Płynne aluminium nie wybacza przypadkowych czujników. Jak dobrać rozwiązanie do trudnych warunków odlewniczych?

Pomiar temperatury w przemyśle wydaje się zadaniem stosunkowo prostym. Do momentu, kiedy czujnik trzeba zanurzyć bezpośrednio w ciekłym aluminium.

Wtedy zaczynają się zupełnie inne wymagania.

Aluminium topi się w temperaturze około 660°C, a rzeczywista temperatura procesu jest oczywiście wyższa i zależy od rodzaju stopu oraz technologii. Samo środowisko jest dla czujnika bardzo wymagające: wysoka temperatura, agresywne oddziaływanie ciekłego metalu, nagłe zmiany temperatury, korozja, osady i szok termiczny powodują, że niewłaściwie dobrana osłona może ulegać szybkiemu zużyciu.

Dlatego w takich zastosowaniach nie wystarczy odpowiedzieć na pytanie: „Jakiej termopary potrzebujemy?”

Znacznie ważniejsze jest: „Jak powinien być zbudowany cały czujnik, aby prawidłowo i możliwie długo pracował w konkretnym procesie?”

Doświadczenie ma znaczenie. CZAH-POMIAR od wielu lat produkuje specjalistyczne czujniki temperatury przeznaczone między innymi do pomiaru ciekłych stopów metali. Nasze czujniki pracują w wielu polskich i europejskich odlewniach aluminium, dzięki czemu dysponujemy praktycznym doświadczeniem w doborze konstrukcji do bardzo różnych warunków technologicznych.

I właśnie doświadczenie pokazuje, że nie istnieje jeden uniwersalny czujnik odpowiedni do każdej odlewni i każdego procesu.

Przy jego doborze znaczenie mogą mieć między innymi:

• rodzaj mierzonego stopu,
• temperatura procesu,
• głębokość zanurzenia czujnika,
• częstotliwość zmian temperatury,
• sposób i częstotliwość zanurzania,
• dostępna przestrzeń,
• sposób mocowania,
• wymagana szybkość reakcji,
• oczekiwana trwałość,
• materiał osłony ochronnej.

Dlatego czujniki przeznaczone do ciekłego aluminium mogą mieć bardzo różne konstrukcje.

 

Prosty czy kątowy? Krótki czy długi? Czujnik powinien być dopasowany do stanowiska pomiarowego, a nie odwrotnie. CZAH-POMIAR może wykonać czujniki między innymi jako:

• proste lub kątowe,
• o różnych długościach części zanurzeniowej,
• z różnymi średnicami osłon,
• z odpowiednio dobranym sposobem mocowania,
• z różnymi głowicami i przyłączami.

W zależności od wymagań stosowane mogą być termopary typu K (NiCr-NiAl), pojedyncze lub podwójne. Wykonanie podwójne może być przydatne tam, gdzie potrzebna jest redundancja pomiaru albo niezależne przekazanie sygnału do dwóch układów.

Ale sam element pomiarowy to tylko część całego rozwiązania.

Osłona często decyduje o trwałości czujnika

W przypadku bezpośredniego kontaktu z ciekłym aluminium kluczowym elementem jest osłona chroniąca termoparę. CZAH-POMIAR może dostarczać rozwiązania z różnymi materiałami osłonowymi, w tym między innymi SiC oraz SIALON. Węglik krzemu SiC jest od wielu lat stosowany w aplikacjach wysokotemperaturowych i w wielu przypadkach może być właściwym rozwiązaniem. Jednak w szczególnie wymagających zastosowaniach związanych z ciekłym aluminium bardzo interesującym materiałem jest SIALON.

Dlaczego SIALON?

SIALON to zaawansowana ceramika konstrukcyjna oparta na układzie krzem–aluminium–tlen–azot, wywodząca się z ceramik azotku krzemu. Materiał ten łączy kilka właściwości szczególnie istotnych w przemyśle odlewniczym:

wysoką wytrzymałość mechaniczną,
bardzo dobrą odporność na szok termiczny,
odporność na korozję,
odporność na działanie ciekłych metali nieżelaznych,
małą zwilżalność przez ciekłe aluminium.

To właśnie ta kombinacja powoduje, że SIALON jest powszechnie stosowany na osłony termopar pracujących w ciekłym aluminium i innych metalach nieżelaznych. W zależności od gatunku materiału i warunków środowiskowych osłony tego typu mogą pracować w bardzo wysokich temperaturach, nawet znacznie przekraczających temperatury typowe dla procesów aluminiowych.

Szok termiczny to jeden z największych problemów

W wielu aplikacjach czujnik przechodzi w krótkim czasie z temperatury otoczenia do temperatury ciekłego metalu. Następnie jest wyjmowany, chłodzony i ponownie zanurzany. Cykl powtarza się wielokrotnie. To bardzo duże obciążenie dla materiału osłony. Zaawansowane ceramiki na bazie azotku krzemu oraz SIALON charakteryzują się wysoką odpornością na takie gwałtowne zmiany temperatury. Dla wybranych materiałów spotykane są deklarowane wartości odporności na szok termiczny rzędu kilkuset stopni ΔT. W praktyce ma to ogromne znaczenie dla trwałości czujnika.

Mniej przywierającego aluminium to łatwiejsza obsługa.

W odlewni ważna jest nie tylko odporność osłony na temperaturę.

Liczy się również to, co dzieje się z jej powierzchnią podczas długotrwałego użytkowania. SIALON oraz zaawansowane ceramiki azotku krzemu charakteryzują się niewielką zwilżalnością przez ciekłe aluminium. W praktyce oznacza to ograniczoną tendencję do przywierania metalu i narastania osadów. Może to ułatwić czyszczenie osłony, ograniczyć konieczność konserwacji i pozwolić na dłuższe wykorzystanie czujnika. To szczególnie istotne w procesach ciągłych, w których każda wymiana czujnika lub konieczność jego obsługi oznacza dodatkowy czas i koszt.

 

SiC czy SIALON?

Nie ma jednej odpowiedzi właściwej dla każdej aplikacji. Osłony SiC mogą być dobrym i ekonomicznie uzasadnionym rozwiązaniem w wielu zastosowaniach. Natomiast w środowiskach szczególnie wymagających — przy długotrwałym kontakcie z ciekłym aluminium, dużej liczbie cykli cieplnych, wysokich wymaganiach dotyczących trwałości oraz problemach z osadami — SIALON może zapewniać znaczące korzyści eksploatacyjne.

Dlatego nie chodzi o to, aby w każdej instalacji zastosować najdroższy materiał.

Chodzi o to, aby zastosować materiał właściwy do danego procesu.

A co z trwałością?

W przypadku wysokiej jakości osłon z azotku krzemu i SIALON można spotkać dane dotyczące wielomiesięcznej pracy w kontakcie z ciekłym aluminium, a w określonych aplikacjach również okresów przekraczających rok. Nie należy jednak traktować jednej wartości trwałości jako uniwersalnej dla wszystkich czujników.

Na rzeczywistą żywotność wpływają między innymi:

• skład stopu,
• temperatura pracy,
• sposób zanurzania,
• liczba cykli cieplnych,
• oddziaływania mechaniczne,
• sposób czyszczenia,
• głębokość zanurzenia,
• konstrukcja stanowiska,
• jakość i gatunek materiału osłony.
• Kultura obsługi przez osoby pracujące bezpośrednio przy odlewaniu

Dlatego w CZAH-POMIAR patrzymy na całą aplikację, a nie tylko na jeden parametr katalogowy.

Czasami standard wystarczy. Czasami czujnik trzeba opracować od początku. Jedną z największych zalet własnej produkcji jest możliwość dopasowania konstrukcji do rzeczywistych potrzeb użytkownika.

 

Możemy zmienić między innymi:

długość czujnika • długość zanurzeniową • średnicę osłony • konstrukcję prostą lub kątową • rodzaj termopary • wykonanie pojedyncze lub podwójne • materiał osłony • rodzaj głowicy • sposób mocowania

Możemy również przeanalizować rozwiązanie, które już pracuje u klienta.

Jeżeli obecnie stosowany czujnik:

• ma zbyt krótką żywotność,
• często ulega uszkodzeniu,
• jest niewygodny w montażu,
• wymaga częstego czyszczenia,
• ma niewłaściwe wymiary,
• nie zapewnia oczekiwanej stabilności pomiaru,

nie zawsze najlepszym rozwiązaniem jest zakup kolejnego identycznego egzemplarza.

Czasami warto zmienić konstrukcję.

Zacznijmy od aplikacji, nie od symbolu czujnika. Do rozpoczęcia rozmowy nie potrzebujemy kompletnego projektu ani dokładnego symbolu wyrobu. Często wystarczy kilka podstawowych informacji:

Co mierzymy?
Jaka jest temperatura procesu?
Jak głęboko zanurzany jest czujnik?
Jak często pracuje?
Jak wygląda obecne rozwiązanie?
Jaki problem występuje najczęściej?

Bardzo pomocne może być również zdjęcie obecnego czujnika, stanowiska pomiarowego albo prosty rysunek z podstawowymi wymiarami.

Na tej podstawie inżynierowie CZAH-POMIAR mogą przeanalizować aplikację, zaproponować odpowiednią konstrukcję albo opracować wykonanie specjalne.

Pomiar ciekłego aluminium jest trudny. Czujnik nie musi być przypadkowy.

Jeżeli poszukują Państwo czujnika temperatury do pieca, wanny, kadzi, rynny transportowej, stanowiska odlewniczego lub innego miejsca, w którym prowadzony jest pomiar ciekłego aluminium, zapraszamy do kontaktu.

Nie trzeba zaczynać od gotowego symbolu.

Można zacząć od problemu, który trzeba rozwiązać.

Nasi inżynierowie pomogą dobrać rozwiązanie odpowiednie do konkretnej aplikacji.