26/31 Solidiiikation of :VIetals and Alloys, :'li o 26, 1996 Kr?.epnięcie Metali i Stopów, Nr 26, 1996 P..\.N - Oddzial Katowice PL ISSN H20!

Transkrypt

1 26/31 Soidiiikation of :VIetas and Aoys, :'i o 26, 1996 Kr?.epnięcie Metai i Stopów, Nr 26, 1996 P..\.N - Oddzia Katowice PL ISSN H20!-9386 OKREŚLENIE WILGOTNOŚCI MAS FORMIERSKICH PRZY ZASTOSOWANIU NAGRZEWANIA MIKROFALOWEGO PIGIEL Miro sław Poitechnika Wr o cławska, u. Łukasiew icza 3/5, Wrocław Streszczenie Omówiono badania wstępne okreśania wigotności mas formierskich z zastosowaniem nagrzewania mikrofaowego. Zbudowano i przebadano specjaną komorę mikrofaową z rodzajem poa EO!, wykorzystując mikrofaowe nagrzewanie. Zaprojektowano i zbudowano prototyp urządzenia z mikroprocesorowym sterownikiem do automatycznego okreśania wigotności mas formierskich. WSTĘP W przemy ś e odewniczym bardzo istotne jest szybkie i dokładne okreśanie wigotności masy formierskiej. Powszechnie znane, pośrednie metody szybkiego pomiaru wigotności wzgędnej zaeżne są od stopnia zag ęszczenia badanej próbki (metoda utradźwiękowa i pomiaru wysokości zagęszczonej próbki), ziarnistości i rodzaju piasku kwarcowego, rodzaju i iości episzcza oraz innych dodatków. Grawimetryczna metoda okreśania wigotności nie posiada wyżej wymienionych wad, jest metodą dokładną, ecz wymaga długiego wygrzewania mieszaniny ceem odparowania zawartej w niej wody. Datego też podjęto próby szybkiego suszenia mas formierskich z zastosowaniem grzania mikrofaowego. W Zakładzie Odewnictwa Instytutu Technoogii Maszyn i Automatyzacji Poitechniki Wr o cławskiej, przy współpracy z " Pazmatroniką service" we Wrocławiu, zostało opracowane wykonane prototypowe urządzenie do automatycznego okre śania wigotności,

2 240 wykorzystując mikrofaowe nagrzewanie z jednoczesnym ciągłym mierzeniem ciężaru. Mikroprocesorowy sterownik miernika ma za zadanie sterowanie systemem pomiarowym (temperatura, moc grzania), obiczenie wigotności wzgędnej oraz komunikację z obsługą urządzenia.. Badanie wstępne suszenia mikrofaowego Próby szybkiego suszenia mas formierskich w ciśnieniu atmosferycznym przeprowadzono w kuchni mikrofaowej z magnetronem fai ciągłej typu MI 50. Energię mikrofaową generowaną przez magnetron wprowadzano do wnęki grzewczej za pośrednictwem faowodu WR-26. Wewnątrz wnęki grzewczej znajdował się tefonowy taerzyk, mechanicznie sprzężony z wagą cyfrową :MEDICAT typ 160M z wyświetaczem cyfrowym. Zastosowano specjane dławiki mikrofaowe, które eiminowały "wycieki" energii mikrofaowej na zewnątrz (poprzez mechanizm sprzęgający wagę z taerzykiem tefonowym). Do kontroi poziomu gęstości mikrofa w pomieszczeniu stosowano wskażnik promieniowania mikrofaowego produkcji PWPN-T PLAZMATRONIKA oraz miernik promieniowania typu MES- produkcji Instytutu Technoogii Eektronowej Poitechniki Wrocławskiej. W komorze grzejnej urniesczano próbki o masie 50-60g. Po włączeniu generatora mikrofaowego mierzono masę próbki po 10,30,60,90,120, ISO i!80s. Niektóre z wyników badan procesu suszenia mas przy sposób graficzny na rysunku. Tabea : zastosowaniu grzania mikrofaowego przedstawiono w tabei nr i w ciężar próbki masa I masa II masa III masa IV masa V w czasie IDo 54,33 55,21 52,81 52,20 52,47 m O 54,29 55,20 52,80 52,19 52,46 ffi30 53,45 54,73 52,49 51,86 52, 18 16o 52,52 53,51 51,54 51,29 51,66 figo 52,27 53,33 51,27 51,06 51,45 m120 52,18 53,27 51,16 50,93 51,35 m 50 52,13 53,21 51,10 50,87 51,35 mio 52,10 53,20 51,08 50,83 51,33 wigom. grzanie 4,05 3,62 3,33 2,60 2,17 mikrofa-.f%1 wigom. met.ab.f%1 4,08 3,59 3,35 2,

3 A m --m {%] t ( s ] Rys.. Pomiar wigotności w funkcji czasu suszenia Fig.. Moisture measurement versus drying time Skład mas formierskich był następujący. Osnowę stanowił piasek kwarcowy "Grudzeń - Las" : - masa - O - bentonit "Miowice- Zębiec" 6%, pył węgowy 2%, piasek kwarcowy 92%, wigotność 4,05%; - masa - O -bentonit "Miowice-Zębiec " 6%, dekstryna 2%, piasek kwarcowy 92%, wigotność 3,62%; - masa - d - ginka GM3 8%, pył węgowy 2%, piasek kwarcowy 90%, wigotność 3,33%; - masa - * - bentonit "Miow i ce-zębiec" 6%, sadza 2%, piasek kwarcowy 92%, wigotność 2,60%; - masa - ó. - ginka GMJ 8%, dekstryna 2%, piasek kwarcowy 90%, wigotność 2, 17%. Projekt urządzenia, badania i jego budowę wykonano przy współpracy z firmą "Piazmatronika service" s.c., u. Osobowieka 70, Wro cław. Z przeprowadzonych pomiarów wynika, że po czasie grzania ok Os nie występują zauważane zmiany ubytku masy badanych próbek. W tym czasie energia mikrofa jest wykorzystana do nagrzewania próbki od temperatury otoczenia do temperatury wrzenia wody. Po tym czasie rozpoczyna się intensywne parowanie wody powodujące gwałtowny ubytek masy próbek. Proces ten wyraźnie zwania s ię po czasie nagrzewania s. Po upływie czasu s ubytki masy próbek są już bardzo małe i praktycznie nierejestrowane za pomocą wagi o czułości O,Og.

4 242 Naeży podkreśić, iż mimo różnej początkowej wigotności wzgędnej badanych mas formierskich, przebieg krzywych iustrujących zmiany masy próbek w funkcji czasu był zawsze bardzo podobny. Uzyskana, bardzo dobra powtarzaność wyników pozwaa preyjąć, że wszystkie wyniki pomiarów są obarczone błędem pomiarowym mniejszym niż O, %. 2. Budowa automatycznego miernika do pomiaru wigotności mas formierskich Optymistyczne wyniki pomiarów wigotności mas formierskich z zastosowaniem nagrzewania mikrofaowego skłoniły autora artykułu do wystąpienia do Komitetu Badań Naukowych o przymanie funduszy na budowę i badania prototypu automatycznego miernika do pomiaru wigotności materiałów sypkich W pierwszym etapie została opracowana i wykonana specjana komora grzewcza, w której rezonator mikrafuowy pozwaa na taki rozkład poa (przy odpowiedniej mocy), który zagwarantuje sine sprzężenie z badaną próbką i szybkie jej wysuszenie Projekt i badania komory mikrofuowej Założono, że komora mikrofaowa będzie miała kształt waca o okreśonej średnicy i wysokości Jej średnica musi mieć taką wiekość, aby w jej wnętrzu mógł wzbudzić się tyko jeden rodzaj poa EO. Warunek ten będzie spełniony, Jeżei długość fui A. f w komorze spełni warunek (.) gdzie: A f - długość fai w komorze mo d u EO 11, A CEOII -graniczna długość fai da mo d u EO 11, A cwo - graniema długość fui da modu EO, który jest rodzajem najniższym., wyższym od roboczego modu komory. Warunek (1.1) da średnicy D komory rezonansowej ma postać ~D<-;=====< D ( 1.2) 2 ( 2A )z ;D gdzie: A. o- 122,36 [mm]- długość fai w wonej przestrzeni odpowiadająca częstotiwości drgań f= 2,45 Ghz przyznanej normą da zastosowań przemysłowych.

5 Przekształcając wzór (1.2), zakres wartości średnicy D [mm) wynosi: 01,38 <D< 257,36 (1.3) Uwzgędniając wymiary typowych naczyniek grawimetrycznych i założenia konstrukcyjne dotyczące szaki wagi eektronicmej, a także rozrzut parametrów typowych produkowanych magnetronów, przyjęto średnicę komory mikrofaowej D= 160 mm. Wysokość rezonatora h obiczono z zaeżności 243 (1.4) gdzie: Xot - pierwiastek funkcji Bessea pierwszego rodzaju. Przekształcając zaeżność (1.4) otrzymuje się wzór na wysoko ść rezonatora h De h= ----r=~~== 2 (JD) - ( c~x O r (1.5) gdzie: C = 3 x prędkość światła. Przyjmując D= 160 mm i f= 2,45 GHz, otrzymujemy h= 75,5 [mm). P rzyjęto następujące wymiary komory mikrofaowej: - średnica D = 160 mm, -wysokość h = 17,5 mm. Na rysunku 2 pokazano szkic komory mikrofaowej wraz z zamknięciem za pomocą dławika toroidanego. Tego rodzaju zamknięcie zapewnia minimaizację "wycieku" energii mikrofaowej na zewnątrz komory. ' D - "Z <' s s?o/4.c. Rys. 2. Schemat komory mikrofaowej i jej zamknięcia Fig. 2. Schematic diagram ofmicrowave chamber and its cosure

6 Badania testujące mode komory mikrofaowej Na rysunku 3 przedstawiono schemat bokowy układu pomiarowego. Do pomiarów testujących zastosowano generator mikrofa MPC-01 produkcji Pazmatroniki-Wrocław, miernik gęstości strumienia mocy mikrofaowej MES-I wraz z sondą typu AS- produkcji Poitechniki Wrocławskiej oraz zestaw antenek prętowych o średnicy 8 mm i różnych długościach. Do pomiaru temperatury użyto detektora promieniowania podczerwonego IRM firmy COLE PARMER. gen er. ikrofo o 600[ tor komora Rys. 3. Schemat bokowy układu pomiarowego Fig. 3. Fow diagram ofmeasuring system Pomiary szczeności dławika tłumiącego "wycieki" mikrofa na zewnątrz komory wykazały, że obszar gęstości mocy o poziomie nie większym niż W 1m 2 przyjmuje kształt torusu wokół dławika, którego promień powierzchni nieprzekracza 00 mm. Dobrano takte właściwą długość antenki prętowej (L = 15 mm}, która to zapewnia największą gęstość natężenia poa oraz największy przyrost temperatury. Dobrano również optymaną wysokość ułożenia tacki pomiarowej w komorze mikrofaowej, która to zapewnia równomierny rozkład temperatury na całej powierzchni badanego materiału. Do badań użyto wigotnego piasku kwarcowego oraz specjanej tacki tefonowej z kropami wody [4] Automatyczny miernik do pomiaru wigotności mas ormierskich Zaprojektowane i wykonane automatyczne urządzenie do pomiaru wigotności mas formierskich przedstawione jest na rysunku 4. Do podstawy obudowy 2 urządzenia przymocowana jest waga anaityczna 3, transfonnator 4, eementy zasiania 5 generatora mikrofaowego 6 oraz poszycie przewodów sterowniczozasiających. W części środkowej urządzenia zamocowane są zespoły : faowodu 7 z zespołem antenowym 8, generator mikrofaowy 6 oraz komora mikrofaowa 9 z umieszczoną w jej wnętrzu szaką pomiarową O. Zespół antenowy 8 wraz z szaką pomiarową O pełni funkcję

7 245 Rys. 4. Automatyczne urządzenie do okreśania wigotności mas formierskich Fig. 4. Automatic device for moisture determination ofmouding materias szaki wagi anaitycznej 3 i anteny. Dławiki mikrofaowe 11 i 12 zabezpieczają przed,.wyciekami" mikrofa z faowodu 7 i komory mikrofaowej 9. Zaprojektowano i wykonano układ przewietrzania komory mikrofaowej. Do tego ceu wykorzystano powietrze chłodzące generator mikrofaowy przez wentyator 13, tworząc system szczein da ukierunkowania strumienia powietrza do wnętrza komory. Do pomiaru temperatury zastosowano czujnik optyczny 14 osadzony w gnieździe 15 spełniającym jednocześnie roę dławika mikrofaowego. Miernik czujnika temperatury jest przymocowany na zewnątrz do obudowy urządzenia. urządzenie ustawione jest na śrubach 16 umotiwiających jego wypoziomjwanie. Zmiany ubytków wagi badanej masy formierskiej można obserwować w trakcie trwania procesu suszenia na płycie czołowej 17 wagi anaitycznej. Z urządzeniem połączona jest konsoa sterownika 18 wypasatona w procesor 80C31. Konsoa sterownika umotiwia komunikację obsługi z urządzeniem za pomocą przycisków 19 oraz odczyt komunikatów i wigotności na wyświetaczu 20. Badania pracy urządzenia oraz czasów porruarow wigotności różnych mas formierskich nie zostały do momentu wysłania artykułu wykonane. Wyrtiki tych badań autor przedstawi w czasie wygłaszania referatu w trakcie konferencji Całe

8 246 DETERMINATION OF MOULDING MATERIALS MOISTURE BY APPLICATION OF MICROWAVE HEATING Preiminary investigations of mouding materias moisture determination with appication of microwave heating were discussed. Specia microwave heating chamber with EO! fied was buid and tested. Appying microwave heating there was designed and buit prototype o f device with microprocessor controer for moisture automatic ceterminarion o f mouding materias. LITERATURA (!] LWIN R, SUSK.I M.: Technika mikrofaowa, Warszawa, [2] PUESCHNER H. : Nagrev energiej sverchvysokich castos, Moskva, tłumaczenie z angieskiego. (3] SAMSONOWICZ z., PIGIEL M., MIKULCZYŃSK.I T.: Komputerowe wspomaganie zautomatyzowanych procesów odewniczych. Część, s Pracę wykonano w Zakładzie Odewnictwa ITMiA Poitechniki Wrocławskiej, Wrocław Praca niepubikowana. [4] PIGIEL M.. : Opracowanie mikrofaowego pomiaru wigotności materiałów sypkich, Konferencja "Granty-Automatyka '95", s.37-41, Warszawa 1995.