Investigation of complex permittivity spectra of foundry sands

Titelangaben

Bifano, Luca ; Fischerauer, Alice ; Fischerauer, Gerhard:
Investigation of complex permittivity spectra of foundry sands.
In: Technisches Messen. Bd. 87 (2020) Heft 5 . - S. 372-380.
ISSN 2196-7113
DOI: https://doi.org/10.1515/teme-2019-0121

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Abstract

This paper discusses impedance spectroscopy as a method to characterize different types of quartz sand, chromite sand, and mixtures of sand. Based on two types of measurement cells, the impedance spectra for various dry sands were measured. The spectra differ enough to allow the sands to be distinguished. The results were validated by extracting the relative permittivity from the impedance and comparing it to literature data. After that, the method could be applied with confidence to other material systems. The influence of moisture was investigated with two types of quartz sand, and typical mixtures of form sand, chromite sand, and regenerated (quartz) sand were studied. In each case, the sand composition had a distinct influence on the Nyquist plot of the impedance spectrum. Compared to results from a laboratory foundry system, the new method exhibits a much more systematic dependence on the sand composition. If one succeeds in describing the impedance spectra with an equivalent circuit model parameterized by only a few parameters, these parameters could be used to identify and classify sand mixtures in the field. This would allow one, for example, to implement feedback control strategies in foundry regeneration processes, which would stabilize the processes and improve the quality of the casting products.

Abstract in weiterer Sprache

In diesem Artikel wird die Impedanzspektroskopie als Methode zur Charakterisierung verschiedener Arten von Quarzsand, Chromitsand und Sandmischungen erörtert. Basierend auf zwei Arten von Messzellen wurden die Impedanzspektren für verschiedene trockene Sande gemessen. Die Spektren sind so unterschiedlich, dass verschiedene Sande erkannt werden. Die Ergebnisse wurden validiert, indem die relative Permittivität aus der Impedanz extrahiert und mit Literaturdaten verglichen wurde. Danach konnte die Methode sicher auf andere Materialsysteme übertragen werden. Der Einfluss von Feuchtigkeit wurde mit zwei Arten von Quarzsand untersucht. Zusätzlich dazu wurden typische Gemische aus
Formsand, Chromitsand und regeneriertem (Quarz-)Sand
untersucht. In jedem Fall hatte die Sandzusammensetzung
einen deutlichen Einfluss auf das Nyquist-Diagramm
des Impedanzspektrums. Im Vergleich zu Laborergebnissen
einer Gießerei zeigt die neue Methode eine wesentlich
systematischere Abhängigkeit von der Sandzusammensetzung.
Wenn es gelingt, die Impedanzspektren mit einem
mit wenigen Parametern beschreibbaren Ersatzschaltbild
nachzubilden, können diese Parameter zur Identifizierung
und Klassifizierung von Sandmischungen im Feld verwendet werden. Dies würde es beispielsweise ermöglichen,
Rückkopplungsstrategien in Gießereiregenerationsprozessen
umzusetzen, die die Prozesse stabilisieren und die Qualität der Gussprodukte verbessern würden.