“Tragbarer Analysator für die Echtzeitanalyse und Kontrolle von gelöstem Wasserstoff in flüssigen Aluminiumlegierungen”
Die Kontrolle von gelöstem Wasserstoff in flüssigen Aluminiumlegierungen ist eine kritische Anforderung für die Aluminiumindustrie. Aluminiumproduzenten und Gießereien weltweit investieren erheblich in Kapitalausstattung, Verbrauchsmaterialien und Personal, um sicherzustellen, dass der Gehalt an gelöstem Wasserstoff innerhalb akzeptabler Grenzen liegt.
Wenn der Wasserstoffgehalt zu hoch ist, besteht während der Erstarrung die Gefahr der Bildung von Hohlräumen / Poren. Umgekehrt kann ein moderater Wasserstoffgehalt unter bestimmten Bedingungen wünschenswert sein, um der Schrumpfungsporosität entgegenzuwirken. Daher gibt es einen optimalen Wasserstoffgehalt, der idealerweise während des Gießens festgelegt und kontrolliert werden sollte. Obwohl gelöster Wasserstoff kritisch ist, wird die Porenbildung auch von mehreren anderen Faktoren beeinflusst, wobei der wichtigste die Schmelzereinheit ist, d.h. der Gehalt an Einschlüssen wie Metalloxiden.
Wasserstoffmessverfahren wie der „Unterdrucktest“ (Reduced Pressure Test) geben einen Hinweis auf die kombinierte Wirkung von Wasserstoffgehalt und Metallreinheit. Um jedoch den Wasserstoffgehalt spezifisch analysieren zu können, ist es notwendig, ihn direkt zu messen. Darüber hinaus ist es zur Kontrolle des Wasserstoffgehalts erforderlich, ihn präzise in Echtzeit zu messen.
“Die genaueste, zuverlässigste und kostengünstigste Lösung”
Messprinzip
Die Technologie basiert auf einem neuartigen Keramikmaterial (CaZrO3-In), das bei erhöhter Temperatur in der Lage ist, Wasserstoffionen zu leiten. Das Prinzip, wie dieses Material zur Messung der Wasserstoffkonzentration verwendet werden kann, ist unten dargestellt:
Oben ist ein undurchlässiger Abschnitt einer wasserstoffionenleitenden Keramik (grün) auf beiden Seiten mit Metallelektroden beschichtet. Die Konzentration der Elektronen ist auf der rechten Seite höher als auf der linken Seite aufgrund der höheren Wasserstoffkonzentration. Dies führt dazu, dass die rechte Seite gegenüber der linken Seite negativ geladen wird.
Wenn die Spannung über die Keramik bekannt ist und die Wasserstoffkonzentration auf einer Seite bekannt ist (die „Referenz“-Wasserstoffkonzentration), kann die Wasserstoffkonzentration auf der anderen Seite berechnet werden. Diese Art der Anordnung wird als „Wasserstoffkonzentrationszelle“ bezeichnet.
Um eine Wasserstoffkonzentrationszelle zur Wasserstoffmessung verwenden zu können, muss die Referenzwasserstoffkonzentration bekannt sein. Eine patentierte „Festkörper-Referenz“ (festes Material, das eine bekannte Wasserstoffkonzentration erzeugt) ist im Sensor versiegelt, um diese Referenz zu bewirken. Die Elektrode, die der Festkörper-Referenz ausgesetzt ist, ist somit die „Referenzelektrode“ und die Elektrode, die dem Messgas ausgesetzt ist, ist die „Messelektrode“.
Das folgende Schema zeigt die Anordnung der Sonde während der Messung der Wasserstoffkonzentration in geschmolzenem Aluminium. Am Ende der Sonde befindet sich eine poröse Diffusionsbarriere. Im Schmelzbad gelöster Wasserstoff tritt aus der Lösung aus, und das Wasserstoffgas bildet sich wie gezeigt in der Messkammer. Die Messelektrode einer Wasserstoffkonzentrationszelle ist diesem Gas ausgesetzt. Die Spannung der Wasserstoffkonzentrationszelle wird gemessen, und da die Referenzwasserstoffkonzentration bekannt ist, wird die Konzentration des Wasserstoffgases in der Messkammer berechnet.
Um die Wasserstoffkonzentration in der Schmelze zu ermitteln, muss die Löslichkeit von Wasserstoff bekannt sein. Die Löslichkeit von Wasserstoff in reinem Aluminium ist temperaturabhängig. Daher muss auch die Schmelztemperatur gemessen werden, um den Gehalt an gelöstem Wasserstoff zu berechnen.
Die Wasserstofflöslichkeit hängt auch von den Legierungskomponenten in der Schmelze ab. In dieser Hinsicht wird eine Anpassung der Löslichkeitsfaktoren innerhalb des Analysators vorgenommen, um dies entsprechend zu kompensieren.
Hycal-Geräte
Die Hycal-Gerätereihe wurde speziell entwickelt, um den unterschiedlichen Anforderungen verschiedener Produktionsumgebungen gerecht zu werden, von fortschrittlichen Herstellern von Walzbarren für die Luft- und Raumfahrt bis hin zu handwerklichen Gießereien.
Hycal Mk4
Tragbar.
Flaggschiff-Modell
Hycal 1000
Schalttafeleinbau.
Flaggschiffmodell
Hycal 100
Schalttafeleinbau.
Budget
Hycal 200
Schalttafeleinbau.
Doppelsonde
Hycal Mini
Kompakt.
Robust
Analysatorfunktionen
Überhaupt keine externen Anschlüsse erforderlich. Batteriebetrieben. Interne Gasflasche.
Hält rauen Arbeitsumgebungen stand (bis zu 70 °C).
Die mitgelieferte PC-Software ermöglicht die Anzeige und Steuerung jeder Funktion von einem entfernten Standort aus, z. B. der Leitwarte oder dem Büro.
Einfache Integration in ein bestehendes SCADA-System (MODBUS TCP-Protokoll).
Eine anspruchsvolle Benutzeroberfläche wurde speziell entwickelt, um die Anforderungen der Produktionsumgebung auf Bedienerebene zu erfüllen. Die Sicherheit wird durch zugangsbasierte Berechtigungen kontrolliert (Bediener / Manager / Ingenieur).
Die ausgeklügelte On-Board-Diagnose (OBD) überwacht ständig die Sondenimpedanz, die Durchflussrate und den internen Druck usw. und gibt die entsprechende Alarmmeldung mit Lösungsvorschlägen aus, falls ein Problem auftritt – z. B. die Aufforderung zum Sondenwechsel, wenn die maximale Nutzung erkannt wurde.
Kann zur Steuerung des Wasserstoffs während eines 'Entgasungs'- oder 'Begasungs'-Verfahrens verwendet werden. Anstatt eine Behandlung für eine festgelegte Zeit durchzuführen, ist es mit Hycal möglich, einen Sollwert in Bezug auf den Wasserstoffgehalt zu definieren.
Geführte Messung
In enger Zusammenarbeit mit Endbenutzern und Partnern hat EMC eine ausgeklügelte optionale Benutzeroberfläche entwickelt, die den Bediener durch eine Reihe von 'Schritten' führt, von der Auswahl der Legierung und Chargennummer bis hin zum Endergebnis, das einen gemittelten Wasserstoffwert sowie weitere statistische Daten wie die Spanne (Maximal- minus Minimalwert), die Analysezeit und den Temperaturbereich während der Analyse usw. ausgibt und protokolliert.
PC-Software
Die Daten im Hycal werden in einem geschützten Format gespeichert, sodass nur validierte Daten in die PC-Software importiert werden können, was die Sicherheit der Datenarchivierung gewährleistet.
Die Software ist sehr einfach zu bedienen. Alle Daten von mehreren Analysatoren und Sonden können über den Schmelzcode und die Chargennummer, die Sondennummer usw. durchsucht und anschließend gefiltert werden. Es kann entweder ein grafischer (siehe unten) oder ein Tabellenbericht generiert werden.
