BR112019004040A2 - Cursor de tarugo de grafite de argila, sistemas de aquecimento por indução elétrica de tarugo sem trilho e de processo de trabalho a quente, e, métodos para formação de um sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo e para trabalho a quente de um tarugo aquecido a uma temperatura alvo de trabalho a quente. - Google Patents

Abstract

São providos um aparelho e método de aquecimento por indução elétrica de tarugo sem trilho, onde os tarugos são contínua ou estaticamente aquecidos por indução ao mover os tarugos sem trilhos de suporte de tarugo através de uma bobina de indução alimentada com potência de corrente alternada quando os tarugos estão em contato deslizante direto com a superfície interna de um cursor de tarugo de grafite de argila disposto dentro da bobina de indução. O cursor de tarugo de grafite de argila também pode prover isolamento térmico entre a bobina de indução e o cursor de tarugo de grafite de argila para eliminar a exigência de um refratário de bobina de indução separado.

Description

1 / 19 CURSOR DE TARUGO DE GRAFITE DE ARGILA, SISTEMAS DE

AQUECIMENTO POR INDUÇÃO ELÉTRICA DE TARUGO SEM TRILHO E DE PROCESSO DE TRABALHO A QUENTE, E, MÉTODOS PARA FORMAÇÃO DE UM SISTEMA DE AQUECIMENTO POR INDUÇÃO ELÉTRICA DE TARUGO E PARA TRABALHO A QUENTE DE UM TARUGO AQUECIDO A UMA TEMPERATURA ALVO DE

TRABALHO A QUENTE Referência Cruzada a Pedidos Relacionados

[001] Este pedido reivindica prioridade e o benefício do Pedido de Patente da Índia No. 201711019983, depositado no Escritório de Patentes Indiano em 7 de junho de 2017, e do Pedido de Patente Provisório dos Estados Unidos No. 62/536.638, depositado em 25 de julho de 2017, os conteúdos completos de ambos os pedidos são aqui incorporados por referência. Campo da Invenção

[002] A presente invenção refere-se ao suporte sem trilho de tarugos dentro de bobinas de indução elétrica para aquecimento por indução dos tarugos para processamento adicional em vários processos industriais, incluindo forjamento dos tarugos em artigos de fabricação. Fundamentos da Invenção

[003] Os tarugos compostos de materiais que são pelo menos, de forma parcial, eletromagneticamente condutores podem ser preaquecidos indutivamente a uma alta temperatura, por exemplo, na faixa de 900ºC a 1300ºC e acima, para subsequente trabalho a quente em processos que incluem forjamento, forjamento de recalque, laminação, extrusão e desenho. O preaquecimento por indução dos tarugos pode ser alcançado ao colocar os tarugos dentro de uma bobina de indução alimentada com corrente alternada de uma fonte de potência adequada. O refratário é colocado entre a bobina de indução e o tarugo para reter o calor induzido no tarugo e proteger a bobina

2 / 19 de indução da radiação de alta temperatura e do calor de convecção do tarugo dentro da bobina de indução.

[004] A Patente do Reino Unido No. GB 892447 A reconhece alguns dos problemas em permitir que um tarugo repouse sobre o refratário dentro da bobina de indução e descreve a solução de usar trilhos dentro da bobina para deslizar o tarugo aquecido através da bobina. Como indicado em GB 892447 A, melhorias adicionais na técnica levaram a trilhos com resfriamento interno de fluido forçado para ultrapassar problemas com trilhos não resfriados. A contribuição de GB 892447 A para a técnica foi um trilho parcialmente enterrado dentro do refratário, que manteve o tarugo fora da superfície refratária, mas o trilho ainda estava sujeito a algum acúmulo de incrustação no trilho de um tarugo a quente deslizando sobre o trilho. Assim, a finalidade do refratário é o controle térmico e a finalidade dos trilhos é prover movimento eficiente dos tarugos através da bobina de indução.

[005] A patente dos Estados Unidos No. 7.528.351 B2 avança adicionalmente na técnica com trilhos ajustáveis que podem ser formados a partir de um material cerâmico, tal como sialon.

[006] A figura 1(a) até a figura 1(d) são ilustrações transversais em seção transversal de típicos sistemas de aquecimento por indução elétrica de tarugo encontrados na técnica anterior. No sistema de aquecimento por indução de tarugo da técnica anterior da figura 1(a) o tarugo cilíndrico 90 é assentado em um suporte de tarugo de tira de aço inoxidável parcialmente cilíndrico de extremidade aberta 102 à medida que passa através da bobina de aquecimento por indução de tarugo 94a. O suporte de tarugo 102 separa o tarugo do refratário 106 junto com o revestimento de aço inoxidável 104 que tem um intervalo em seção transversal 104a. A bobina de aquecimento por indução de tarugo 94a é separada do refratário 106 por uma camada isolante de fita de vidro 108. No sistema de aquecimento por indução da técnica anterior da figura l(b), o tarugo cilíndrico 90 está assentado nos trilhos de

3 / 19 suporte de tarugo 96a e 96b à medida que passa através da bobina de aquecimento por indução de tarugo 94b. Os trilhos de suporte 96a e 96b estão parcialmente embutidos no revestimento refratário 202, que é circundado por feltro refratário 204 e fita de vidro 206. No sistema de aquecimento por indução de tarugo da técnica anterior da figura 1(c), o tarugo retangular 92 está assentado sobre os trilhos de suporte de tarugo 98a e 98b à medida que passa através da bobina de aquecimento por indução de tarugo 94c. Os trilhos de suporte 98a e 98b têm uma faixa de ajustabilidade em torno da circunferência externa do tarugo por meio de suportes ajustáveis 98a' e 98b' respectivamente. Os trilhos de suporte repousam na circunferência interna do revestimento refratário 402, que é circundado por feltro refratário 404. A fita de vidro 406 separa o feltro refratário da bobina 94c. No sistema de aquecimento por indução de tarugo da técnica anterior da figura 1(d), o tarugo cilíndrico 90 está assentado sobre os trilhos 96a e 96b parcialmente embutidos no refratário 302 à medida que passa através da bobina de aquecimento por indução de tarugo 94d. O arranjo na figura 1(d) é similar a uma forma de realização descrita em GB 892447 A. Nestas quatro formas de realização da técnica anterior, um tarugo é suportado ou por trilhos longitudinais ou por um suporte de aço inoxidável semicircular à medida que passa através da bobina de aquecimento por indução de tarugo, como descrito adicionalmente em “Condução e aquecimento por indução” (autor E. J. Davies; páginas 236-241; publicado por Peter Peregrinus Ltd., Londres, Reino Unido (1990)).

[007] O que não se encontra na técnica anterior é um sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo de suporte de tarugo sem trilho, que provê uma taxa de aquecimento de tarugo de produtividade aumentada em combinação com um material de cursor de tarugo, que tem uma vida suficientemente mais longa em termos do número de tarugos que podem ser aquecidos dentro do sistema de aquecimento por indução elétrica antes da substituição devida ao desgaste por abrasão do tarugo.

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[008] É um objetivo da presente invenção prover uma taxa de aquecimento de tarugo de produtividade aumentada em combinação com um material de cursor de tarugo, que tem uma vida suficientemente mais longa em termos do número de tarugos que podem ser aquecidos antes da substituição devida ao desgaste por abrasão do tarugo. Breve Sumário da Invenção

[009] Em um aspecto, a presente invenção é um cursor de tarugo de grafite de argila para mover um tarugo através de uma bobina de indução alimentada com uma corrente alternada com o tarugo assentado no cursor de tarugo de grafite de argila.

[0010] Em outro aspecto, a presente invenção é um sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo sem trilho com uma bobina de indução energizada por uma fonte de alimentação de corrente alternada e um cursor de tarugo de grafite de argila disposto dentro da bobina de indução. O cursor de tarugo de grafite de argila é eletricamente isolado da bobina de indução e uma região da superfície interna do cursor de tarugo de grafite de argila forma uma superfície de cursor de tarugo para mover um tarugo assentado na região da superfície interna do cursor de tarugo de grafite de argila através da bobina de indução para aquecer estaticamente ou continuamente o tarugo a uma temperatura alvo.

[0011] Em outro aspecto, a presente invenção é um sistema de processo de trabalho a quente que tem uma bobina de indução energizada por uma fonte de alimentação de corrente alternada e um cursor de tarugo de grafite de argila disposto dentro da bobina de indução. O cursor de tarugo de grafite de argila é eletricamente isolado da bobina de indução e uma região da superfície interna do cursor de tarugo de grafite de argila forma uma superfície de cursor de tarugo para mover um tarugo assentado na região da superfície interna do cursor de tarugo de grafite de argila através da bobina de indução para aquecer estaticamente ou continuamente o tarugo a uma

5 / 19 temperatura alvo. Um aparelho de trabalho a quente é provido para receber o tarugo aquecido para formar um artigo de fabricação trabalhado a quente.

[0012] Em outro aspecto, a presente invenção é um método de formação de um sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo ao prover uma bobina de indução conectada a uma fonte de alimentação de corrente alternada; inserir um cursor de tarugo de grafite de argila dentro da bobina de indução com o cursor de tarugo de grafite de argila que tem um tarugo interno através da abertura com uma superfície de cursor interna para deslizar um tarugo assentado no interior através da superfície através da bobina de indução; e isolar eletricamente o cursor de grafite de argila inserido dentro da bobina de indução da bobina de indução.

[0013] Em outro aspecto, a presente invenção é um método de trabalho a quente de um tarugo aquecido a uma temperatura alvo de trabalho a quente, ao mover o tarugo através de um cursor de tarugo de grafite de argila disposto dentro da bobina de indução conectada a uma corrente alternada, ao deslizar o tarugo de uma entrada para o cursor de tarugo de grafite de argila em uma superfície interna do cursor de tarugo de grafite de argila em um aquecimento indutivo estático ou contínuo do tarugo através da bobina de indução à temperatura alvo de trabalho a quente para formar um tarugo aquecido em uma saída da bobina de indução; transferir o tarugo aquecido da saída da bobina de indução para um aparelho de trabalho a quente; e trabalhar a quente o tarugo aquecido no aparelho de trabalho a quente para formar um artigo de fabricação.

[0014] Em outro aspecto, a presente invenção é um sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo sem trilho, que tem uma bobina de indução energizada por uma corrente alternada e um refratário dentro da bobina de indução. Um transportador de tarugo de grafite de argila é provido para mover um tarugo disposto no transportador de tarugo de grafite de argila através da bobina de indução em contato deslizante com o refratário.

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[0015] Os aspectos acima e outros da presente invenção são expostos neste relatório descritivo e nas reivindicações anexas. Breve Descrição dos Desenhos

[0016] Com a finalidade de ilustrar a invenção, é mostrado nos desenhos uma forma que é atualmente preferida; entendendo-se, no entanto, que esta invenção não é limitada aos arranjos precisos e instrumentalidades mostrados.

[0017] A figura 1(a) até a figura 1(d) são ilustrações transversais em seção transversal de típicos sistemas de aquecimento por indução elétrica de tarugo da técnica anterior.

[0018] A figura 2(a) é uma vista em elevação transversal em seção transversal através da linha A-A na figura 2(b) de um exemplo de um sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo da presente invenção com um cursor de tarugo de grafite de argila e um tarugo exemplar dentro do cursor e uma bobina de indução.

[0019] A figura 2(b) é uma vista em elevação longitudinal em seção transversal através da linha B-B na figura 2(a) do sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo na figura 2(a).

[0020] A figura 3(a) e na figura 3(b) são vistas em elevação transversais alternativas em seção transversal de outro exemplo de um sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo da presente invenção com um cursor de tarugo de grafite de argila onde o cursor de tarugo é rotativo em torno do eixo geométrico longitudinal do cursor.

[0021] A figura 4 é uma vista em elevação transversal em seção transversal de outro exemplo de um sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo da presente invenção com um cursor de tarugo de grafite de argila onde o cursor de tarugo de grafite de argila está no formato de um invólucro parcialmente cilíndrico de extremidade aberta.

[0022] A figura 5(a) é uma vista em elevação transversal em seção

7 / 19 transversal através da linha C-C na figura 5(b) de outro exemplo de um sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo da presente invenção com um cursor de tarugo de grafite de argila para cada tarugo que se move por uma bobina de indução.

[0023] A figura 5(b) é uma vista em elevação longitudinal em seção transversal através da linha D-D na figura 5(a) do sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo na figura 5(a) com um tarugo disposto em um cursor de tarugo de grafite de argila inserido na bobina de indução; um tarugo aquecido após sair da bobina de indução; e um tarugo faseado para entrada na bobina de indução após o aquecimento de tarugo dentro da bobina de indução estar completo. Descrição Detalhada da Invenção

[0024] É mostrado na figura 2(a) e na figura 2(b) um exemplo de um sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo 10 da presente invenção que utiliza um cursor de tarugo de grafite de argila. Nas figuras, o cursor de tarugo 12 está disposto entre a bobina de aquecimento por indução 14 e a passagem interna do cursor de tarugo, através da qual o tarugo 90 passa a ser indutivamente aquecido a uma temperatura alvo. A bobina de indução está adequadamente conectada a uma fonte de corrente alternada 16 que aquece indutivamente o tarugo que passa através da passagem interna da bobina de indução.

[0025] O cursor de tarugo de grafite de argila na forma de realização da invenção mostrada na figura 2(a) e na figura 2(b) pode estar no formato de um cilindro circular direito oco de extremidade aberta para conformar a uma bobina de indução que tem um formato interno de volume aberto similar.

[0026] Em formas de realização alternativas da invenção, a bobina de indução pode ser uma ou mais bobinas separadas de qualquer tipo, incluindo uma bobina de indução solenoidal ou uma bobina de indução de canal, que pode ser alimentada por potência elétrica de corrente alternada de um ou mais

8 / 19 suprimentos de alimentação. A bobina de indução pode opcionalmente ser resfriada por fluido, por exemplo, ao escoar um líquido ou gás através de um interior através da passagem, como conhecido na técnica.

[0027] O processo de aquecimento de tarugo pode ser um processo de aquecimento de modo contínuo onde o tarugo se move através da bobina em contato deslizante com a superfície interna do cursor de tarugo de grafite de argila em uma velocidade contínua de estado estável (ou variável), ou um processo de aquecimento de modo progressivo onde o tarugo se move sequencialmente através de múltiplas bobinas enquanto em contato deslizante com a superfície do cursor de tarugo de grafite de argila em cada uma das múltiplas bobinas em uma velocidade contínua de estado estável (ou variável). Alternativamente, o processo de aquecimento de tarugo pode ser um processo de aquecimento de modo estático onde o tarugo é movido para o interior de uma bobina de indução em contato deslizante com a superfície interna do cursor de tarugo de grafite de argila para uma posição de aquecimento de tarugo estático dentro da bobina para aquecimento por indução à temperatura alvo, e depois de alcançar a temperatura alvo aquecida, o tarugo aquecido é movido para fora do interior da bobina de indução em contato deslizante com a superfície interna do cursor de grafite de argila.

[0028] Aparelhos de movimento de tarugo adequados conhecidos na técnica podem ser usados para mover o tarugo através de uma bobina de aquecimento por indução enquanto em contato deslizante com a superfície interna de um cursor de tarugo de grafite de argila da presente invenção, tal como um trator ou transportador de tarugos de alimentação para a superfície interna do cursor de tarugo de grafite de argila. Em algumas formas de realização da invenção, o comprimento axial da bobina de indução e do cursor de tarugo de grafite de argila pode ser suficientemente longo para que uma pluralidade de tarugos possa deslizar no cursor de tarugo de grafite de argila dentro de uma bobina de indução em um arranjo dorso a dorso com o trator

9 / 19 ou transportador externo empurrando a pluralidade de tarugos dorso a dorso deslizantes sobre o cursor de tarugo de grafite de argila através da bobina de indução.

[0029] Um volume espaçador anular 18 é preferivelmente provido ao longo do comprimento axial XL da bobina de indução e do cursor de tarugo de grafite de argila para separar as superfícies confrontantes internas da bobina de indução e as superfícies confrontantes externas do cursor de tarugo de grafite de argila para evitar a formação de arco elétrico da bobina ou outro dano à bobina. Quando provido, o volume espaçador anular pode ser um volume de ar não preenchido ou preenchido com um material de isolamento elétrico, um material de isolamento térmico ou um material de isolamento elétrico e térmico, por exemplo, um papel laminado de mica. Em outras formas de realização da invenção, pode não haver um volume espaçador anular para separar a bobina e o cursor; no entanto, uma vida útil mais curta do sistema de aquecimento de tarugo por indução elétrica pode resultar em tal arranjo.

[0030] Um aparelho de montagem de material de cursor pode ser provido em algumas formas de realização da invenção para prover a substituição de um cursor de tarugo de grafite de argila desgastado sem a desmontagem do sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo.

[0031] Embora o cursor de tarugo de grafite de argila na figura 2(a) e na figura 2(b) esteja no formato de um cilindro direito oco de extremidade aberta para conformar com o formato interno de volume aberto da bobina de indução, em outros exemplos da invenção o formato da superfície interna, superfície externa ou ambos o interior e as superfícies internas do cursor de tarugo de grafite de argila podem ser de outros formatos para acomodar o formato do tarugo que estará em contato deslizante com a superfície interna oca do cursor de tarugo de grafite de argila ou o formato do volume interno aberto da bobina de indução, ou uma combinação de ambos os formatos e

10 / 19 propriedades do tarugo e da bobina. Por exemplo, um tubo retangular oco de grafite de argila pode ser provido em uma aplicação onde o tarugo tem um formato transversal retangular em seção transversal.

[0032] Preferivelmente, a condução térmica do material de cursor de grafite de argila usado para um cursor de tarugo na presente invenção não deve exceder 15 W/(m*C) que, por exemplo, poderia preferivelmente, mas não exclusivamente, exigir um cursor de tarugo de grafite de argila com um espessura da parede na faixa de 10 mm a 30 mm, como uma função do peso de um típico tarugo sendo aquecido indutivamente, a frequência de saída aplicada a partir da fonte de alimentação para a bobina de indução e a temperatura de aquecimento alvo para o tarugo. Se o material de cursor de grafite de argila usado para um cursor de tarugo não exceder 15 W/(m*C), então o cursor de tarugo de grafite de argila também proverá controle térmico efetivo sem um material refratário adicional para o sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo.

[0033] A Tabela 1 ilustra um exemplo de melhorias selecionadas sobre um sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo de trilho da técnica anterior para os exemplos 1, 2 e 3 de um sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo da presente invenção que utiliza um cursor de tarugo de grafite de argila similar àquela na forma de realização da invenção na figura 2(a) e na figura 2(b). Tabela 1 Sistema de aquecimento Sistemas de aquecimento de grafite de argila sem de trilho da técnica trilhos da presente invenção anterior Exemplo da Técnica Exemplo 1 Exemplo 2 Exemplo 3 Anterior Diâmetro de Tarugo (mm) 50 60 56 50 Comprimento (mm) 311 120 105 311 Peso (kg) 4,8 2,6 2 4.8 Tensão de Linha (V) 415 415 416 415 Corrente de Linha (A) 113 131 122 104 Potência (kW) 68,66703544 79,60514728 74,31473254 63,19797952 Tensão de Saída (V) 625 595 608 622 Corrente Inversora (A) 190 190 190 190 Frequência de Saída (f) 3,32 KHz 3,4KHz 3,35KHZ 3,3 KHz Tempo/PC (Seg) 80 36,5 29 95

11 / 19 mm/seg 3,8875 3,287671233 3,620689655 3,273684211

PRODUTIVIDADE 3,145614174 3,221379081 3,340870021 2,878173293 (KG/(KW-HORA))

[0034] O sistema de aquecimento e os parâmetros de processo da Tabela 1 são os seguintes.

[0035] Diâmetro, comprimento e peso são propriedades dos tarugos exemplares.

[0036] Tensão de linha, corrente e potência são parâmetros elétricos da entrada para a fonte de alimentação (inversora) que fornece potência de corrente alternada para a bobina de indução.

[0037] Tensão de saída, corrente inversora e frequência de saída são parâmetros elétricos da saída a partir da fonte de alimentação (inversora) que fornece potência de corrente alternada para a bobina de indução.

[0038] A bobina de indução (Inductotherm Corp. no. de parte HFAC000577) usada em todos os exemplos foi a mesma, bem como o transformador de emparelhamento da bobina de indução de carga inversora (com uma razão de 20:04) e capacitor (71,92 microfarades) com aquecimento dos tarugos exemplares a uma temperatura alvo de 1250ºC. A temperatura alvo de tarugo aquecido é definida para uma aplicação particular e pode ser, por exemplo, a temperatura de superfície do tarugo aquecido ou a temperatura média em seção transversal.

[0039] Tempo/PC é o tempo por peça (tarugo) e mm/seg é a velocidade na qual cada tarugo exemplar percorre através da bobina de indução para alcançar a temperatura alvo de 1250ºC em todos os exemplos.

[0040] O sistema de aquecimento por indução de trilho da técnica anterior utilizou cursores de tarugo de trilho duplo com os trilhos espaçados um do outro em torno da circunferência interna de um refratário similar ao mostrado na figura 1(d), exceto que os trilhos estavam localizados na circunferência interna do refratário em vez de estrem parcialmente embutidos, como na figura 1(d). Os trilhos foram resfriados internamente por meio de um sistema de circulação de água.

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[0041] A partir dos exemplos na Tabela 1, será apreciado que o sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo da presente invenção com um cursor de tarugo de grafite de argila resulta em uma energia de entrada de aquecimento de tarugo melhorada medida como kg de tarugo por energia de entrada kW-hora (kg/kW -h), calculado como a seguir. No exemplo 1 da presente invenção e no sistema de aquecimento de trilho da técnica anterior, o tarugo de 50 mm de diâmetro pesava 4,8 kg. No exemplo 1 da presente invenção, a potência da bobina de entrada foi de 68,667 kW, que alcançou a temperatura alvo de tarugo de 1250ºC em 80 segundos, o que resulta em um consumo de energia calculado de 3,1456 kg/kW- h = 4,8 kg 68,667 kW * 80 seg * 3600 seg/h

[0042] No sistema de aquecimento de trilho da técnica anterior, a potência da bobina de entrada era de 63.198 kW, que alcançou a temperatura alvo de tarugo de 1250ºC em 95 segundos, o que resulta em um consumo de energia calculado de 2,8782 kg/kW - h = 4,8 kg 63,198 kW * 95 seg * 3600 seg/h

[0043] Portanto, ao comparar a eficácia de energia para o exemplo 1 da invenção na Tabela 1 com o exemplo da técnica anterior na Tabela 1, onde os tarugos exemplares têm propriedades idênticas, foi alcançada uma taxa de produtividade significativa (arredondada) de 3,15 no exemplo 1 da invenção em comparação à taxa de produtividade exemplar da técnica anterior de 2,88, que se traduz em um valor numérico de 1,094 (3,15/2,88) de taxa de produtividade aumentada e de uma eficácia de energia aumentada em aproximadamente 10 por cento do sistema de aquecimento de tarugo por indução elétrica da presente invenção em relação ao sistema de aquecimento de trilho da técnica anterior.

[0044] 1 kW-h de energia (em média) usado para aquecer tarugos pode produzir aproximadamente 3,15 kg de material de tarugo aquecido, tal

13 / 19 como um tarugo de aço, que usa o sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo da presente invenção em comparação a aproximadamente 2,88 kg de aço aquecido que usa o sistema de aquecimento de tarugo de trilho da técnica anterior, que representa um aumento de aproximadamente 10 por cento na produção de aços aquecidos que usam o mesmo consumo de energia. Adicionalmente, um sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo da presente invenção exige aproximadamente 0,317 kW- h para aquecer 1 kg de aço (1/3,15 kW- h por kg) em comparação a aproximadamente 0,347 kW- h por 1 kg de aço (1/2,88 = 0,347 kW- h por kg) para um sistema de aquecimento de tarugo de trilho da técnica anterior que usa uma bobina de indução idêntica, que representa uma economia substancial de energia e uma melhoria na eficácia de energia do aquecimento por indução de tarugos.

[0045] Adicionalmente, o material de cursor de tarugo de grafite de argila da presente invenção apresenta características de desgaste melhoradas em relação ao conhecido aparelho da técnica anterior para mover um tarugo através de um sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo que reduz as exigências de substituição ou reparo do sistema de aquecimento por indução de tarugo.

[0046] É mostrado na figura 3(a) e na figura 3(b) outra forma de realização de um sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo 20 da presente invenção que utiliza um cursor de tarugo de grafite de argila. Nesta forma de realização, a rotação axial longitudinal (XL) de cursor de tarugo de grafite de argila 12e pode ser conseguida após uma quantidade especificada de desgaste por abrasão de tarugo na região da superfície interna do cursor de tarugo de grafite de argila 22 de tarugos em movimento em contato deslizante com a região da superfície interna. A rotação axial do cursor de tarugo move a região de superfície de cursor desgastada 22 para fora do trajeto de superfície deslizante normal do tarugo na superfície interna do cursor de tarugo de grafite de argila, de tal modo que uma região da superfície interna não

14 / 19 desgastada 23 do cursor de tarugo substitui a região da superfície interna desgastada. Na figura 3(a) a região de superfície interna desgastada 22 na posição radial P1 é movida para a posição radial P2 na figura 3(b) por uma rotação de 90 graus em sentido horário do cursor de tarugo de grafite de argila 12e para prover uma região de superfície interna não desgastada no trajeto da superfície deslizante normal de tarugo através de uma bobina de indução em um aparelho de aquecimento por indução elétrica de tarugo da presente invenção.

[0047] A fim de minimizar a força aplicada e o torque exigido para alcançar a rotação do cursor de tarugo de grafite de argila sem perturbar a bobina de indução, o volume espaçador anular 18 entre as superfícies internas eletricamente condutoras 14' da bobina de indução 14 e a superfície externa 12' do cursor de tarugo de grafite de argila 12 voltada para a bobina pode ser preenchido com papel de mica ou outro material isolante elétrico que apresenta uma rugosidade de superfície de baixo atrito e propriedades de plano de deslizamento em algumas formas de realização da invenção para prover proteção dielétrica de alta temperatura para o enrolamento de bobina eletricamente condutora e um plano de deslizamento rotativo que pode facilitar a rotação axial do cursor de tarugo de grafite de argila sem perturbar a bobina de indução.

[0048] Em outros exemplos da presente invenção, onde o cursor de tarugo de grafite de argila é substituível sem a desmontagem do sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo, o volume espaçador anular 18 entre as superfícies internas eletricamente condutoras 14' da bobina de indução 14 e a superfície externa 12' do cursor de tarugo de grafite de argila 12 voltado para a bobina pode ser preenchido com papel de mica ou outro material isolante elétrico que apresenta uma rugosidade de superfície de baixo atrito e propriedades de plano de deslizamento para prover proteção dielétrica de alta temperatura para o enrolamento da bobina eletricamente condutora e

15 / 19 um plano de deslizamento rotativo que pode facilitar o movimento do cursor de tarugo de grafite de argila ao longo do comprimento axial do cursor de tarugo e da bobina de indução, de tal modo que um cursor de tarugo de grafite de argila substituível possa ser inserida na bobina de indução ou removida de dentro da bobina de indução.

[0049] Em algumas formas de realização da invenção, onde o cursor de tarugo de grafite de argila é usado em um formato diferente de um cilindro interno geralmente oco, por exemplo, quando usado para mover uma peça de trabalho sólida retangular (tarugo) ou tubo oco, bem como peças de trabalho (tarugos) de formato geral não cilíndricas, rotação longitudinal, axial ou de outra forma, do cursor de tarugo de grafite de argila existente como apropriada para o formato do cursor de tarugo pode ser alcançada, de modo que uma região não desgastada do cursor de tarugo seja selecionada como a superfície na qual um tarugo está em contato deslizante com ela enquanto se move através da bobina de indução.

[0050] A figura 4 ilustra outra forma de realização da presente invenção, onde o cursor de tarugo de grafite de argila 12a é formado como um cursor de tarugo de grafite de argila semicilíndrico de extremidade aberta. Em outros exemplos da invenção, um cursor de tarugo de grafite de argila parcialmente cilíndrico de extremidade aberta pode ser usado para que seja maior ou menor do que um semicilindro (meio) em formato, como pode ser exigido para uma aplicação particular.

[0051] A figura 5(a) e a figura 5(b) ilustram outra forma de realização da presente invenção onde o cursor de tarugo de grafite de argila está na forma de um portador de tarugo de material de grafite de argila parcialmente (ou totalmente) encerrado para cada tarugo individual 90a (próximo tarugo a ser aquecido), 90b (tarugo em processo de ser aquecido) e 90c (tarugo prévio aquecido) que dispensa um tarugo individual para o interior da bobina de indução 14 e remove-o do interior da bobina de indução após o aquecimento.

16 / 19 Neste exemplo não limitante, cada portador de tarugo é formado a partir de um comprimento longitudinal conformado em U de material de grafite de argila 12b e as extremidades frontal e traseira de cada recipiente de tarugo são formadas a partir de um disco semicircular 12c afixado às extremidades longitudinais opostas do comprimento longitudinal conformado em U do material de grafite de argila onde o portador de tarugo de grafite de argila é mais geralmente referido como um cilindro oco parcial de extremidade fechada. Nesta forma de realização da invenção, o transportador de tarugo de grafite de argila pode ser movido através de uma bobina de indução ao deslizar o transportador de tarugo de grafite de argila em um refratário disposto dentro da bobina de indução de um sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo da presente invenção.

[0052] Em algumas formas de realização da invenção, sistemas de aquecimento por indução elétrica de múltiplas bobinas em linha (ou de outra forma arranjados) com cursores de tarugo de grafite de grafite de argila usados para produzir um tarugo aquecido a uma temperatura alvo na extremidade de saída da linha. Os Cursores de tarugo de grafite de argila em bobinas do sistema de múltiplas bobinas posicionados na, ou próximos à, extremidade de saída da linha vão experienciar um desgaste por abrasão de tarugo mais rápido do que os cursores de tarugo de grafite de argila em bobinas na, ou próximos à, extremidade de entrada da linha, uma vez que um tarugo é progressivamente aquecido a uma maior temperatura à medida que se desloca através das bobinas a partir da extremidade de entrada até à extremidade de saída da linha e quanto mais quente a temperatura de superfície do tarugo, maior é a quantidade de abrasão conforme os cursores de tarugo em um cursor de tarugo de grafite de argila da presente invenção.

[0053] Além de prover cursores de tarugo de grafite de argila axialmente rotativos, como ilustrados na figura 3(a) e na figura 3(b) pelo menos em bobinas de indução na, ou próximas a, extremidade de saída da

17 / 19 linha, um cursor de tarugo de grafite de argila substituível pode ser provida em pelo menos algumas das bobinas de indução, de tal modo que os cursores de tarugo de grafite de argila em bobinas na, ou próximos a, extremidade de saída da linha com maior desgaste do que os cursores de tarugo de grafite de argila em bobinas na, ou próximas a, extremidade de entrada da linha possam ser permutadas periodicamente para equilibrar o ciclo de vida útil de todas os cursores de tarugo nos sistemas de aquecimento por indução elétrica de múltiplas bobinas da presente invenção.

[0054] Opcionalmente, em algumas formas de realização da invenção, um cursor de tarugo de grafite de argila pode ser formado com uma ou mais protuberâncias ou elevações variáveis perfiladas em uma região da superfície interna do cursor de tarugo, sobre a qual o tarugo está em contato deslizante para conformar com um formato de tarugo ou para melhorar características de aquecimento de tarugo em uma aplicação particular.

[0055] Em algumas formas de realização da invenção, um sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo com um cursor de tarugo de grafite de argila pode ser combinado com um aparelho de trabalho a quente para trabalhar a quente um tarugo aquecido no sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo para formar um artigo de fabricação ou produtos intermediários que sejam adicionalmente processados para formar um artigo de fabricação. O aparelho de trabalho a quente inclui, mas não está limitado a, um aparelho de forjamento, laminação, extrusão e desenho, conhecido na técnica para trabalho a quente de um tarugo aquecido em um sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo da presente invenção.

[0056] O termo material de cursor de “grafite de argila”, tal como aqui usado refere-se preferivelmente a uma composição de material de cursor de tarugo, que compreende: carbono (C) entre 30 a 40 por cento em peso; carboneto de silício (SiC) entre 8 a 12 por cento em peso; dióxido de silício (SiO2) entre 15 a 25 por cento em peso; e óxido de alumínio (Al2O3) entre 10

18 / 19 a 20 por cento em peso. Observou-se que o carbono na faixa declarada provê um desgaste superior por abrasão de tarugo.

[0057] Além disso, a composição de material de cursor de tarugo também pode conter: óxidos residuais que preferivelmente não excedem 6 por cento em peso no agregado, tipicamente formado a partir de óxidos de ferro, boro, sódio e potássio; compostos de magnésio, cobalto e cromo não superiores a 2 por cento em peso no agregado; e silício elementar (livre) não superior a 1 por cento em peso.

[0058] Um material de cursor de tarugo de grafite de argila de um formato apropriado para uma aplicação particular do sistema de aquecimento de tarugo por indução elétrica pode ser produzido a partir da composição material de cursor de tarugo, por exemplo, em um processo de extrusão ou moldagem por injeção.

[0059] Na descrição acima, para finalidades de explicação, numerosas exigências específicas e diversos detalhes específicos foram expostos a fim de prover uma compreensão completa do exemplo e das formas de realização. No entanto, ficará evidente, para um versado na técnica, que um ou mais dos outros exemplos ou formas de realização podem ser praticados sem alguns destes detalhes específicos. As formas de realização particulares descritas não são providas para limitar a invenção, mas para ilustrá-la.

[0060] A referência ao longo deste relatório descritivo a “um exemplo ou forma de realização”, “um exemplo ou forma de realização”, “um ou mais exemplos ou formas de realização” ou “diferentes exemplos ou formas de realização” significa, por exemplo, que um recurso particular pode ser incluído na prática da invenção. Na descrição, vários recursos são, por vezes, agrupados juntos em um único exemplo, forma de realização, figura ou descrição dos mesmos para a finalidade de otimizar a descrição e ajudar na compreensão de vários aspectos inventivos.

[0061] A presente invenção foi descrita em termos de exemplos e

19 / 19 formas de realização preferidos.

Equivalentes, alternativas e modificações, além daquelas expressamente declaradas, são possíveis e estão dentro do escopo da invenção.

Claims (22)

REIVINDICAÇÕES

1. Cursor de tarugo de grafite de argila, caracterizado pelo fato de ser para mover um tarugo através de pelo menos uma bobina de indução alimentada com uma corrente alternada com o tarugo assentado no cursor de tarugo de grafite de argila quando se move através de pelo menos uma bobina de indução.

2. Cursor de tarugo de grafite de argila de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cursor de tarugo de grafite de argila compreende um cilindro oco de extremidade aberta, um cilindro parcial de extremidade aberta ou um tubo retangular oco de extremidade aberta dispostos dentro de pelo menos uma bobina de indução.

3. Cursor de tarugo de grafite de argila de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma bobina de indução compreende uma bobina de indução solenoidal e o cursor de tarugo de grafite de argila compreende um cilindro oco de extremidade aberta, um cilindro parcial de extremidade aberta ou um tubo retangular oco de extremidade aberta dispostos dentro de pelo menos uma bobina de indução.

4. Cursor de tarugo de grafite de argila de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o cursor de tarugo de grafite de argila compreende uma composição deslizante de pelo menos: carbono (C) entre 30 a 40 por cento em peso; carboneto de silício (SiC) entre 8 a 12 por cento em peso; dióxido de silício (SiO2) entre 15 a 25 por cento em peso; e óxido de alumínio (Al2O3) entre 10 a 20 por cento em peso.

5. Cursor de tarugo de grafite de argila de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que com a composição deslizante compreende adicionalmente um ou mais óxidos que não excedem no agregado 6 por cento em peso da composição deslizante preferivelmente selecionada a partir de óxidos de ferro, boro, sódio e potássio; um ou mais compostos de magnésio, cobalto e cromo que não excedem no agregado 2 por cento em peso da composição deslizante; e silício elementar que não excede 1 por cento em peso da composição deslizante.

6. Sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo sem trilho, caracterizado pelo fato de que compreende: pelo menos uma bobina de indução; pelo menos uma fonte de alimentação de corrente alternada conectada a pelo menos uma bobina de indução; e um cursor de tarugo de grafite de argila disposto dentro de cada uma das pelo menos uma bobina de indução, o cursor de tarugo de grafite de argila eletricamente isolado de pelo menos uma bobina de indução, uma região de superfície interna do cursor de tarugo de grafite de argila formando uma superfície de cursor de tarugo para mover um tarugo assentado na região da superfície interna do cursor deslizante de grafite de argila através de pelo menos uma bobina de indução para aquecer estaticamente ou continuamente o tarugo a uma temperatura alvo.

7. Sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo sem trilho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o cursor de tarugo de grafite de argila é formado a partir de uma composição deslizante de pelo menos: carbono (C) entre 30 a 40 por cento em peso; carboneto de silício (SiC) entre 8 a 12 por cento em peso; dióxido de silício (SiO2) entre 15 a 25 por cento em peso; e óxido de alumínio (Al2O3) entre 10 a 20 por cento em peso.

8. Sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo sem trilho de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que com a composição deslizante compreendendo ainda um ou mais óxidos que não excedem no agregado 6 por cento em peso da composição deslizante selecionada preferivelmente a partir de óxidos de ferro, boro, sódio e potássio; um ou mais compostos de magnésio, cobalto e cromo que não excedem no agregado 2 por cento em peso da composição deslizante; e silício elementar que não excede 1 por cento em peso da composição deslizante.

9. Sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo sem trilho de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de ser provido um espaçador anular entre uma superfície confrontante do cursor de pelo menos uma bobina de indução e uma superfície voltada para a bobina do cursor de tarugo de grafite de argila.

10. Sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo sem trilho de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um material de plano de deslizamento no volume espaçador anular para rotação do cursor de tarugo de grafite de argila em torno de um eixo geométrico longitudinal axial do cursor de tarugo de grafite de argila sem movimento de pelo menos uma bobina de indução.

11. Sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo sem trilho de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um material de plano de deslizamento no volume espaçador anular para inserção ou remoção do cursor de tarugo de grafite de argila disposto na pelo menos uma bobina de indução ou em um material de plano de deslizamento no volume espaçador anular para rotação do cursor de tarugo de grafite de argila em torno do eixo geométrico longitudinal axial do cursor de tarugo de grafite de argila sem movimento de pelo menos uma bobina de indução.

12. Sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo sem trilho de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma bobina de indução compreende uma pluralidade de bobinas de indução em um sistema de aquecimento por indução de múltiplas bobinas em linha e o cursor de tarugo de grafite de argila em cada uma das várias bobinas de indução compreende adicionalmente um material de plano de deslizamento no volume espaçador anular para rotação do cursor de tarugo de grafite de argila em torno do eixo geométrico longitudinal axial ou um material de plano de deslizamento no espaçador anular para inserção ou remoção do cursor de tarugo de grafite de argila disposto em cada uma da pluralidade de bobinas de indução.

13. Sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo sem trilho de acordo com a reivindicação 7, 8, 10, 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que o cursor de tarugo de grafite de argila provê um isolamento térmico entre a pelo menos uma bobina de indução e o cursor de tarugo de grafite de argila.

14. Sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo sem trilho de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a composição deslizante tem um valor de condução térmica que não excede 15 W por m*C.

15. Sistema de processo de trabalho a quente, caracterizado pelo fato de que compreende: um sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo sem trilho que compreende: pelo menos uma bobina de indução; pelo menos uma fonte de alimentação de corrente alternada conectada a pelo menos uma bobina de indução; e um cursor de tarugo de grafite de argila disposto dentro de cada uma das pelo menos uma bobina de indução, o cursor de tarugo de grafite de argila eletricamente isolado de pelo menos uma bobina de indução, uma região de superfície interna do cursor de tarugo de grafite de argila formando uma superfície de cursor de tarugo para mover um tarugo assentado na região da superfície interna do cursor de tarugo de grafite de argila através de pelo menos uma bobina de indução para aquecer estaticamente ou continuamente o tarugo a uma temperatura alvo de trabalho a quente para formar um tarugo aquecido em uma saída de pelo menos uma bobina de indução e; um aparelho de trabalho a quente para receber o tarugo aquecido para formar um artigo de fabricação trabalhado a quente.

16. Sistema de processo de trabalho a quente de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o aparelho de trabalho a quente compreende um aparelho de forjamento a quente.

17. Método para formação de um sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo, o método caracterizado pelo fato de que compreende: prover pelo menos uma bobina de indução conectada a pelo menos uma fonte de alimentação de corrente alternada; inserir um cursor de tarugo de grafite de argila dentro de cada uma das pelo menos uma bobina de indução, o cursor de tarugo de grafite de argila que tem um tarugo interno através da abertura com uma superfície de cursor interna para deslizar um tarugo assentado na superfície de cursor interna através de pelo menos uma bobina de indução; e isolar eletricamente o cursor de grafite de argila inserida dentro de pelo menos uma bobina de indução de pelo menos uma bobina de indução.

18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a formação do cursor de tarugo de grafite de argila a partir de uma composição de pelo menos: carbono (C) entre 30 a 40 por cento em peso; carboneto de silício (SiC) entre 8 a 12 por cento em peso; dióxido de silício (SiO2) entre 15 a 25 por cento em peso; e óxido de alumínio (Al2O3) entre 10 a 20 por cento em peso.

19. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que forma adicionalmente a composição a partir de um ou mais óxidos, que não excedem no agregado 6 por cento em peso da composição deslizante, preferivelmente selecionada a partir de óxidos de ferro, boro, sódio e potássio; um ou mais óxidos de magnésio, cobalto e cromo que não excedem no agregado 2 por cento em peso; e silício elementar que não excede 1 por cento em peso da composição deslizante.

20. Método para trabalho a quente de um tarugo aquecido a uma temperatura alvo de trabalho a quente, o método caracterizado pelo fato de que compreende: mover o tarugo através de um cursor de tarugo de grafite de argila disposto dentro de pelo menos uma bobina de indução alimentada com uma corrente alternada ao deslizar o tarugo de uma entrada de pelo menos uma bobina de indução em uma superfície interna do cursor de tarugo de grafite de argila em um aquecimento indutivo contínuo ou estático do tarugo através de pelo menos uma bobina de indução para a temperatura alvo de trabalho a quente, para formar um tarugo aquecido em uma saída de pelo menos uma bobina de indução; transferir o tarugo aquecido da saída de pelo menos uma bobina de indução para um aparelho de trabalho a quente; e trabalhar a quente o tarugo aquecido no aparelho de trabalho a quente para formar um artigo de fabricação.

21. Método de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o aparelho de trabalho a quente compreende um aparelho de forjamento a quente.

22. Sistema de aquecimento por indução elétrica de tarugo sem trilho, caracterizado pelo fato de que compreende: pelo menos uma bobina de indução; pelo menos uma fonte de alimentação de corrente alternada conectada a pelo menos uma bobina de indução;

um refratário dentro de pelo menos uma bobina de indução; e um transportador de tarugo de grafite de argila para mover um tarugo disposto no transportador de tarugo de grafite de argila através de pelo menos uma bobina de indução em contato deslizante com o refratário.