли в технике широкое применение. В литейном производстве этот метод контроля влажности формовочных смесей пока что используется редко, однако в будущем он, вероятно, будет широко применен.

Одной из основных проблем использования электрофизиче­ ских влагомеров является защита контролируемого материала и обслуживающего персонала от опасности радиоактивного облу­ чения. Следовательно, для контроля влажности смеси в литей­ ных цехах применимы только те излучения, которые не сообщают формовочным материалам вторичную радиоактивность. Поэтому следует использовать слабые источники излучения, например нейтронные потоки, которые применяют для исследования грун­ тов и других материалов [49].

В литейном производстве применяют метод, основанный на замедлении быстрых нейтронов, испускаемых сравнительно сла­ быми источниками — атомами водорода, содержащимися в смеси [16, 167, и др . ] . Этим методом определяют не только водород капиллярной воды, но и весь водород, входящий в состав кристаллогидратной воды и различных органических и неорганических примесей. Для получения абсолютной влажности смеси необ­ ходимо влажность, определенную нейтронным методом, умень­ шить на некоторую величину.

При прохождении через формовочную смесь потока быстрых нейтронов (с энергией более 0,05 Мэв) последние в результате упругих столкновений с ядрами атомов теряют энергию и замед­ ляют движение. Величина энергии, передаваемой нейтроном ядру, будет тем больше, чем ближе масса ядра подходит к массе нейтрона, поэтому максимальное замедление нейтронов происхо­ дит при столкновении с ядрами водорода. После 15—18 столкно­ вений с водородом быстрый нейтрон с энергией в несколько мегаэлектровольт превращается в медленный или тепловой нейтрон с энергией менее 1/30 эв. Быстрые нейтроны становятся медлен­ ными при числе столкновений для гелия 40, бериллия 50 и угле­ рода 111. Если после облучения формовочной смеси быстрыми нейтронами подсчитать число медленных нейтронов, то можно

Нейтронный метод позволяет контролировать влажность в ши­ роких пределах, причем он показывает суммарное содержание воды (водорода) в определенном объеме смеси. Метод практиче­ ски не зависит от температуры смеси, содержания в ней солей и в меньшей степени, чем электрические методы, зависит от плот­ ности смеси.

Наибольшая плотность медленных нейтронов наблюдается вблизи источника быстрых нейтронов; поэтому измерительный элемент медленных нейтронов следует помещать рядом с ней­ тронным первичным источником.

На рис. 11 представлена схема производственной установки автоматического определения и регулирования влажности смесей в процессе ее приготовления. В качестве источника излучения выбрали порошок плутония-239, который смешивали с порошком

бериллия. Выделяющиеся при распаде плутония-239 а-частицы взаимодействуют с бериллием и последний начинает излучать быстрые нейтроны. Смесь плутония-239 с бериллием массой 32 г мощностью 2 кюри помещают в капсулу 8 из нержавеющей стали, которую, в свою очередь, монтируют вместе с двумя детекторами 9 медленных нейтронов в трубе 7 также из нержа­ веющей стали.

7

Рис. 11. Схема установки автоматического контроля и регулирования влажности смесей с использованием нейтронного индикатора

При определении влажности капсула с радиоактивным источ­ ником и детекторами опускается по трубе 7 в наполненный отра­ ботанной смесью 1 бункер-дозатор 3 емкостью примерно 1450 кг. Барабан 15, в котором производится хранение и дозиметрический контроль капсулы и трубы 7, изнутри покрыт слоем парафина, поглощающего быстрые нейтроны. Подъем после окончания работы и опускание капсулы и детектора в начале работы осуще­ ствляются специальным двигателем. Детекторы связаны коакси­ альным кабелем с электронным счетчиком 14 медленных ней­ тронов.

До начала определения влажности стрелки на электронном счетчике 14 и в индикаторе 13 находятся на нуле. Как только

в бункере-дозаторе 3 масса смеси, поступающей по ленте, дости­ гнет заданной величины, выключаются электрические вибраторы 2, подающие смесь в бункер, и включаются счетчики нейтронов и индикатор. Спустя некоторое время, начинает работать счетчик

катора прекращается. В этот момент стрелка 12 индикатора показывает на одной из шкал фактическую влажность смеси, а на второй — количество влаги, которое следует ввести допол­ нительно в смеситель для достижения требуемой влажности. Затем оператор нажимает кнопку, и смесь поступает из бункерадозатора в бегуны 4 или 5. Одновременно нажатием кнопки 10 открывается вентиль подачи воды: кнопка нажата до тех пор, пока стрелка водомера / / не покажет значения, указанного на второй шкале индикатора. После перемешивания смесь транспор­ тером 6 передается к главному конвейеру.

Специальные пленочные дозиметры и приборы контролируют радиоактивность оборудования в смеси. Установлено, что смесь при обработке ее описанным радиоактивным источником не становится радиоактивной.

Точность замеров влажности ± 0 , 0 5 % , а продолжительность замера — менее 1 мин, что вполне укладывается в цикл непре­ рывной работы бегунов.

К преимуществам нейтронного метода определения влажности смесей относится, помимо его точности и быстроты действия, также сравнительно высокая стабильность показаний. Последнее связано с меньшей зависимостью нейтронного метода от влияния побочных факторов. Недостатком метода является необходимость защиты рабочих от радиоактивных излучений и регулярного проведения тщательных дозиметрических проверок установки.

Г л а в а I I

ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТЬ СМЕСЕЙ

ИПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ

и пористостью относится к группе гидравлических свойств смесей, определяющих количественно и качественно влияние формы на характер газового потока форм и стержней. При неблагоприятном соотношении между гидравлическими свойствами нарушается направленность газового потока, что может привести к появле­ нию в отливках поверхностных или объемных дефектов в виде газовых раковин, «рябой» поверхности, ужимин, вскипа и т. п.

Фильтрация газов, образующихся в форме в результате тепло­ вого воздействия металла на формовочный материал, при напра­ вленном газовом потоке происходит от поверхности отливки через

в сторону отливки и внедряются в жидкий металл, что сопро­ вождается иногда эффектом открытого или скрытого вскипа

а— коэффициент, учитывающий длительность процесса уда­ ления газа из стержня через незалитую металлом по­

верхность; по опытным данным а = 0,2-ИЗ,9;

F„p — приведенное сечение газового потока в форме или стержне в см2.

Зависимость (6) выведена из условия создания направленного газового потока. Она связывает все основные технологические факторы, влияющие на формирование газового режима в форме или стержне. Зависимость (6), выведенная для случая, исклю­ чающего возможность внедрения пузырьков газа с поверхности раздела металл—форма в жидкий металл отливки, является до­ статочным условием для предотвращения вскипа, а следова­ тельно, и образования газовых раковин в отливке по вине формы в период действия первого максимума газового давления. Неко­

режима заливки формы и других факторов) в интервале до окон­ чания заполнения полости формы металлом не всегда приводит к образованию газовых раковин в отливке. Следовательно, полу­ ченное по формуле (6) значение К в некоторых случаях может быть уменьшено в 1,2—1,5 раза.

2. Формула (6) действительна для первого максимума газового давления, возникающего в момент полного погружения стержня в металл; поэтому она не учитывает снижения газопроницаемости смеси после заливки формы (см. ниже).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТИ СМЕСЕЙ

Газопроницаемость — это свойство различных пористых мате­ риалов, характеризуемое способностью пропускать через себя газы. Данным свойством обладают только материалы, в которых поры не являются изолированными.

Величину газопроницаемости формовочных материалов опре­ деляют по формуле, основанной на законе фильтрации Дарси:

в гс/см2;

т— продолжительность прохождения объема воздуха Q через данный образец в мин.

Приборы, используемые для определения газопроницаемости формовочных смесей, должны обладать герметичностью, возмож­ ностью пропускать соответствующее количество воздуха через образец смеси при соответствующем перепаде давления (10 гс/см2 или 10 см вод. ст.) и возможностью определения давления воз­ духа перед образцом (пе­ репад давления до и после образца).

резервуаром для воды манометра 15. Вода в резервуар нали­ вается через отверстие, которое при эксплуатации прибора должно быть плотно закрыто пробкой 14. Образцы для испытания на газопроницаемость имеют те же размеры, что и образцы для

ческой гильзе. Испытание на газопроницаемость проводят до определения прочности.

Вес стандартных образцов, изготовленных из различных формовочных и стержневых смесей, зависит от текучести и уплот­ няемое™ последних и составляет 150—185 г. Уплотнение образ­ цов производится на лабораторном копре троекратным ударом груза весом 6,35 кг, падающего с высоты 50 мм. При замере газо­ проницаемости гильзу вместе с уплотненным в ней образцом плотно укрепляют в затворе прибора.