KELLER Home » ITS » Aplicações » Fundição » Precisão na medição da temperatura no vazamento de metal líquido

O efeito da temperatura no processo

Manter na fundição a correta temperatura do processo é um fator decisivo na produção de peças de alta qualidade. Um metal fundido com temperatura excessiva pode danificar os moldes de areia. Uma temperatura muito baixa irá resultar em baixa fluidez. Especialmente peças de metal fundido com muitos detalhes exigem temperaturas de fundição precisamente controladas. A massa fundida que não estiver suficientemente quente irá apresentar um fluxo pobre de metal no interior nas passagens complexas do molde e pode resultar na formação de bolhas ou cavidades. A temperatura de vazamento também tem um impacto sobre as propriedades físicas resultantes da peça. Os problemas frequentemente irão surgir durante processos subsequentes como soldagem ou usinagem. Pior ainda, quando as falhas não são identificadas até que as peças fundidas sejam montadas em outros produtos. As temperaturas de processo incorretas irão produzir peças que quebram ou se desgastam prematuramente devido à fadiga do material.

Uma estrita conformidade com os parâmetros do processo é, portanto de extrema importância e isso exige um monitoramento preciso da temperatura e seu controle. Esta é a única maneira de assegurar que as propriedades desejadas dos materiais serão alcançadas. Reduzir o número de rejeitos e produtos defeituosos vai economizar custos e evitar reclamações de responsabilidade posteriores.


Medição de temperatura usando um termopar

Fig. 1: Medição de temperatura usando um termopar
Fig. 1: Medição de temperatura usando um termopar
O processo de vazamento deve começar imediatamente após a temperatura do metal fundido tenha sido detectada dentro da panela. Interferências na linha de fundição (que ocorrem com bastante frequência) causam paradas e atrasos na programação. O fundidor realiza uma verificação visual rápida e então decide se continua o processo. Com base na cor e características de fluxo, o metal fundido restante na panela será reaquecido no forno ou os produtos vazados nesta corrida serão designados como potencial refugo ou sucata.

Em linhas de fundição totalmente automatizadas, o processo não pode simplesmente parar. Quando ocorre uma interrupção, as peças fundidas subsequentes a esta, serão marcadas de modo que os produtos possam ser inspecionados posteriormente para avaliar as suas propriedades e possibilidade de uso.

Devido ao lapso de tempo entre uma medição por imersão e o instante em que um molde é preenchido, uma fundição não terá qualquer prova da temperatura exata em que o metal foi vazado. 


Vantagens da medição de temperatura sem contato

Um pirômetro detecta a radiação infravermelha emitida pela superfície de um objeto e produz uma leitura de temperatura. Semelhante a uma câmera, a óptica de precisão do pirômetro incide sobre o objeto a ser medido, e indica a posição e tamanho exato do alvo. O pirômetro pode assim ser instalado a uma distância segura do alvo.

Um pirômetro não tem peças sujeitas a desgaste, portanto, uma fundição não incorrerá em quaisquer custos operacionais para peças de reposição descartáveis. Um pirômetro baseado na técnica de razão de duas cores produz resultados de medição altamente confiáveis, mesmo quando o pó ou fumaça obstruem o campo de visão do pirômetro. Um pirômetro detecta a energia infravermelha em dois comprimentos de onda diferentes e produz as leituras de temperatura com base na relação destas duas intensidades. O método da razão produz dados precisos de temperatura, mesmo a atenuação do sinal de até 90%. A temperatura do ferro fundido é medida num ponto crucial para o processo de fundição: exatamente quando o metal é vazado dentro do molde (foto 2). As funções pirômetro são independentes e deste modo a precisão dos dados de temperatura não está sujeita à percepção ou a precisão do empregado na realização da medição. 


Fig. 2: O pirômetro detecta a temperatura no momento em que o metal é vazado
Fig. 2: O pirômetro detecta a temperatura no momento em que o metal é vazado

Novo sistema de medição com área retangular

Por mais de 40 anos, a Divisão MSR da KELLER HCW GmbH tem sido desenvolvido instrumentos e fabricando equipamentos para medição de temperatura sem contato. Pirômetros convencionais normalmente detectam a temperatura em um ponto específico. Em uma fundição, a posição de fluxo irá variar conforme o metal fundido é vazado no molde. Especialmente quando vazado a partir de uma panela, o fluxo de metal líquido irá variar, dependendo do ângulo de inclinação da panela. Em linhas de moldagem automatizadas, um sifão entupido irá também alterar a posição do fluxo de fluidez.

O sistema CellaCast baseia-se num novo conceito de pirômetro de duas cores, a PA CellaTemp 83. Este pirômetro dispõe de um sistema óptico único com uma área de medição retangular, em vez de um alvo redondo. O fluxo de metal fundido pode mover-se dentro da zona de medição (foto 3).


Fig. 3: A posição do fluxo de metal fundido pode variar dentro do campo de visão do pirômetro
Fig. 3: A posição do fluxo de metal fundido pode variar dentro do campo de visão do pirômetro

O pirômetro CellaTemp PA 83 pode ser equipado com uma das três opções de lentes (padrão, telefoto ou grande-angular) para atender perfeitamente a aplicação. O requisito de lente vai depender do diâmetro do fluxo e da distância entre o sensor e o alvo. Com a ajuda do alvo retangular no campo de visão, torna-se fácil captar o fluxo de vazamento (foto 4).


Fig. 4: CellaTemp PA 83 captura o alvo através da lente de observação e um alvo de visão retangular
Fig. 4: CellaTemp PA 83 captura o alvo através da lente de observação e um alvo de visão retangular

A função inteligente ATD (Detecção Automatica de Temperatura), permite ao CellaTemp PA 83 detectar a temperatura correta, independentemente da posição do fluxo vazamento. A função ATD identifica automaticamente quando o fluxo inicia e começa a medir neste momento. Graças a ATD, interferências, tais como fogo ou gotejamento metal fundido não impedirão o sinal ou prejudicarão a medição. Depois de cada vazamento, uma leitura de temperatura é exibida para cada molde vazado/preenchido. Este sistema garante que as temperaturas são continuamente detectadas e os dados são salvos para cada peça vazada.

O operador de fundição pode visualizar instantaneamente leituras de temperatura em um display de campo e/ou em um monitor dentro da sala de controle. Como opção, um sinal de alarme visual pode indicar violações de limites de temperatura. O sistema CellaCast pode ser fornecido com um painel de controle que pode ser personalizado-configurado com parâmetros específicos para várias tipos de metal fundidos.

Quando a temperatura mínima de processo for atingida, o operador pode parar imediatamente o processo de vazamento. Deste modo, a fundição minimiza a quantidade de sucata, rejeitos e peças frias. O pirômetro apresenta uma interface serial, permitindo que os dados de temperatura sejam salvos em um PC ou gravado através de um sistema de aquisição de dados. O escopo de fornecimento inclui o software CellaMevis que fornece imagens gráficas “on-line” de dados de medição em um PC. Uma função de gravação automática armazena dados em intervalos periódicos com um data e horário. (Foto 5).


Fig. 5: Gráfico de dados de medição de duas panelas de fundição, cada ponto representa um molde vazado
Fig. 5: Gráfico de dados de medição de duas panelas de fundição, cada ponto representa um molde vazado
Fig. 6: Suporte mecânico para proteção do Sistema CellaCast
Fig. 6: Suporte mecânico para proteção do Sistema CellaCast
O sistema CellaCast também vem com um suporte mecânico extremamente robusto de proteção para permitir a instalação em ambientes agressivos. (Foto 6).













Pontos de medição sem contacto

A aplicação mais comum para a detecção da temperatura CellaCast é quando o molde está sendo preenchido, seja diretamente da panela ou em uma linha de vazamento automatizada (Foto 7). Outro uso frequente é a monitoração contínua de temperatura em um alto forno. Em contraste, a medição de imersão no canal de vazamento geralmente é realizada em intervalos grandes, o que torna impossível para um trabalhador de fundição de reagir às mudanças indesejadas na temperatura, assim que eles ocorram. Um pirômetro mede continuamente, sem interrupção, permitindo a um operador intervir imediatamente, se necessário. Assim, com o uso de um pirômetro, grandes flutuações de temperatura, podem ser evitadas e resultados uniformes podem ser alcançados e verificados.


Fig. 7: Ponto de medição para um pirômetro em uma linha de fundição automatizada
Fig. 7: Ponto de medição para um pirômetro em uma linha de fundição automatizada

Conclusão

CellaCast é um sistema inovador que proporciona para fundições a capacidade de monitorar e documentar continuamente as temperaturas do processo. O sistema CellaCast poupa custos operacionais por ser um sistema não descartável, melhora e facilita a garantia de qualidade, de modo que as fundições pode manter o ritmo com as crescentes demandas com a qualidade do produto.


Aplicações

Precisão na medição da temperatura no vazamento de metal líquido

 
A temperatura é um dos parâmetros de processo mais importantes no processo de fundição. Monitorar e controlar a temperatura do metal líquido é essencial para obter peças fundidas que apresentem as propriedades físicas desejadas, tais como resistência à tração. CellaCast, um sistema de medição de temperatura sem contato recém-desenvolvido, detecta a temperatura de vazamento para cada molde, proporcionando total rastreabilidade de cada produto fundido e cria uma evidência documentada de conformidade com os requisitos. A redução de refugos no processo e uma diminuição no número de termopares necessários conduzem a uma redução nos custos operacionais.
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