Gießerei 4.0 – Shell-Room-Erlebnis mit SlurryTrack Inline-Viskositätsüberwachungoring und Kontrollsystem

Sunil Kumar PhD, CEO Rheonics GmbH; Joe Goodbread PhD,CTO, Rheonics GmbH

Zweck

Last year we presented an overview of our Rheonics sensors, emphasizing the advantages and benefits to be had by automating casting slurry viscosity and density. At that time, we were a fairly new presence in the world of investment casting, and then (as now) on a steep learning curve. Today, we would like to share  experience that some of our early adopters have gathered over the past couple of years, with the goal of making our and our customers’ learning available in the interest of advancing automated slurry monitoring and control in the investment casting community as a whole.

Wir beginnen mit einem Überblick über die Bedeutung der Viskositäts- und Dichtekontrolle im Hinblick auf die Automatisierung von Rohräumen und beantworten Fragen wie:

• Warum sind Viskosität und Dichte der Aufschlämmung beim Schalenbau wichtig?
• Eine Bewertung traditioneller Methoden zur Steuerung der Viskosität und Dichte von Aufschlämmungen
• Faktoren, die die Auswahl eines Viskositäts-/Dichtemessgeräts für die Schlammanwendung beeinflussen

Viskosität und Dichte: Bedeutung beim Schalenbau

Die Viskosität ist ein Maß für den Strömungswiderstand einer Flüssigkeit. Die Viskosität der Aufschlämmung hat einen tiefgreifenden Einfluss auf die Qualität jeder Schicht, die beim Aufbau der Hülle aufgetragen wird. Durch die Beeinflussung der Geschwindigkeit, mit der Schlamm von einem Muster abläuft, das eingetaucht und von der Trommel entfernt wurde, wird die endgültige Dicke der Schicht bestimmt. Ist die Viskosität zu niedrig, läuft die Aufschlämmung zu schnell ab und es entsteht eine dünne, zu brüchige Schalenschicht. Wenn die Schicht zu dick ist, wird sie auch zu dick und trocknet möglicherweise unvollständig und ungleichmäßig.

Es wurde festgestellt, dass eine strengere Kontrolle der Viskosität der Aufschlämmung zur Leichtigkeit und Qualität des Schalenbaus sowie zur Qualität der fertigen Gusserzeugnisse beiträgt.

In mehreren Fachliteratur und Studien zur Untersuchung der Auswirkung kontrollierbarer Variablen des Schalenbildungsprozesses auf die Schaleneigenschaften wurde die Viskosität als wichtige Eingangsvariable genannt.

Density is also an important parameter for characterizing slurry. Density is a measure of the total solids content of the slurry, and may not be directly related to viscosity. Over the past year, users have  shown an increasing interest in density monitoring in addition to viscosity. The SRD offers density measurement and viscosity monitoring in one compact sensor.

Schaleneigenschaften, die durch Viskosität und Dichte der Aufschlämmung beeinflusst werden:

Schicht- und Enddicke

Oberflächengüte

Durchlässigkeit

Stärke

Kantenabdeckung

Kantenfestigkeit

Biegefestigkeit

Thermische Eigenschaften

Requirements for a viscosity/density monitoring device from the casters’ perspective

Welche Mittel auch immer zur Messung der Schlammviskosität verwendet werden, der Gießer sollte kein Messspezialist sein müssen. Ein gutes, zuverlässiges und unauffälliges Messsystem stellt ein vertrauenswürdiges Werkzeug dar und stellt keine zusätzliche Belastung für das Handwerk des Werfers dar.

Die traditionelle Methode zur Messung der Schlammviskosität ist der Zahnbecher, eine Art Ausflussbecher, der die Viskosität einer aus dem Fass entnommenen Schlammprobe misst – oder besser gesagt schätzt. Der Bediener taucht den Becher in die Aufschlämmung und verschließt das Loch am Boden des Bechers mit einem Finger. Anschließend starten sie eine Stoppuhr und öffnen gleichzeitig das Loch. Die Stoppuhr wird gestoppt, wenn der letzte Tropfen den Becher verlässt. Die Anzahl der Sekunden vom vollen zum leeren Behälter hängt von der Viskosität ab.

Eine Reihe subjektiver Faktoren begrenzen die Präzision – die Wiederholbarkeit – und damit die Zuverlässigkeit der Messung. Diese beinhalten:

• Die Einschätzung des Bedieners, wann der Becher leer ist – ist es der letzte Tropfen, der den Becher verlässt? Oder wenn der Güllestrahl in Tropfen zerfällt? Auch wenn die Messungen eines bestimmten Bedieners wiederholbar sind, stimmen die Messungen verschiedener Bediener miteinander überein?
• Wie sauber ist die Tasse? Für die Wiederholbarkeit der Messungen ist es erforderlich, dass sich das Volumen des Bechers nicht verändert und das Loch nicht durch Ablagerungen getrockneter Aufschlämmung verengt wird. Wiederholbare und zuverlässige Messungen erfordern einen völlig sauberen, unbeschädigten Becher, frei von jeglichen Ablagerungen und Rückständen.
• Welche Temperatur hat das Material im Becher? Die Viskosität hängt bekanntermaßen von der Temperatur der Flüssigkeit ab und kann bereits bei kleinen Temperaturschwankungen stark variieren. Eine zuverlässige und wiederholbare Messung erfordert eine genaue Messung der Flüssigkeitstemperatur, was mit einem typischen Zahnbecher nicht möglich ist.

Zusätzlich zu diesen Schlüsselfaktoren spielt auch die menschliche Natur eine Rolle bei der Messung der Viskosität und Dichte von Aufschlämmungen. Die Messungen erfordern eine Unterbrechung des Arbeitsablaufs, um eine Probe aus der Trommel zu entnehmen. Die Messung ist chaotisch und etwas unangenehm. Aus diesem Grund kann es sein, dass Bediener Bechermessungen verzögern oder sogar vernachlässigen. Und da andere Vorgänge ihre Aufmerksamkeit erfordern, wird der Becher möglicherweise nicht so gründlich gereinigt, wie es für den nächsten Bediener erforderlich ist, um genaue Messungen durchzuführen.

Trotz ihrer Einschränkungen haben sich Zahnbecher-Viskositätsmessungen zu einer Lösung entwickelt de facto Viskositätsmessung im Feinguss, wie in vielen anderen Branchen auch. Benutzer fragen uns oft, ob SlurryTrack-Viskositätsmessungen, ausgedrückt in Centipoise oder mPaS (Millipascalsekunden), in Tassensekunden umgewandelt werden können, um Kontinuität mit ihren aktuellen Messmethoden zu gewährleisten.

Mit der SlurryTrack-Software kann der Benutzer seine eigenen Korrelationen zwischen Tassensekunden und Centipoise-Messwerten erstellen. Wie bei fast allen Anwendungen, die die Viskosität von nicht-Newtonschen Flüssigkeiten messen, gibt es keinen universellen Umrechnungsfaktor oder keine Formel für die direkte Umrechnung. Benutzer berichten jedoch, dass für jede Formulierung eines bestimmten Materials eine praktikable Umrechnungsformel gefunden werden kann. Da die Umrechnung jedoch von der Zusammensetzung der Flüssigkeit abhängt, muss jeder Benutzer seine eigene Korrelation basierend auf seinen eigenen Tassenmessungen durchführen.

Labormessungen sind möglicherweise genauer, bringen jedoch ihre eigenen Probleme mit sich. In

Zusätzlich zur Unordnung bei der Probenentnahme führen sie zu einer beträchtlichen Verzögerung zwischen der Probenahme und der Übermittlung der Ergebnisse. Das bedeutet, dass jede Korrekturmaßnahme auf a basiert früher Zustand der Gülle – typischerweise vor Stunden oder sogar Tagen – und nicht auf ihren aktuellen Zustand. Dies macht die Verwendung von Laborergebnissen zur Korrektur der Güllekonsistenz zu einem unsicheren und riskanten Unterfangen.

Zusätzlich zu diesen Faktoren ist Gülle eine „lebende“ Flüssigkeit – ihr Zustand hängt nicht nur von ihrer Zusammensetzung und ihrer Temperatur ab, sondern auch von ihrer Fließgeschichte. Der Schlamm in der Trommel – der Schlamm, der letztendlich das Muster überzieht – ist in ständiger Bewegung. Die aus dem Tank entnommene Gülle steht still. Durch ein Loch im Zahnbecher oder um den Rotor eines Laborviskosimeters fließt es anders als in der Trommel. Bei Labormessungen kann es sein, dass sich die Feststoffe in der Probe abzusetzen beginnen und die Probe dadurch ungleichmäßig wird.

An ideal viscosity and density monitoring system should be:

• Wiederholbar – Messungen, die heute an der gleichen Schlammzusammensetzung durchgeführt werden, sollten mit denen von gestern oder morgen übereinstimmen.
• Sensitive and precise – differences in slurry behavior that are relevant to its performance in shell building should be clearly and reproducibly registered by the monitoring System funktionieren.
• Möglichkeit zur Messung in der Trommel, während Muster beschichtet werden – die Messung in der Trommel ermöglicht die Ergreifung sofortiger Korrekturmaßnahmen, wenn die Konsistenz der Aufschlämmung außerhalb der angegebenen Grenzen liegt. Die Probenahme unterbricht den Arbeitsablauf und führt zu ungenauen Messungen von fragwürdigem Nutzen.
• Robust genug für Messungen im Fass – Empfindliche, leicht beschädigte Sensoren sind im Güllefass unbrauchbar. Ein geeigneter Sensor muss nicht nur eine mögliche grobe Handhabung und abrasive Schlämme überstehen, sondern auch eine gründliche Reinigung und Entfernung hartnäckiger Ablagerungen versehentlich eingetrockneter Schlämme.
• Kann kontinuierlich Messungen durchführen, mit einer Geschwindigkeit, die für den Bediener nützlich oder für die automatische Konsistenzkontrolle erforderlich ist.
• Sollte keine Kalibrierung erfordern – seine Genauigkeit und Wiederholbarkeit sollten über Jahre hinweg unverändert bleiben.
• Sollte mit Fabrik- und Unternehmensdatensystemen und -modellen kompatibel sein – sollte über eine Schnittstelle und ein Datenformat verfügen, das von PC, SPS oder jedem anderen Gerät gelesen werden kann, das vom Gießer zum Sammeln und Analysieren von Prozessdaten und zum Erteilen von Steuerbefehlen an Prozesssysteme verwendet wird.
• Und was vielleicht am wichtigsten ist: Es sollte für den Bediener „transparent“ sein – es sollte den Arbeitsablauf des Bedieners nicht beeinträchtigen, ihn aber auf etwaige Unregelmäßigkeiten in der Konsistenz der Gülle aufmerksam machen.

Rheonics SRV/SRD und SlurryTrack-Technologie bieten eine einfache und effiziente Brücke, um das Schlammmanagement auf den modernen Standard zu bringen, der in den heutigen hochautomatisierten Shell-Räumen vorherrscht. Es basiert auf kleinen, sehr robusten Dichte- und Viskositätssensoren, gekoppelt mit einem fortschrittlichen, Industrie 4.0-fähigen Datenanalyse- und Steuerungssystem.

Details zum Design und zur Implementierung des Systems wurden an anderer Stelle besprochen, daher ist hier nur eine kurze Zusammenfassung erforderlich.

Das System besteht aus einem Sensor und dem Analyse- und Steuerungssystem SlurryTrack. Der Sensor ist weniger als sechs Zoll lang und wiegt etwa ein halbes Pfund. Dennoch hält es dem Dauerbetrieb in aggressivsten Schlämmen sowie Reinigungsvorgängen zur Entfernung eingetrockneter Rückstände stand, ohne dass eine Neukalibrierung erforderlich ist.

Die kompakte Bauweise des Sensors hat sich bei der Installation im Fass als großer Vorteil erwiesen. Bediener nutzen in der Regel den Schutzkäfig und den langen Einführschaft, die mit dem System erhältlich sind. Der Käfig schützt das Sensorelement vor Schäden durch versehentliche Kollision mit den Trommelwänden oder anderen Gegenständen, während der Schaft ein schnelles und einfaches Entfernen des Sensors zur regelmäßigen Reinigung und Lagerung ermöglicht, wenn die Trommel aus irgendeinem Grund außer Betrieb genommen wird. Darüber hinaus ist ein Schnellverschluss-Montagesystem verfügbar, das eine einfache Entnahme und wiederholbare Platzierung im Fass ermöglicht, wenn die Sonde zum Reinigen oder zur Fasswartung entfernt werden muss.

Moving on to the analysis and control unit, SlurryTrack electronics is delivered in a stainless steel cabinet with DIN-rail mounted components and an industrial PC with touch-screen control. In addition to providing an intuitive operator interface for data collection and control settings, the SlurryTrack cabinet has connections for a wide variety of interfaces, including Modbus, Ethernet, 4-20mA channels, HART, USB, and Bluetooth. This allows SlurryTrack to work and play well with enterprise data systems, making it particularly useful for correlating measured slurry consistency with shell and casting quality measures, over long time periods. The rich data collection and analysis opportunities it offers allow detection of potential problems before they have a significant impact on shell and casting quality and yield.

Now we move on to how to give viscosity and density monitoring a place in the shell room, in general, and some strategies for implementing it in practice. This will take us into points such as:

• Setting up a viscosity and density monitoring system, including installation
• Strategies for monitoring viscosity, starting with simple graphing of viscosity and density data, all the way toward setting up slurry profiles, alarms, and preparing the way for full process automation
• Implementierung einer automatischen Steuerung der Gülleeigenschaften
• Umgang mit den harten Realitäten des Rohbaus – Reinigung und Wartung von Viskositäts- und Dichtesensoren in einer abrasiven und anhaftenden Welt
• The possibilities of process optimization presented by automatic monitoring und Kontrolle.
• Zukünftige Musik – die Rolle einer Lerngemeinschaft, um die Automatisierung von Rohbauräumen vom Schlagwort zur alltäglichen Realität zu machen.

Viskosität einstellen und Dichte Überwachung

Der Baumarkt: Platz schaffen für den Viskositäts-/Dichtesensor im Gülletank

Der Einbau eines Viskositäts- und Dichtemesssystems in das Güllefass erfordert ein wenig Planung. Einige Überlegungen sind:

• Planungsphase:
  • Benötigen Sie Viskositäts- und Dichtemessungen oder reicht die Viskosität aus?
  • Will you be monitoring more than one drum in the same shell room?
• Wo werden Sie es auf der Trommel installieren?
• Where will you locate the monitoring and control cabinet?
• Wie verbinden Sie das System mit Ihrem Unternehmensdatennetzwerk?

Before you order a system, you will need to decide if you need both density and viscosity measurement, or if viscosity alone will do. Although viscosity and density are both important for slurry drum monitoring, some users find that viscosity is sufficient for their needs. Viscosity monitoring alone has several advantages, the most important being that Rheonics’ SRV sensor can detect buildup of deposits on its sensing element and can alert the operator that cleaning is necessary. Density sensors generally cannot distinguish between deposits on the sensor and increases in measured density, since both load the sensor with additional mass. So for highly deposit-prone, sticky slurries, the SRV, which measures only viscosity, may be a better choice. Before deciding on a sensor, it makes sense to ask yourself what you will use the measurements for. If the measured values are intended to trigger either a manual or automatic correction of the slurry, will density or viscosity be the deciding factor? This can help guide your initial sensor selection.

How many sensors will you be operating in each shell room? If the answer is more than one, it will pay to consider getting a system with multistation monitoring that can service and monitor several slurry drums at once. Rheonics provides SlurryTrack systems with up to 12 stations, so that only one cabinet is necessary to monitor up to 12 stations simultaneously. A single industrial PC services all of the sensors, and produces operator-selected display and, when installed, control modes for each station.

Einbau des Sensors im Güllefass

Benutzer berichten, dass es sowohl die beste Praxis als auch die bequemste Lösung ist, den Sensor in der Nähe der Innenwand des Güllefass zu installieren. Dafür gibt es zwei Gründe. Erstens ist es vorteilhaft, eine möglichst große Strömungsgeschwindigkeit über den Sensor zu haben. Da es sich bei der Aufschlämmung um eine schergeschwindigkeitsempfindliche Flüssigkeit handelt – ihre scheinbare Viskosität hängt stark davon ab, wie stark sie geschert wird – hat sich herausgestellt, dass eine höhere Durchflussrate die stabilsten und reproduzierbarsten Messwerte liefert.

Daher geben wir jetzt engere Richtlinien für die Sensorinstallation. Da die Sensoren in jeder Position eingebaut werden können, haben wir es bisher dem Benutzer überlassen, herauszufinden, wie er sie am besten installiert. Wir haben jedoch festgestellt, dass Benutzer mehr Anleitung verlangten oder zunehmend Entscheidungen trafen, die für die jeweilige Situation nicht optimal waren. Daher geben wir derzeit Empfehlungen zu Dingen wie dem minimalen Abstand der Sonde von der Tankwand, der Eintauchtiefe und im Fall des SRD zur Ausrichtung des Sensors in Bezug auf die Fließrichtung der Gülle im Tank.

Benutzer haben auch darauf hingewiesen, dass die Dichte- und Viskositätswerte der Aufschlämmung mit der Tiefe der Sonde im Tank variieren. Da der Güllestand beim Bau der Schalen sinkt, gibt es keine „perfekte“ Position für die Sonde. Die Variation der Messwerte mit der Tiefe ist jedoch viel geringer als die Wiederholbarkeitsfehler von Bechermessungen und liegt innerhalb der Toleranzgrenze der meisten Schlämme. Es wird daher empfohlen, die Sonde in einer Tiefe zu platzieren, die gewährleistet, dass sie immer vollständig in die Gülle eingetaucht ist, unabhängig vom Betriebsfüllstand der Gülle im Tank.

SRV und SRD sind mit einem Tankmontageadapter erhältlich, der den empfindlichen Teil der Sonde in einem stabilen Edelstahlkäfig umschließt und über ein ¾ NPT-Rohr als Montageschaft verfügt, das das Eintauchen des Sensors bis zur richtigen Tiefe in das Güllefass ermöglicht. Die Eintauchtiefe sollte so groß sein, dass sich der Sensor während des Betriebs nie über der Flüssigkeitsoberfläche befindet, und er sollte so hoch im Fass liegen, dass er den Boden nicht berührt.

Es ist ein Schnellverschluss-Montagesystem erhältlich, das das einfache Entfernen der Sonde aus dem Fass erleichtert, wenn eine Reinigung erforderlich ist, wenn Gülle ausgetauscht wird oder wenn andere Wartungsarbeiten am Tank durchgeführt werden. In allen Fällen müssen Mittel zum Abwaschen der Sonde vorhanden sein, wenn sie aus der Aufschlämmung entfernt wird. Wenn Schlamm auf der Sonde trocknen kann, kann sich eine harte, hartnäckige Beschichtung bilden, die schwer zu entfernen ist und möglicherweise eine chemische Entfernung erfordert. Durch mechanisches Entfernen von langem getrocknetem Schlamm auf der Sonde besteht die Gefahr einer Beschädigung des Sensorelements. In der Nähe der Trommel sollte immer ein Eimer mit sauberem Wasser verfügbar sein, in den Sie den Sensor eintauchen können, falls er entfernt werden muss, als kurzfristige Alternative zum Abwaschen. Die Anordnung des Sensors in einem Güllebehälter ist in Abb. 1 schematisch dargestellt.

Netzwerk Performance:  Anschließen und loslegen!

Sobald die Sonde im Tank installiert ist, wird sie über ein Sensorkabel mit dem SlurryTrack-Schrank verbunden. Für den Fall, dass der Schrank außerhalb des Rohbauraums installiert werden muss, können Kabellängen von bis zu 500 Metern verwendet werden, ohne dass sich dies auf die Messungen auswirkt.

Dann schalten Sie es ein und es kann losgehen! Die Bedienungsanleitung zeigt dem Bediener, wie er eine erste Anzeige der Viskosität – und im Falle des SRD – der Dichte der Gülle erhält.

Im nächsten Schritt schließt das Installationsprogramm alle erforderlichen Schnittstellen an, um den SlurryTrack mit einem Unternehmensdatennetzwerk zu verbinden. Die Installations- und Bedienungsanleitung liefert alle notwendigen Informationen, unterstützt durch ein kompetentes Support-Team, zu dem auch Schnittstellen- und Netzwerkspezialisten gehören.

What to expect from monitoring Software.

Die Anzeige der Rohdaten, wie sie vom Sensor kommen, kann verwirrend sein. Schlamm ist keine einheitliche, homogene Flüssigkeit. Mit dem in der Trommel zirkulierenden Material können Stückchen verfestigten Materials mitgeführt werden. All dies fügt den Rohmessdaten „Rauschen“ hinzu. Aber auch bei näherer Betrachtung der Rohdaten zeigt sich, dass es einen Ausgangswert gibt, zu dem die Messungen immer wieder zurückkehren. Und die Dauer und der Zeitpunkt der Lärmstörungen sind in der Regel viel schneller als alle tatsächlichen Veränderungen in der Güllemasse. Daher stehen Filterfunktionen zur Verfügung, die es dem Bediener ermöglichen, das Rauschen herauszufiltern und nur den Trend der Dichte und/oder Viskosität anzuzeigen. Und es ist dieser gefilterte Messwert, der es dem System ermöglicht, die Eigenschaften der Aufschlämmung zu steuern, ohne beispielsweise jedes Mal Wasser hinzufügen zu müssen, wenn die Viskositätsmessung „nach oben“ wechselt.

Zu den Prozessen, die die Viskosität und Dichte der Aufschlämmung verändern, gehören Temperaturänderungen, Verdunstung und die Entfernung von Material aus der Trommel. Dies sind alles relativ langsame Prozesse, daher sind niedrige Datenraten einer schnell reagierenden Erfassung vorzuziehen. Wir möchten nicht, dass jedes Mal ein Alarm ausgelöst wird, wenn die Aufschlämmung durch Einsetzen eines Musters in die Trommel gerührt wird, aber wir möchten langsame Änderungen in den Eigenschaften der Aufschlämmung verfolgen, um Schalenfehler und Ausschussteile zu vermeiden.

Kontrolle

Automatic viscosity control is the gold ring that we’d all like to grab. Automatic viscosity control using conventional “grab and measure” monitoring with the Zahn cup is not possible, and laboratory instruments too fragile and fussy for shell room, in-drum service. True automatic slurry consistency control needs a stable, robust sensor that will not change its properties despite exposure to the abrasive,, rough-and-tumble world inside the slurry drum.

Der Rheonics SRV and SRD offer the stability needed for reliable automatic slurry viscosity and density control. Backed up by the Rheonics SlurryTrack predictive tracking control system, the tools are finally available to enable automatic slurry monitoring AND control.

Bei der Entwicklung des prädiktiven Tracking-Steuerungssystems SlurryTrack war das Feedback der Benutzer ein wesentlicher Bestandteil des Prozesses. Wir haben gelernt, dass die Viskosität von Schlämmen sehr langsam zunimmt. Daher muss jedes Kontrollsystem dies berücksichtigen. Wenn das System zur Steuerung der Schlammkonsistenz durch Verdünnung verwendet wird, ist dies wichtig hört niemals Geben Sie so viel Verdünnungsmittel hinzu, dass die Viskosität unter den zulässigen Mindestwert sinkt. Die Korrektur von überverdünnter Gülle erfordert möglicherweise eine Neuformulierung des gesamten Tankinhalts.

Um eine Überverdünnung zu verhindern, ist ein „konservativer“ Controller erforderlich, der keine Verdünnungen bei gelegentlichen Spitzen in den Sensormesswerten auslöst, sondern gespeicherte historische Daten nutzt, um zu beurteilen, ob und wann eine Verdünnung erforderlich ist. Und wenn es zu einer Verdünnung kommt, geschieht dies in kleinen, kleineren Portionen, die normalerweise zur manuellen Korrektur der Tankviskosität verwendet werden. Auf diese Weise kann das System die Reaktion des Tanks auf diese kleinen Zugaben messen und die Viskosität der Aufschlämmung in einem sehr engen Bereich halten, anstatt die Sprünge zu vermeiden, die auftreten, wenn große Mengen Verdünnungsmittel hinzugefügt werden, weil die neuesten Bechermesswerte eine zu hohe Viskosität anzeigen.

Die Technologie macht noch kleine Schritte. In den letzten Jahren haben wir ermutigende Berichte von Anwendern unseres Systems erhalten, die uns zu der Überzeugung veranlassen, dass eine vollständige Automatisierung des Rohbauraums in greifbare Nähe rückt. Aber wir befinden uns alle in einem Lernprojekt und dies wird das Thema des letzten Teils dieser Präsentation sein.

Abb. 4 zeigt, wie der SlurryTrack angeschlossen werden kann, um die Viskosität oder Dichte mithilfe eines Ventils zur Dosierung von Verdünnungsmitteln oder anderen Additiven zu steuern.

Reinigen Sensoren in einer anspruchsvollen Umgebung

Der Zweck von Schalenbauschlämmen besteht darin, an Wachsmodellen, einer schwierigen Oberfläche für, zu haften und eine gleichmäßige Beschichtung darauf zu bilden etwas to stick to. But a wax pattern only needs to survive one trip through the slurry tank – it eventually goes to pattern heaven when it makes room for the molten metal that is the point of the whole operation. A viscosity and density sensor generally has a surface more conducive to slurry adhesion than the wax of the pattern, and therein lies one of the biggest challenges to in-drum viscosity monitoring.

Detecting deposits on the sensor probe, and removing these deposits in an in-line process, has been one of the biggest challenges of implementing in-drum slurry monitoring. There are three main tasks to facing this challenge, which we will discuss individually:

1. Ablagerungen erkennen und entfernen
2. 2. Erkennen der Auswirkungen von Abrieb auf die langfristige Lebensdauer und Genauigkeit des Sensors.

Ablagerungen auf unseren Sensoren sind ein wichtiges und wiederkehrendes Problem. Viele der von uns hergestellten Sensoren werden in Beschichtungsprozessen eingesetzt, vom Drucken über die Lackierung bis hin zur Beschichtung von Batterieelektroden und natürlich beim Gehäusebau. Beschichtungsstoffe müssen haftfest sein – das ist ein zentraler Bestandteil ihrer Funktion. Wir haben versucht, einen Sensor zu bauen, der nie gereinigt werden muss, aber die von uns getesteten Antihaftbeschichtungen funktionierten nicht gut und waren nicht ausreichend haltbar. Deshalb haben wir uns darauf konzentriert, die Sensoren leicht zu reinigen. Aufgrund ihrer robusten Konstruktion und hermetischen Abdichtung sind sie sehr widerstandsfähig gegen Beschädigungen durch mechanische Reinigungsmethoden wie Hochdruckreinigung oder einfaches Abwischen mit einem Lappen. Darüber hinaus haben wir auf das Feedback der Bediener gehört und ihnen dabei geholfen, Standardarbeitsanweisungen zu entwickeln, die zu einem integralen Bestandteil ihres Prozesses werden.

Ablagerungen erkennen und entfernen

Der SRV-Viskositätssensor verfügt über eine in das SlurryTrack-System integrierte Selbstkontrollfunktion. Das SRV basiert auf einem Resonator, der in die Gülle eingetaucht ist. Wenn die Oberfläche des Resonators sauber ist, folgt seine Resonanzfrequenz in vorhersehbarer Weise dem Viskositätswert. Wenn sich diese Beziehung ändert, kann dies vom SlurryTrack erkannt werden und eine Warnung an den Bediener auslösen, dass eine Reinigung erforderlich ist.

Um einen Sensor zu reinigen, an dem sich nasser Schlamm angesammelt hat, genügt es normalerweise, ihn in einem Eimer mit klarem Wasser auszuwischen oder ihn mit einem Schlauch abzuwaschen. Je häufiger dieser Reinigungszyklus durchgeführt wird, desto geringer ist das Risiko, dass sich ein stark anhaftender Belag bildet, der stärkere Maßnahmen zu seiner Entfernung erfordert. Zu unserer großen Überraschung ist es einigen Betreibern gelungen, harte, hartnäckige Ablagerungen von Sensoren zu entfernen, die beim Beschichten mit Schlamm versehentlich trocknen gelassen wurden. Wir befürchteten, dass die Sensoren nicht mehr zu retten seien, aber die Benutzer stellten fest, dass selbst diese Ablagerungen entfernt werden konnten, ohne die Kalibrierung der Sensoren zu ändern!

Bei stark anhaftenden Ablagerungen, die sich mit einem Eimer Wasser nicht lösen lassen, kann das Abwaschen mit einem Hochdruckschlauch ausreichend sein. Wenn aus irgendeinem Grund Schlamm auf der Sonde eingetrocknet ist und nicht durch Waschen entfernt werden kann, ist möglicherweise eine chemische Entfernung erforderlich. Die Sonde besteht vollständig aus Edelstahl 316L und ist hermetisch abgedichtet, sodass sie nicht durch Chemikalien beeinträchtigt wird, die üblicherweise zur Entfernung dieser Ablagerungen von anderen Geräten verwendet werden.

Im Allgemeinen ist Vorbeugung die beste Heilung. Regelmäßiges und häufiges Waschen der Sonde reicht in der Regel aus, um die Bildung von Ablagerungen zu verhindern. Benutzer haben über kreative Lösungen für diese Aufgabe berichtet, darunter die Verwendung eines Roboterarms, um den Sinn regelmäßig zu entfernen und ihn in sauberem Wasser herumzuwirbeln. Aber jeder Ansatz zur periodischen, intermittierenden Reinigung belohnt die Bediener mit konsistenteren Schlammdaten, ohne dass durch Ablagerungen verursachte Datenabweichungen ausgeglichen werden müssen.

Schwierigkeiten bei der Erkennung von Ablagerungen auf SRD

Alle diese Maßnahmen zur Bewältigung von Ablagerungen kommen in Verbindung mit dem Dichte- und Viskositätssensor SRD gleich doppelt zum Tragen. Da der Sensor die Dichte durch eine Verringerung seiner Resonanzfrequenz misst, wenn die erhöhte Flüssigkeitsdichte den Sensor mit zusätzlicher Masse belastet, kann er die Bildung von Ablagerungen nicht von einem Anstieg der Dichte unterscheiden. Daher ist es wichtig, das SRD in kurzen Abständen zu reinigen und sicherzustellen, dass die Reinigungsmethode ausreichend ist, um die Dichtegenauigkeit beizubehalten.

Die Entwicklung und Anwendung von Reinigungsmethoden und -strategien ist ein fortlaufender Lernprozess, um trotz der Besonderheiten unterschiedlicher Schlammzusammensetzungen die bestmögliche Schlammkonsistenz zu erzielen. Von Anwendern erfahren wir, dass unterschiedliche Schlicker sehr unterschiedliche Haftungseigenschaften am Sensor haben. Einige sind klebrig und müssen häufig gereinigt werden; andere sind weniger haftend und Reinigungsintervalle von Stunden, Tagen oder sogar Wochen reichen aus, um weiterhin aussagekräftige und nützliche Daten vom System zu erhalten.

Prozessoptimierung: BVorteile der Unternehmensdatenerfassung

Kontinuierliche Überwachungoring allows long-term correlation of slurry properties with data on shell integrity and cast parts yield. This is only possible when the monitoring system is more stable than the shell building process itself – the more stable the system, the smaller the changes it can detect in slurry consistency. If the variation of the sensors’ response is larger than the changes in slurry consistency, you wind up monitoring the sensor rather than the slurry, which is kind of beside the point.

Long-term measurements of slurry consistency trends and their correlation with overall process efficiency and yield is only possible with automatic monitoring and logging systems, such as the SlurryTrack and its associated sensors. We foresee a time when this and similar systems will enable optimization not only of slurry stability, but also slurry formulations, since it will then be possible to “tweak” and maintain slurry composition with much finer granularity than is possible with Zahn cups or with periodic grab-and-lab slurry tests. And this brings us to the final part of this presentation — the role of community in the future of shell room automation.

Zukunftsaussichten

Der Zweck von Organisationen wie ICI besteht nicht nur darin, ein Forum für die Begegnung und Begrüßung unserer Investment-Casting-Kollegen zu bieten – sie fungieren auch als wesentliches Instrument für das gemeinschaftliche Lernen. ICI verwirklicht das Potenzial der Feinguss-Community als Ort des Erfahrungsaustauschs, der den allgemeinen Standard der Branche erhöht, von der Theorie bis zur täglichen Praxis. Je besser wir als Gemeinschaft abschneiden, desto besser sind die Erfolgschancen der einzelnen Mitglieder.

In diesem Sinne sind wir dieses Jahr hierher gekommen, wohl wissend, dass eine unserer Meinung nach großartige Technologie nur dann erfolgreich sein kann, wenn sie dazu beiträgt, die Arbeit eines Gießereibetriebs zu erleichtern und den Wert der Produkte und Prozesse der Branche auf dem Weltmarkt zu steigern.

Wir glauben an das Potenzial unserer Systeme, sowohl die Effizienz als auch die Qualität des Feingusses zu verbessern, aber wir brauchen Ihre Hilfe, um dieses Potenzial in die tägliche Realität umzusetzen. Wir möchten uns bei allen bedanken, die geduldig mit uns zusammengearbeitet haben, um diese Systeme im realen, produktiven Rohbaubetrieb zum Laufen zu bringen, und die ihre Erfahrungen und Daten großzügig mit uns geteilt haben, damit wir gemeinsam Lösungen entwickeln können, die für den täglichen Produktionsalltag wirklich funktionieren. Als Gegenleistung hoffen wir, den Handwerkern der Rohbauräume die Möglichkeit zu geben, sich auf den Bau der bestmöglichen Rohbauten zu konzentrieren, indem wir sie von der Komplexität der Güllemessungen und -stabilisierung entlasten.

Anerkennungen

Wir möchten den Benutzern des SlurryTrack für das sehr nützliche Feedback zu ihren Erfahrungen mit den Sensoren und dem System danken. Besonderer Dank geht an Mark Christensen von PCC Structurals für sein Feedback zu dieser Präsentation und dafür, dass er uns geholfen hat, einige der grundlegenden Probleme zu verstehen, die sich aus der Sicht eines Betreibers auf die Leistung dieser Systeme auswirken.