ES2212929T3 - Recinto de estanqueidad al gas y al vacio de aislamiento termico destinado para un dispositivo de calentamiento por induccion. - Google Patents

Recinto de estanqueidad al gas y al vacio de aislamiento termico destinado para un dispositivo de calentamiento por induccion.

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ES2212929T3 ES02290769T ES02290769T ES2212929T3 ES 2212929 T3 ES2212929 T3 ES 2212929T3 ES 02290769 T ES02290769 T ES 02290769T ES 02290769 T ES02290769 T ES 02290769T ES 2212929 T3 ES2212929 T3 ES 2212929T3
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Abstract

Recinto de estanqueidad al gas y al vacio destinado para ser utilizado en un dispositivo de calentamiento por inducción electromagnética de un producto que pasa por el interior del indicado recinto, caracterizado porque comprende una camisa (1) formada por un material eléctricamente aislante y estanco al gas y al vacio, estando protegidas las superficies internas de dicha camisa por una pantalla térmica (2) compuesta por una matriz de adoquinados (5) de material termicamente aislante y por una pluralidad de tubos (4) refrigerados por circulación de un fluido, estando estos últimos aprisionados en la indicada matriz de adoquinados.

Description

Recinto de estanqueidad al gas y al vacío de aislamiento térmico destinado para un dispositivo de calentamiento por inducción.
La presente invención se refiere al calentamiento por inducción electromagnética de un producto metálico que pasa en continuo bajo atmósfera protectora o bajo vacío.
La utilización de dispositivos de calentamiento por inducción electromagnética para el tratamiento térmico bajo atmósfera protectora tal como la puesta en práctica en las líneas de revestimiento en caliente (galvanización, aluminización, etc...) o las líneas de tratamiento térmico en continuo (líneas de recocido, por ejemplo) es conocida desde hace tiempo.
Se utilizan generalmente dos tipos de dispositivos de calentamiento por inducción para estas instalaciones: el de flujo longitudinal (el inductor está constituido por varias espiras recorridas por una corriente y que rodean el producto que pasa con el fin de crear un flujo magnético en la dirección de paso del producto) y el de flujo transversal (las espiras del inductor están dispuestas en un plano paralelo a la superficie del producto de forma que el flujo magnético sea perpendicular a esta superficie).
La utilización de uno u otro de estos dispositivos se elige en función del tipo de producto a tratar. Así, la inducción por flujo longitudinal es adecuada generalmente para productos magnéticos cuya temperatura que se desea obtener se aproxima a los 750ºC (punto de Curie) mientras que la inducción por flujo transversal se adapta mejor para un calentamiento a temperatura superior, particularmente para productos amagnéticos.
Además, cuando se trata de un producto no revestido que debe ser tratado a una temperatura donde corre el riesgo de oxidarse, el calentamiento por inducción debe realizarse bajo atmósfera protectora, tal como una mezcla de hidrógeno y de nitrógeno. Sucede que el dispositivo de calentamiento comprende entre otros un recinto que es atravesado por el producto a tratar y que debe ser totalmente estanco al aire con el fin de evitar toda oxidación del producto.
En las aplicaciones conocidas de este tipo de calentamiento por inducción, se utilizan dispositivos de calentamiento por inducción bajo atmósfera protectora en los cuales el dispositivo de calentamiento se coloca directamente en el interior del recinto estanco. La estanqueidad se realiza por consiguiente así alrededor de los medios de inducción lo cual presenta numerosos inconvenientes, particularmente en operaciones de mantenimiento de estos inductores que necesitan el desmontaje del recinto, o para la realización de la estanqueidad de los pasos de llegada y de retorno de corriente eléctrica que alimenta los inductores y para los de los circuitos de agua de refrigeración de estos últimos.
Para resolver este problema, se conocen aplicaciones tales como las descritas por ejemplo en la solicitud de patente europea publicada bajo el nº 0 822 733 que utiliza un dispositivo de calentamiento que comprende medios de inducción y un recinto estanco al gas dispuesto alrededor del producto que pasa, entre este último y los inductores, extendiéndose este recinto en la dirección de paso del producto, río arriba y río abajo de los inductores.
En esta solicitud de patente europea, el recinto de estanqueidad, en su parte central enclavada por los medios de inducción propiamente dichos, está constituido por un manguito que comprende una o varias capas de tejido aislante térmica y eléctricamente y revestido con una película estanca a los gases y resistente a una temperatura de al menos 100ºC pero que no sobrepasa nunca los 750ºC (dispositivo que funciona por inducción de flujo longitudinal).
Por el contrario, cuando se trata de calentar un producto a una temperatura superior a los 750ºC (por ejemplo, para el recocido brillante de acero inoxidable) utilizando para ello un dispositivo de calentamiento por inducción de flujo transversal o longitudinal, el manguito descrito en este documento ya no es eficaz a tales temperaturas lo cual corre el riesgo de dañar los inductores que típicamente no deben funcionar a más de 100ºC.
La presente invención trata por consiguiente de paliar tales inconvenientes proponiendo un recinto de estanqueidad al gas y al vacío y eléctricamente aislante (es decir transparente al flujo magnético) acoplado a una pantalla térmicamente aislante que permite proteger los medios de inducción y un eventual circuito magnético del dispositivo de calentamiento por inducción electromagnética, y esto sea cual fuere el funcionamiento de este último (flujo longitudinal o flujo transversal).
Conforme a la invención, este recinto de estanqueidad al gas y al vacío está dispuesto alrededor del producto que pasa a calentar, entre este último y los medios de inducción del calentamiento.
A este efecto, el recinto de estanqueidad al gas y al vacío según la invención destinado para ser utilizado en un dispositivo de calentamiento por inducción electromagnética de un producto que pasa por el interior del indicado recinto, se caracteriza porque comprende, al menos en su parte central rodeada por los indicados medios de calentamiento por inducción, una camisa formada por un material estanco al gas y al vacío y eléctricamente aislante, estando las superficies internas de dicha camisa protegidas por una pantalla térmica compuesta por una matriz de adoquinados de material térmicamente aislante y por una pluralidad de tubos refrigerados por circulación de un fluido, estando estos últimos aprisionados en la indicada matriz de adoquinados.
El papel de la pantalla térmica es asegurar una temperatura próxima a los 100ºC del material que constituye la camisa, mientras que el producto a calentar se encuentra a una temperatura del orden de los 1200ºC.
Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la descripción dada a continuación, con referencia a los dibujos adjuntos que ilustran un ejemplo de realización desprovisto de cualquier carácter limitativo. En las figuras:
- la figura 1 es una vista en sección transversal del recinto según la invención;
- la figura 2 es una vista parcial y agrandada de un detalle de la figura 1;
- la figura 3 es una vista en sección según III-III de la figura 1;
- la figura 4 es una vista parcial en sección según IV-IV de un detalle de la figura 3;
- la figura 5 es una vista esquemática que ilustra una parte de una instalación de tratamiento térmico que comprende un recinto según la invención.
Como se ha representado en las figuras 1 a 4, el recinto estanco al gas y al vacío y eléctricamente aislante según la invención se presenta en forma de una camisa 1 alargada acoplada a una pantalla térmica 2.
El espacio 3 definido en el interior de dicha camisa está conformado según la forma del producto a tratar. Por ejemplo, la camisa de forma paralelepipédica ilustrada por las figuras 1 a 4 representa típicamente una aplicación de este dispositivo a una cinta a tratar.
Bien entendido, este tipo de recinto puede igualmente ser aplicado a cualquier otro producto, que pase o no (hilo de acero, de cobre, de aluminio, etc...).
La camisa 1 está por consiguiente destinada para rodear el producto que pasa a tratar y está dispuesta entre este último y los medios de inducción del dispositivo de calentamiento. Puede extenderse por todo lo alto de los medios de inducción, pero se elegirá de preferencia una camisa que se extienda más allá de estos inductores, río arriba y río abajo de estos últimos, con el fin de no calentar piezas de extremos por el retorno del flujo de inducción.
Según la invención, se prevén medios habituales de estanqueidad al gas y al vacío, respectivamente a la entrada y a la salida de la camisa, en los extremos de esta última por los cuales entra y sale la cinta a calentar en desplazamiento en continuo. Estos medios de concepción clásica no han sido representados en los dibujos.
Como se ha ilustrado en la figura 1, la camisa 1 según la invención se realiza a partir de un material transparente a los flujos magnéticos, por consiguiente eléctricamente aislante.
Según un ejemplo de realización no limitativo de la invención, la indicada camisa se realiza por enrollamiento filamentoso de resina epoxi o similar.
Sin embargo, otras realizaciones son posibles sin apartarse por ello del marco de la presente invención y es posible utilizar otros materiales para realizar la camisa, con la condición de que estos materiales sean transparentes al flujo magnético. Así por ejemplo, una camisa de material cerámico o de vidrio podría realizarse según la invención.
El espacio 3 interior a la indicada camisa al estar lleno de una atmósfera protectora (generalmente compuesta por una mezcla de nitrógeno y de hidrógeno) que permite evitar toda oxidación del producto durante el tratamiento de este último, es por consiguiente necesario que la camisa 1 sea estanca a estos gases e igualmente al vacío.
Por otro lado, la camisa debe igualmente ser no conductora de la electricidad para no ser la sede de corriente inducida por el flujo de inducción.
Además, presenta buenas características mecánicas, particularmente una buena rigidez, para soportar la pantalla térmica 2 compuesta por una pluralidad de tubos 4 aprisionados en una matriz de adoquinados 5 de cerámica o similar, como se describe a continuación.
En efecto, la pantalla térmica 2 está constituida por un ensamblado de una pluralidad de tubos 4 dispuestos por todas las superficies internas de la camisa 1 y por los cuales circula un fluido, particularmente agua, con el fin de refrigerar este último.
En el ejemplo de realización ventajoso ilustrado en las figuras 1 a 4, los indicados tubos de refrigeración están uniformemente repartidos por todas las superficies internas de la camisa 1.
Según otra característica ventajosa de la invención (véase figura 3), los tubos 4 están de preferencia constituidos por acero inoxidable de poco espesor (del orden de 0,5 mm) y forman una pluralidad de alfileres (configuración en serpentines). Estos tubos pueden igualmente ser realizados en un material eléctricamente aislante, por consiguiente transparente al flujo magnético, por ejemplo de vidrio, de vidrio - epoxi...
Además, una matriz de adoquinados 5 realizados en cerámica u otros materiales aislantes equivalentes (hormigón, etc...) está dispuesta entre cada tubo 4 de refrigeración con el fin de cortar la radiación térmica del producto a tratar.
Los indicados adoquinados presentan una forma geométrica particular de forma que pueda introducirse sobre o entre los tubos 4 y así formar una matriz que aprisione estos últimos, y de forma que los indicados tubos no estén directamente frente al producto que pasa.
El material que constituye los adoquinados 5 (cerámica, hormigón, etc...) al ser un aislante térmico muy bueno, estos últimos cortarán así el flujo de calor radiado por el producto calentado.
Por otro lado, la escasa parte de calor radiado por el indicado producto la poca parte de calor radiada por el indicado producto que llega a nivel de los tubos 4 aprisionados en los indicados adoquinados 5 podrá ser extraída por intercambio térmico con el fluido de refrigeración que pasa por los indicados tubos.
La pantalla térmica 2 constituida por el ensamblado de los tubos 4 y de los adoquinados 5 está mecánicamente fijada a la superficie interior de la camisa 1 con la ayuda de tornillos 6 o medios de fijación análogos.
Se interpone ventajosamente entre esta pantalla térmica y la camisa 1 una placa 7 de estratificado de vidrio (que tiene por ejemplo un espesor del orden de 3 mm aproximadamente) facilitando así la colocación y por consiguiente la fijación de los tubos 4 y adoquinados 5 sobre la indicada camisa, estando la indicada placa de estratificado 7 propiamente dicha dispuesta entre dos finas capas 8 y 9 de tejido cerámico o similar.
Bien entendido, para obtener un rendimiento óptimo de esta pantalla térmica, se hará de forma que durante el montaje de esta, exista un juego lo más pequeño posible entre la camisa 1 y la pantalla térmica 2, así como entre los tubos 4 y los adoquinados 5.
Ahora se describirá un ejemplo de aplicación del recinto estanco y aislante según la invención a una instalación de tratamiento térmico de una cinta pasante.
En este ejemplo, la instalación está destinada para el calentamiento bajo atmósfera protectora con fuerte contenido en hidrógeno de una cinta pasante de acero inoxidable. Este tipo de tratamiento térmico requiere típicamente una temperatura de calentamiento del orden de 1150ºC. Para llegar a ello, se utiliza un dispositivo de calentamiento por inducción electromagnética tal como se ha representado en la figura 5.
Este dispositivo de calentamiento comprende al menos un bobinado 10 recorrido por una corriente que está dispuesto en un plano paralelo a la superficie de la cinta 11 pasante a tratar de forma que el flujo magnético, transversal, sea perpendicular a la superficie mayor de la indicada cinta. Además, un recinto 12 según la invención, tal como el descrito anteriormente está dispuesto alrededor de la cinta, entre esta última y los bobinados 10 y se extiende de preferencia en un plano perpendicular a la dirección de paso de la indicada cinta, río arriba y río abajo de las espiras de los indicados bobinados.
Los tubos 13 que constituyen la pantalla térmica del mencionado recinto están entonces conectados a un colector de admisión y de salida del fluido de refrigeración, con el fin de evacuar una pequeña parte del calor radiado por la cinta que ha atravesado la matriz 14 de adoquinados de cerámica o similar. Así, este recinto permite realizar una doble función: la misma desempeña el papel de cajón de estanqueidad al gas (o al vacío) necesario para el tratamiento de la cinta, y permite proteger eficazmente la indicada camisa.
Este recinto permite igualmente intervenir directamente sobre los bobinados de inducción (particularmente durante el mantenimiento de estos últimos) sin tener que romper la estanqueidad del indicado recinto. El recinto según la invención es así perfectamente adaptable para cualquier instalación que utilice una atmósfera protectora, o que trabaje bajo vacío.
Queda bien entendido que la presente invención no se limita a los ejemplos de realización descritos y representados anteriormente, sino que abarca todas las variantes.

Claims (7)

1. Recinto de estanqueidad al gas y al vacío destinado para ser utilizado en un dispositivo de calentamiento por inducción electromagnética de un producto que pasa por el interior del indicado recinto que comprende una camisa (1) formada por un material eléctricamente aislante y estanco al gas y al vacío, caracterizado porque las superficies internas de dicha camisa son protegidas por una pantalla térmica (2) compuesta por una matriz de pavimentos (5) de material térmicamente aislante y por una pluralidad de tubos (4) refrigerados por circulación de un fluido, quedando estos últimos aprisionados en la indicada matriz de pavimento.
2. Recinto según la reivindicación 1, caracterizado porque la indicada camisa (1) se realiza por enrollamiento filamentoso de resina epoxi o similar.
3. Recinto según la reivindicación 1, caracterizado porque la indicada camisa (1) está hecha de material cerámico o de vidrio.
4. Recinto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los indicados tubos (4) están uniformemente repartidos por todas las superficies internas de dicha camisa.
5. Recinto según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los indicados tubos (4) forman una pluralidad de alfileres, particularmente de acero inoxidable de poco espesor.
6. Recinto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los indicados tubos (4) están hechos de un material eléctricamente aislante, por consiguiente transparente al flujo magnético, particularmente de vidrio, vidrio-epoxi.
7. Recinto según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque una placa (7) de estratificado de vidrio está dispuesta entre la mencionada camisa (1) y los indicados tubos (4) y adoquinados (5) con el fin de facilitar la colocación y por consiguiente la fijación de estos últimos sobre la indicada camisa.
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