ES2869968T3 - Horno de inducción, instalación de extrusión y método - Google Patents

Abstract

Horno de inducción (1) con - una pluralidad de imanes permanentes (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26) para generar un campo magnético en un espacio interior (4), - un medio de sujeción (16, 17) mediante el cual se puede sujetar una pieza de trabajo (5) en el espacio interior (4) para un calentamiento, y - un accionamiento para generar un movimiento relativo entre el dispositivo de sujeción (16, 17) y los imanes permanentes (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26), adecuado para calentar una pieza de trabajo, caracterizado por otros imanes (27) adyacentes al dispositivo de sujeción (16, 17) para una pieza de trabajo (5), que reducen el campo magnético generado por los imanes permanentes (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26) en la zona del dispositivo de sujeción (16, 17) y/o por un blindaje magnético (28) para una zona, en la que está dispuesto el dispositivo de sujeción.

Description

DESCRIPCIÓN

Horno de inducción, instalación de extrusión y método

La invención se refiere a un horno de inducción para calentar una pieza de trabajo compuesta de metal, en particular a temperaturas de entre 400°C y 1.100°C para aplicaciones industriales. La invención se refiere además a una instalación de extrusión que comprende un horno de inducción y a un método para calentar una pieza de trabajo en un horno de inducción.

En un horno de inducción, se genera una corriente de Foucault con ayuda de un campo magnético, que varía en relación con la pieza de trabajo compuesta de metal. De este modo se calienta la pieza de trabajo.

Con poco esfuerzo técnico, se pueden generar campos magnéticos variables con ayuda de una bobina. Una bobina puede adaptarse a los requisitos geométricos deseados con poco esfuerzo técnico. Las bobinas tienen un peso relativamente bajo y un espacio constructivo relativamente pequeño. Por lo tanto, los hornos de inducción habituales incluyen bobinas para generar campos magnéticos alternos.

Un dispositivo con un crisol para fundir materiales es conocido del documento DE 39 10777 A1. Se genera un campo magnético variable con la ayuda de una bobina. Además de esto, se utilizan imanes permanentes para generar un campo magnético de corriente continua que, entre otras cosas, pretende calmar un flujo de fusión. Con la ayuda de un accionamiento lineal, el material fundido puede ser transportado hacia dentro y hacia fuera del dispositivo.

Para evitar las pérdidas de energía eléctrica en dichos hornos de inducción, pueden utilizarse bobinas de material superconductor. Sin embargo, el esfuerzo técnico que se requiere entonces es muy elevado, por lo que estos hornos de inducción no se han impuesto en la práctica.

Del documento WO 2013/128241 A1 se conoce un dispositivo para calentar inductivamente una pieza de trabajo metálica. El dispositivo comprende un cuerpo tubular, que lleva una pluralidad de imanes permanentes dispuestos dentro del cuerpo tubular. La pieza de trabajo está dispuesta dentro del cuerpo tubular. Un motor hace girar el cuerpo tubular con respecto a la pieza de trabajo para calentarla. En el documento US 2010/0147833 A1 se describe un aparato y un método correspondiente para calentar por inducción una pieza de trabajo. Una primera unidad magnética gira alrededor de una pieza de trabajo metálica, en donde se utiliza una bobina superconductora.

Un calentamiento mediante imanes se describe además en el documento US 3,272,956.

La tarea de la invención consiste en poder calentar una pieza de trabajo con un bajo aporte de energía, en particular para un conformado.

La tarea de la invención se resuelve mediante el objeto de la reivindicación 1 y un método que tiene las características de la reivindicación subsidiaria. Unas configuraciones ventajosas resultan de las reivindicaciones dependientes.

El horno de inducción incluye una pluralidad de imanes permanentes para generar un campo magnético en un espacio interior, para resolver la tarea. Hay un dispositivo de sujeción, mediante el cual se puede sujetar una pieza de trabajo en el espacio interior para calentarla. Hay un accionamiento, preferiblemente con una velocidad regulable, para generar un movimiento relativo entre el dispositivo de sujeción y los imanes permanentes.

Los imanes permanentes proporcionan un campo magnético, sin tener que utilizar para ello energía eléctrica. Mediante el accionamiento y debido al movimiento relativo generado por ello, se consigue que el campo magnético en la pieza de trabajo metálica varíe. De este modo, se genera una corriente de Foucault en la pieza de trabajo metálica, mediante la cual se calienta la pieza de trabajo. Si la velocidad del accionamiento es regulable, el proceso de calentamiento puede controlarse variando la velocidad.

Se proporciona una pluralidad de imanes permanentes, para poder alinear sus direcciones de magnetización de manera diferente. La diferente alineación permite proporcionar un campo magnético especialmente intenso de, por ejemplo, 0,5 a 1 T en el espacio interior, lo que permite calentar una pieza de trabajo a temperaturas superiores a 400°C, sin tener que realizar para ello un movimiento relativo excesivamente rápido entre los imanes permanentes y la pieza de trabajo. La energía de accionamiento a aplicar para el accionamiento, normalmente energía eléctrica para un par aplicado por un motor eléctrico, se convierte en energía calorífica casi sin pérdida por las corrientes de Foucault resultantes en la pieza de trabajo. En general, de esta manera una pieza de trabajo metálica puede ser calentada con relativamente poca energía hasta una temperatura de conformación, que permita una conformación como la extrusión.

Las temperaturas de conformación dependientes del material requeridas para tal conformación como la extrusión están situadas generalmente entre 400 °C y 1.100 °C, lo que puede lograrse con el exigente horno de inducción. Sobre todo, los metales no ferrosos, como el aluminio, el cobre o el latón, se procesan por extrusión, por ejemplo, para obtener perfiles de aluminio para ventanas o productos semiacabados de aluminio, tubos de aluminio o de cobre o bien perfiles de cobre y latón. Normalmente, se utilizan "pernos" como pieza de trabajo. Estos pernos de aluminio, cobre o latón suelen tener secciones transversales circulares con diámetros de 100 a 400 mm y longitudes entre 250 y 1.500 mm. Dichas piezas de trabajo pueden ser llevadas a las temperaturas requeridas para su conformación en caliente, para posteriormente darles forma, por ejemplo, por extrusión.

El dispositivo de sujeción se implementa preferentemente mediante un dispositivo de fijación. En una forma de realización preferida, una pieza de trabajo a calentar se fija entre dos cilindros de sujeción del dispositivo de sujeción y, por lo tanto, se sujeta preferiblemente sólo mediante unión por fuerza externa o unión por fricción. Esta forma de realización permite disponer el dispositivo de sujeción, incluyendo sus cilindros de sujeción, por fuera del espacio interior o al menos en gran medida por fuera del espacio interior y, por tanto, por fuera del intenso campo magnético presente en el mismo. De este modo se evita, o al menos se mantiene bajo, un calentamiento indeseado del dispositivo de sujeción debido a las corrientes de Foucault que se producen en el dispositivo de sujeción, como consecuencia de los movimientos relativos.

En una conformación, los imanes permanentes están apantallados caloríficamente respecto al espacio interior. Preferiblemente, los imanes permanentes tienen una distancia relativamente pequeña a la pieza de trabajo a calentar, para poder calentar lo suficiente con un bajo aporte de energía. Para no poner en peligro la magnetización de los imanes permanentes por la pieza de trabajo calentada, está previsto el blindaje térmico que separa térmicamente una pieza de trabajo situada en el horno de inducción de los imanes permanentes.

El blindaje térmico comprende, en particular, una superficie pulida contigua al espacio interior. De este modo, los imanes permanentes pueden protegerse adecuadamente del calor de una manera técnicamente especialmente sencilla. Al menos, la superficie pulida ayuda a proteger suficientemente los imanes permanentes del calor. La superficie pulida se compone básicamente de metal, por ejemplo aluminio con superficie pulida o un acero inoxidable con superficie pulida, que está vuelta hacia el espacio interior.

Preferiblemente, el blindaje térmico sobresale de los lados frontales de los imanes permanentes, para de esta manera mejorar aún más la protección de los imanes permanentes contra un sobrecalentamiento sin necesidad, para ello, de una refrigeración activa técnicamente compleja.

El horno de inducción preferiblemente no comprende una refrigeración activa, por ejemplo que consuma energía eléctrica, para mantener de esta forma bajos el esfuerzo técnico y el espacio constructivo. Sin embargo, si es necesario, se puede prever la posibilidad de proporcionar una refrigeración activa, por ejemplo.

En una conformación, el blindaje térmico comprende, como escudo que apantalla térmicamente, una pluralidad de paredes que están preferiblemente separadas espacialmente entre sí por espaciadores. Cada pared puede constar de una chapa, que preferiblemente está pulida en el lado vuelto hacia el espacio interior. Uno o más cilindros huecos pueden estar previstos como escudo, que separan los imanes permanentes del espacio interior. Debido a los espaciadores, queda una rendija entre dos cilindros huecos. Entre dos cilindros huecos queda entonces un espacio intermedio que se llena de gas, por ejemplo, de aire. De esta manera, los imanes permanentes pueden mejorarse ulteriormente para protegerlos del calor, que surge en el espacio interior debido al calentamiento del material. Es posible calentar piezas de trabajo metálicas a temperaturas de 400 °C y más, sin tener que refrigerar para ello activamente los imanes permanentes de forma técnicamente compleja.

En una configuración de la invención está previsto un dispositivo, que se gira alrededor del espacio interior durante el funcionamiento para crear, de esta manera, un flujo de gas o aire a través del horno de inducción. En particular, el dispositivo comprende unos medios de desviación capaces de desviar el aire mediante un movimiento de rotación, de manera que se genere con ello un flujo de gas o aire a través del horno de inducción. De este modo, los imanes permanentes pueden protegerse adecuadamente de un sobrecalentamiento.

En una configuración, las zonas de pared del escudo están estructuradas de tal manera que, de este modo, el transporte de aire o gas a lo largo del escudo es apoyado para disipar el calor. En particular, se proporcionan nervios, aletas o acanaladuras, que se extienden desde una abertura de entrada en el horno de inducción hasta una abertura de salida hacia fuera del horno de inducción, o al menos están orientados de forma que promueven el flujo de aire o gas deseado a través del horno de inducción. Los nervios, aletas o acanaladuras se extienden, en particular, de forma oblicua con respecto al eje de rotación de los imanes permanentes y, por tanto, de forma antiparalela al eje de rotación, con el fin de promover el transporte de gas o aire deseado en una medida especial.

El blindaje térmico puede ser movido preferentemente por un accionamiento, y en particular junto con los imanes permanentes. Preferiblemente, sólo está previsto un accionamiento para este fin con el fin de minimizar el esfuerzo técnico. Esto promueve un intercambio de gas o aire a lo largo del blindaje y/o dentro del blindaje, mejorando así el blindaje térmico sin tener que utilizar una refrigeración activa para los imanes permanentes.

En una configuración está previsto un accionamiento, que acciona una disposición de aletas de tal manera, que se crea un flujo de aire adyacente al espacio interior y preferiblemente a lo largo del espacio interior y/o a través del horno de inducción. De este modo, los imanes permanentes están más protegidos contra el calentamiento excesivo, sin necesidad para ello de una refrigeración activa. La disposición de aletas se mueve preferiblemente junto con los imanes permanentes mediante un solo accionamiento, para minimizar el número de accionamientos necesarios y, por tanto, el esfuerzo técnico. Las aletas, en el sentido de la presente invención, comprenden piezas superpuestas en los lados frontales del horno de inducción que, en caso de movimientos relativos, hacen que el aire fluya hacia dentro y/o hacia fuera del horno de inducción.

El accionamiento mencionado en cada caso es en particular un accionamiento eléctrico, que en principio comprende un motor eléctrico. La velocidad del motor es preferiblemente regulable. En principio, existe entonces un sistema de control con el que se puede ajustar la velocidad del motor y, por tanto, también modificarla. Es preferible que haya exactamente un accionamiento, para que el esfuerzo técnico y el espacio constructivo sean reducidos.

La dirección de magnetización de un imán permanente discurre desde el polo sur al polo norte del imán permanente. Estas direcciones de magnetización de los imanes permanentes se orientan preferentemente de forma diferente, para proporcionar un campo magnético particularmente intenso en el espacio interior. En particular, la orientación de una dirección de magnetización de un imán permanente está inclinada con respecto a la orientación de la dirección de magnetización de un imán permanente anularmente adyacente. Esta dirección de inclinación se mantiene a lo largo de una forma anular, de modo que la dirección de magnetización se inclina en una dirección de imán permanente a imán permanente, para poder proporcionar así un campo magnético particularmente intenso en el espacio interior.

En una configuración, los imanes permanentes enfrentados dentro de una forma anular tienen la misma dirección de magnetización para, de esta manera, proporcionar un campo magnético particularmente intenso en el espacio interior. En una configuración, el ángulo de inclinación, alrededor del cual se inclina la dirección de magnetización de dos imanes permanentes dispuestos adyacentes a lo largo de una forma anular es de al menos 10°, preferiblemente de al menos 20°, más preferiblemente de al menos 30° y/o no más de 60°, más preferiblemente no más de 50°. La dirección de magnetización de un imán permanente forma entonces un ángulo de al menos 10°, preferiblemente de al menos 20°, más preferiblemente de al menos 30° y/o no más de 60°, más preferiblemente no más de 50°, con la dirección de magnetización del imán permanente adyacente a lo largo de la forma anular. Se ha comprobado que estos ángulos de inclinación son adecuados para proporcionar un campo magnético adecuadamente intenso en el espacio interior, que permite un calentamiento hasta las temperaturas de conformación incluso con movimientos relativos relativamente lentos.

Preferiblemente, el accionamiento puede hacer girar los imanes permanentes alrededor del espacio interior. Esto evita tener que girar una pieza de trabajo muy calentada, lo que técnicamente no es fácil debido a la generación de calor, así como al espacio limitado. Sin embargo, también es posible girar adicionalmente la pieza de trabajo con relativa lentitud en la dirección opuesta. Además de esto, también es posible girar sólo la pieza de trabajo, para calentar la pieza de trabajo de esta manera hasta la temperatura de conformación.

En una configuración, existe una disposición anular, preferiblemente de varias capas, de los imanes permanentes alrededor del espacio interior, para poder proporcionar un intenso campo magnético en el espacio interior. Preferiblemente, los imanes permanentes están dispuestos uno encima del otro, uno al lado del otro y/o uno detrás del otro, para poder proporcionar un intenso campo magnético en el espacio interior. Los imanes permanentes se disponen preferiblemente en múltiples capas, en donde las capas se disponen desplazadas entre sí, para poder proporcionar un intenso campo magnético en el espacio interior sin tener que proporcionar para ello un espacio constructivo excesivamente grande para los imanes permanentes. Preferiblemente, queda una separación entre una forma anular formada por imanes permanentes y una forma anular adyacente formada por imanes permanentes dispuestos por encima o por debajo. Esta separación permite que los imanes permanentes se sujeten o se fijen adecuadamente mediante un elemento de sujeción de imanes permanentes. Esta separación se rellena, en particular, con material estructural, que también es responsable de la absorción de las fuerzas centrífugas durante una rotación.

En una configuración, los imanes permanentes se sujetan a prueba de giros uno con respecto al otro mediante un elemento de sujeción de imán permanente de este tipo, en particular mediante unión geométrica. Si hay que mover los imanes permanentes, basta con mover el elemento de sujeción de imán permanente y, por tanto, también la totalidad de los imanes permanentes. De esta manera, el esfuerzo técnico puede mantenerse bajo.

En una configuración, un blindaje magnético está fijado exteriormente al elemento de sujeción de imán permanente y/o un blindaje térmico interiormente al elemento de sujeción de imán permanente.

El elemento de sujeción de imán permanente está compuesto preferiblemente de aluminio, titanio y/o acero inoxidable, es decir, de un metal no magnetizable o solo débilmente magnetizable. En particular, no se utiliza ningún material ferromagnético para el elemento de sujeción. Esto ayuda a que puede proporcionarse un intenso campo magnético en el espacio interior.

Si los imanes permanentes están dispuestos en múltiples capas, los imanes permanentes exteriores tienen preferiblemente un diámetro mayor que los imanes permanentes interiores, para proporcionar un campo magnético particularmente intenso en el espacio interior. Los imanes permanentes exteriores tienen una distancia mayor al espacio interior que los imanes permanentes interiores. En particular, el diámetro de los imanes aumenta continuamente desde el interior hacia el exterior. Esto mejora aún más la capacidad de proporcionar un intenso campo magnético en el espacio interior.

En una configuración, los imanes permanentes tienen una sección transversal que no es rotativamente simétrica. En particular, la sección transversal es poligonal y/o comprende un chaflán. De forma técnicamente sencilla, esto permite un apoyo a prueba de giros, que garantiza la alineación deseada de los campos magnéticos. Además de esto, un chaflán puede, por ejemplo, indicar la dirección de magnetización del imán permanente respectivo, para facilitar una disposición correcta durante la construcción del horno de inducción. Por ejemplo, en un ejemplo de realización, siempre hay un chaflán en el polo norte de cada imán permanente para, de esta manera, indicar el polo norte.

En una conformación, un elemento de sujeción de imán permanente está provisto de unidades enchufables para imanes permanentes, que prefijan una dirección de instalación y una posición de instalación. Por lo tanto, sólo es posible de una manera exacta llevar un imán permanente con una sección transversal no rotacionalmente simétrica a una unidad enchufable. De este modo, se evitan con especial fiabilidad los errores de instalación. Por ejemplo, en esta forma de realización, los imanes permanentes comprenden un chaflán u otro medio de alineación, mediante el cual se asegura que sólo es posible una dirección de instalación.

En una configuración según la invención, hay otros imanes además de los imanes permanentes ya mencionados, y concretamente adyacentes a zonas del dispositivo de sujeción para la pieza de trabajo. Los imanes adicionales reducen el campo magnético generado por los imanes permanentes en la zona del dispositivo de sujeción o de sus componentes. Los imanes adicionales se disponen preferiblemente anularmente alrededor de la zona en la que se quiere reducir el campo magnético. De este modo, se evita el calentamiento indeseado del dispositivo de sujeción. Los imanes adicionales están dispuestos en particular adyacentes a los lados frontales de los imanes permanentes citados.

La dirección de magnetización de un imán adicional se extiende desde el polo sur al polo norte del imán adicional. Estas direcciones de magnetización de los imanes adicionales se orientan preferiblemente de forma diferente, para reducir en total, por lo tanto, el campo magnético resultante en la zona de los componentes del dispositivo de sujeción. En particular, la orientación de una dirección de magnetización de un imán adicional está inclinada con respecto a la orientación de la dirección de magnetización de un imán adicional anularmente adyacente. Esta dirección de inclinación se mantiene a lo largo de una forma anular, de modo que la dirección de magnetización se inclina en una dirección de imán adicional a imán adicional, para poder mantener así el campo magnético resultante bajo en la zona abarcada por los imanes adicionales.

En una configuración, los imanes adicionales opuestos entre sí dentro de una forma anular tienen la misma dirección de magnetización, a fin de proporcionar un campo magnético particularmente bien reducido en dicha zona interior.

En una configuración, el ángulo de inclinación, alrededor del cual se inclina la dirección de magnetización de otros dos imanes dispuestos adyacentes a lo largo de una forma anular es de al menos 10°, preferiblemente de al menos 20°, más preferiblemente de al menos 30° y/o no más de 60°, más preferiblemente no más de 50°. La dirección de magnetización del otro imán forma entonces un ángulo de al menos 10°, preferiblemente de al menos 20°, más preferiblemente de al menos 30° y/o no más de 60°, más preferiblemente no más de 50°, con la dirección de magnetización del otro imán adyacente a lo largo de la forma anular. Estos ángulos de inclinación se han considerado adecuados para proporcionar un campo magnético convenientemente reducido en dicha zona interior, con el fin de proteger del calentamiento a los componentes del dispositivo de sujeción situados en la zona interior. Preferiblemente, un accionamiento, preferiblemente el ya mencionado, puede hacer girar los imanes adicionales alrededor de dicha zona interior. De este modo, pueden generarse corrientes de Foucault en los componentes eléctricamente conductores del dispositivo de sujeción, que se dirigen en dirección opuesta a las corrientes de Foucault inducidas por los imanes permanentes. De este modo, se evita mejor un calentamiento indeseado de los componentes del dispositivo de sujeción.

En una configuración, los imanes adicionales se sujetan a prueba de giros uno con respecto al otro mediante un elemento de sujeción de imán, en particular mediante una unión geométrica. El elemento de sujeción de imán es, en particular, una parte del elemento de sujeción citado del imán permanente. Si hay que mover los imanes adicionales, basta con mover el elemento de sujeción de imán y, por tanto, también la totalidad de los imanes adicionales. De esta manera, el esfuerzo técnico puede mantenerse bajo.

En una configuración, los imanes adicionales tienen una sección transversal que no es rotacionalmente simétrica. En particular, la sección transversal es poligonal y/o comprende un chaflán, una acanaladura u otros medios de alineación. De este modo, se consigue, de forma técnicamente sencilla, un apoyo fijo a prueba de giros, que garantiza la alineación deseada de los campos magnéticos. Además de esto, por ejemplo, un chaflán, una acanaladura o cualquier otro medio de alineación puede indicar la dirección de magnetización del imán adicional respectivo, para facilitar una disposición correcta durante la construcción del horno de inducción. Por ejemplo, en un ejemplo de realización, siempre se proporciona un chaflán en el polo norte en cada imán adicional, para indicar de esta manera el polo norte.

En una configuración, un elemento de sujeción de imán está provisto de unidades enchufables para imanes adicionales, que prefijan una dirección de instalación y una posición de instalación. En ese caso, sólo es posible entonces, exactamente de una forma, introducir en una unidad enchufable cada uno de los imanes adicionales con sección transversal no rotacionalmente simétrica. De este modo, se evitan con especial fiabilidad los errores de instalación. Por ejemplo, en esta forma de realización, los imanes adicionales comprenden un chaflán u otro medio de alineación, mediante el cual se asegura que sólo es posible una dirección de instalación.

Preferiblemente, dichos imanes adicionales son también imanes permanentes.

Alternativa o adicionalmente, en una forma de realización según la invención, además de los imanes adicionales que reducen el campo magnético en la zona del dispositivo de sujeción, hay un blindaje magnético para el dispositivo de sujeción. Este blindaje magnético para el dispositivo de sujeción está dispuesto, en particular, frontalmente de forma adyacente a los imanes permanentes y, en particular, de forma adyacente al perímetro interior de los imanes permanentes. Este blindaje magnético para el dispositivo de sujeción es preferiblemente en forma de cilíndrico hueco, en forma de disco o de tolva, en donde la forma de tolva se abre hacia fuera visto desde el espacio interior. Es preferible una forma de tolva, ya que se apantalla de forma especialmente adecuada y, sin embargo, es posible un modo constructivo compacto. Este blindaje magnético se compone, por ejemplo, de material ferromagnético. En el caso de un cilindro hueco, el diámetro de la base de la tolva adyacente a los imanes permanentes es preferiblemente menor o igual al diámetro del perímetro interior de los imanes permanentes dispuestos anularmente.

En el caso de otro tipo de blindaje magnético, como por ejemplo un blindaje cilíndrico hueco, el diámetro de la zona del blindaje adyacente a los imanes permanentes es preferiblemente menor o igual que el diámetro del perímetro interior de los imanes permanentes dispuestos anularmente. Esto ayuda a proteger adecuadamente el dispositivo de sujeción del calentamiento.

En una configuración, el dispositivo de sujeción comprende uno o más discos de separación de cerámica, que inhiben una conducción de calor desde la pieza de trabajo al dispositivo de sujeción. Además de esto, el dispositivo de sujeción está hecho total o predominantemente de metal. El metal se selecciona entonces para que sea especialmente resistente a la temperatura. La temperatura de conformación del metal para el dispositivo de sujeción es preferiblemente superior a 800 °C, más preferiblemente superior a 1.000 °C, muy preferiblemente superior a 1.100 °C.

Ventajosamente, hay un blindaje magnético que apantalla magnéticamente los imanes permanentes respecto al exterior. El blindaje magnético evita los campos magnéticos por fuera del horno de inducción. Ventajosamente, esto evita el calentamiento de objetos eléctricamente conductores por fuera del horno de inducción, que de otro modo podría tener lugar cuando los imanes permanentes se mueven. Además, las piezas metálicas no son atraídas magnéticamente de forma no planificada, o casi nunca, por el horno de inducción, o se ven perjudicadas de otra manera. Por ejemplo, el blindaje magnético se compone de un material que tiene una alta permeabilidad magnética. Los materiales ferromagnéticos son adecuados para un blindaje magnético. Por ejemplo, el blindaje magnético es una capa que se compone de metal p o de acero recocido.

El espacio interior es preferiblemente alargado. Por lo tanto, el espacio interior tiene una longitud relativamente grande en comparación con su diámetro. En dicho espacio interior, se puede proporcionar un campo magnético adecuadamente intenso, ya que es posible una pequeña distancia entre los imanes permanentes y el eje central alargado del espacio interior.

El espacio interior tiene en particular una longitud de 25 cm a 150 cm y/o un diámetro de 10 cm a 50 cm. En un espacio interior de tales dimensiones, se puede proporcionar un campo magnético adecuadamente intenso con la ayuda de imanes permanentes, para poder calentar así una pieza de trabajo a temperaturas superiores a 400 °C, sin tener que realizar movimientos relativos excesivamente rápidos para ello. En particular, son suficientes entonces unas bajas frecuencias, con las que debe girar una pieza de trabajo en relación con los imanes permanentes. Unas frecuencias de 10-20 Hz suelen ser suficientes.

El dispositivo de sujeción para una pieza de trabajo está construido, en particular, de tal manera que es capaz de sujetar dos extremos de una pieza de trabajo alargada situada en el espacio interior, en principio mediante una unión geométrica y/o una unión por fuerza externa o por fricción. El dispositivo de sujeción puede entonces disponerse por fuera del espacio interior. En esta configuración, el dispositivo de sujeción puede estar compuesto completamente o al menos predominantemente de metal, sin tener que temer un calentamiento excesivo del dispositivo de sujeción. En particular, el dispositivo de sujeción está construido de tal manera, que es capaz de fijar una pieza de trabajo. El dispositivo de sujeción sujeta entonces una pieza de trabajo en unión por fuerza externa o por fricción.

En una configuración de la invención hay un dispositivo de suministro de gas, dispuesto de tal manera que un gas inerte, en particular N² , Ar o CO² puede conducirse entre una pieza de trabajo situada en el horno y las paredes del horno adyacentes al mismo, y precisamente durante el calentamiento. El espacio interior del horno de inducción, en el que se va a calentar una pieza de trabajo, se inunda entonces con gas inerte. De este modo, se evitan ventajosamente los procesos de oxidación sobre la superficie de la pieza de trabajo, que se producen durante el calentamiento o calefactado prolongado y que pueden reducir la calidad de la pieza de trabajo.

En una configuración técnicamente sencilla, el horno de inducción comprende un recipiente, que puede ser inundado con un gas inerte. El recipiente está dispuesto y diseñado de tal manera que, cuando se inunda el recipiente, el espacio interior del horno de inducción también se inunda con el gas inerte, evitando así procesos de oxidación perjudiciales. Por ejemplo, el horno de inducción puede estar envuelto por una envuelta exterior. Si se inunda el espacio interior de la envuelta, el espacio interior del horno de inducción previsto para calentar una pieza de trabajo también se inunda con gas inerte. En una configuración técnica especialmente sencilla, el recipiente tiene forma de artesa, es decir, está abierto hacia arriba. Un gas como el CO² se utiliza como gas inerte, que es más pesado que el aire.

En una configuración, para evitar los procesos de oxidación y con ello la degradación de la calidad asociada, el horno de inducción comprende un dispositivo para crear un vacío en el espacio interior del horno de inducción. Por lo tanto, el espacio interior del horno de inducción, en el que se puede calentar una pieza de trabajo, puede cerrarse por ello de forma estanca al gas, por ejemplo mediante una envuelta exterior cerradiza. Además de esto, se puede aspirar gas del espacio interior mediante una bomba, para crear de esta manera la presión negativa o un vacío deseado.

En una configuración, el horno incluye unas placas, y precisamente por lo general unas placas anulares en los lados frontales, que están dispuestas de tal manera que, por medio de ello, se impide el escape del gas inerte, que se introduce en el horno durante el calentamiento para evitar procesos de oxidación. De este modo, se pueden evitar, de forma mejorada, los procesos de oxidación desventajosos y el consiguiente deterioro de la calidad.

La invención se refiere además a una instalación de extrusión que comprende un exigente horno de inducción. El horno de inducción está dispuesto de tal manera, que puede calentar una pieza de trabajo antes de la extrusión, y más concretamente a una temperatura de conformación que suele estar entre 400 °C y 1.100 °C. Una vez que la pieza de trabajo se ha calentado hasta la temperatura de conformación, la pieza de trabajo calentada, que puede entonces conformarse con relativamente poca aplicación de fuerza, se transporta a otra estación de la instalación de extrusión y se extrusiona a través de esta estación adicional de manera prevista para formar una barra. La estación adicional comprende un punzón, con el que la pieza de trabajo llevada a la temperatura de conformación se prensa a través de una matriz. Entre otras cosas, se pueden producir varillas, alambres o tubos por extrusión.

La invención también se refiere a un método de calentamiento de una pieza de trabajo compuesta por metal, en un exigente horno de inducción, por medio de que se gira la pieza de trabajo en relación con los imanes permanentes del horno de inducción, hasta que la pieza de trabajo se haya calentado a una temperatura superior a 400 °C, de manera que la pieza de trabajo pueda conformarse por extrusión.

Preferiblemente, durante el calentamiento, un gas inerte se dirige sobre una o más superficies de la pieza de trabajo, de tal manera que los procesos de oxidación sobre la una o más superficies de la pieza de trabajo se impiden o se evitan. De este modo, se puede evitar la degradación de la calidad.

La invención permite una alta productividad al tiempo que reduce significativamente el consumo de energía directamente atribuible, en comparación con los hornos de inducción convencionales conocidos del estado de la técnica. La invención también puede utilizarse para el endurecimiento de aceros mediante calentamiento por inducción.

Aquí muestran:

la figura 1: un corte a través de un horno de inducción con imanes permanentes dispuestos en dos capas y anularmente;

la figura 2: una disposición anular de cuatro capas de imanes permanentes para un horno de inducción;

la figura 3: un horno de inducción con dispositivo de sujeción;

la figura 4: una disposición de aletas para el horno de inducción;

la figura 5: un blindaje térmico con textura;

la figura 6: unos imanes permanentes dispuestos anularmente con imanes adicionales para reducir el campo magnético generado por los imanes permanentes en la zona del dispositivo de sujeción;

la figura 7: un blindaje magnético en forma de tolva para el dispositivo de sujeción;

la figura 8: un horno de inducción con entrada para gas inerte.

La figura 1 muestra un corte a través de un horno de inducción 1 con una pluralidad de imanes permanentes 2, 3 para generar un campo magnético en un espacio interior 4.

Los imanes permanentes 2, 3 están dispuestos en dos capas así como anularmente alrededor del espacio interior 4. En el espacio interior 4 se dispone una pieza de trabajo cilíndrica 5 compuesta por metal, que se sujeta por sus extremos mediante un dispositivo de sujeción.

Hay imanes permanentes externos 2 e imanes permanentes internos 3. Los imanes permanentes externos 2 tienen una distancia mayor al espacio interior 4 que los imanes permanentes internos 3. Los imanes permanentes externos 2 tienen un diámetro mayor que los imanes permanentes internos 3. Los imanes permanentes externos 2 forman una primera forma anular. Los imanes permanentes internos 3 forman una segunda forma anular. Por lo tanto, hay dos capas anulares formadas por los imanes permanentes 2 y 3, respectivamente. Los imanes permanentes 2 de la primera capa anular no están dispuestos desplazados con respecto a los imanes permanentes 3 de la segunda capa anular. Queda una separación entre las dos capas anulares, al menos en general. Los imanes permanentes dentro de una capa anular se empaquetan lo más estrechamente posible y, por tanto, tienen la menor distancia posible entre sí, de modo que al menos casi se tocan.

Un blindaje térmico se compone de dos cilindros huecos 6 que actúan como un escudo, que están espacialmente separados entre sí por espaciadores no mostrados, de tal manera que una rendija lleno de aire permanece entre los dos cilindros huecos 6. Los lados interiores, es decir, los lados vueltos hacia el espacio interior 4, de los cilindros huecos 6 están pulidos, para reflejar especialmente bien la radiación calorífica.

Los imanes permanentes 2, 3 están apantallados magnéticamente respecto al exterior por un blindaje magnético cilíndrico hueco 7. El blindaje magnético cilíndrico hueco 7 también puede contribuir a absorber las fuerzas durante la rotación y, por lo tanto, puede estar contraído.

La dirección de magnetización de cada imán permanente 2, 3 se indica mediante las flechas 8, 9, 10. La dirección de magnetización 8 de un primer imán permanente 2 mostrado en la figura 1 anterior discurre verticalmente de abajo a arriba, es decir, del polo sur al polo norte del imán permanente asociado 2. El imán permanente adyacente 2 dispuesto a la derecha tiene una dirección de magnetización 9, que está inclinada o girada hacia la derecha en 45° en comparación con la dirección de magnetización 8. La dirección de magnetización 8 forma por lo tanto un ángulo de 45° con la dirección de magnetización 9. El imán permanente 2, que está dispuesto a la derecha del imán permanente 2 que tiene la dirección de magnetización 9, tiene una dirección de magnetización 10 que se extiende horizontalmente de izquierda a derecha. Por lo tanto, esta está inclinado o girada 45° más en comparación con la dirección de magnetización 9. Esta rotación de la dirección de magnetización continúa de un imán permanente 2, 3 al siguiente imán permanente adyacente 2, 3 a lo largo de la forma anular, hasta que se alcanza de nuevo la dirección de magnetización 8, que discurre de abajo a arriba. Este imán permanente 2 adicional mostrado en la parte inferior de la figura 1 con la dirección de magnetización 8 es opuesto al imán permanente 2 con dirección de magnetización 8 anteriormente mencionado. De esta manera, después de pasar por un semicírculo a lo largo de la forma anular asociada, se alcanza de nuevo la misma dirección de magnetización.

De forma similar, las direcciones de magnetización varían en los imanes permanentes interiores 3. Como se muestra en la figura 1, un imán permanente 3 de la forma anular interior tiene la misma dirección de magnetización que un imán permanente adyacente 2 de la forma anular exterior.

Los imanes permanentes 2, 3 tienen una sección octogonal y están ubicados en unidades enchufables con una sección transversal octogonal de un elemento de sujeción de imán permanente 11 compuesto de aluminio. Los imanes permanentes 2, 3 se sujetan al elemento de sujeción de imán permanente 11 a prueba de giros mediante la unión geométrica que se logra de este modo.

El elemento de sujeción de imán permanente 11 puede girar alrededor de la pieza de trabajo 5 mediante un accionamiento eléctrico o neumático, no mostrado, junto con el blindaje térmico 6, para calentar de este modo la pieza de trabajo 5 compuesta de de metal hasta la temperatura de conformación. Al girar el elemento de sujeción de imán permanente 11 a una frecuencia de unos 15 Hz, se genera un flujo de aire a través del espacio interior 4, así como a través de la rendija entre los dos cilindros huecos 6 debido a una disposición de aletas no mostrada en la figura 1, por lo que se disipa calor. Esta disipación de calor protege a los imanes permanentes 2, 3 de un calentamiento excesivo. El espacio interior 4 tiene una longitud de aproximadamente 100 cm y un diámetro de aproximadamente 30 cm. El horno de inducción 1 incluye un sistema de control, no mostrado, que controla la rotación del elemento de sujeción de imán permanente 11 y la velocidad de rotación.

La figura 2 muestra una disposición anular de imanes permanentes poligonales formada por cuatro capas para un horno de inducción, alrededor de un espacio interior 4. Los imanes permanentes 12 de la capa anular exterior están dispuestos desplazados con respecto a los imanes permanentes 13 de una capa anular adyacente a la misma. Los diámetros de los imanes permanentes 12, que están situados en la capa exterior, son mayores que los diámetros de los imanes permanentes 13 situados en la capa anular adyacente a la misma. Los imanes permanentes 14, que también están dispuestos en la capa anular y que son adyacentes al lado interior de la forma anular con los imanes permanentes 13, están a su vez dispuestos de forma desplazada con respecto a los imanes permanentes 13. Además de esto, el diámetro de los imanes permanentes 14 se reduce aún más. Lo mismo ocurre con los imanes permanentes 15 de la capa anular más interna. Estos imanes permanentes 15 de la capa anular más interna están dispuestos de forma desplazada respecto a los imanes permanentes 14 de la capa adyacente a la misma. Además, los imanes permanentes 15 de la capa más interna tienen el diámetro más pequeño. Queda una separación entre cada una de las capas anulares. Los imanes permanentes de una capa se tocan entre sí.

La figura 3 muestra un horno de inducción 1 con un blindaje magnético externo 7. Un elemento de sujeción para una pieza de trabajo 5 comprende dos cilindros de sujeción 16, a través de los cuales se puede fijar la pieza de trabajo 5 como se muestra en la figura 3. A continuación, la pieza 5 se sujeta mediante unión por fuerza externa o por fricción. Los cilindros de sujeción 16 están montados sobre unos carros 17, que pueden desplazarse a lo largo de un raíl 18. De este modo, la pieza de trabajo 5 puede introducirse en el horno de inducción 1 y salir después de ser calentada a la temperatura de conformación. Indicado por una flecha 19 hay un dispositivo de alimentación, que puede alimentar otras piezas de trabajo al dispositivo de sujeción.

Los cilindros de sujeción 16 incluyen capas intermedias cerámicas, para reducir una conducción de calor desde la pieza de trabajo hacia los cilindros de sujeción. La velocidad de rotación del accionamiento para hacer girar el horno de inducción 1, que no se muestra, puede regularse para poder así controlar el calentamiento de una pieza de trabajo 5. La figura 4 muestra un ejemplo de una disposición de aletas para el horno de inducción. Los escudos 6 están separados entre sí y giran durante el funcionamiento según la flecha 21. A los escudos 6 se han aplicado unas aletas 20 mostradas en vista en instalación, que están inclinadas de tal manera que el aire que afluye debido al movimiento de rotación 21 se desvía a través de las aletas 20, y precisamente hacia la rendija entre los cilindros huecos 6. De este modo, se genera un flujo de aire a través de la rendija, que es capaz de disipar calor. La figura 4 ilustra además que el blindaje sobresale preferiblemente de los imanes permanentes 12, 13, 14, 15, con el fin de proteger particularmente bien los imanes permanentes 12, 13, 14, 15 de un sobrecalentamiento. La figura 4 muestra además que es preferible que haya más de dos cilindros huecos 6, por ejemplo los seis cilindros huecos 6 mostrados en la figura 4, para mejorar aún más la protección de los imanes permanentes 12, 13, 14, 15 contra un sobrecalentamiento.

La figura 5 muestra una configuración preferida de un blindaje térmico con una textura 22 sobre la superficie de un cilindro hueco 6 que tiene un lado interior pulido 23. En relación con el eje de rotación 24 del cilindro hueco 6, las texturas 6 discurren oblicuamente de tal manera, que el transporte de gas o aire es promovido de este modo paralelo al eje de rotación 24, cuando el cilindro hueco 6 se gira durante el funcionamiento. En el caso de la figura 5, las texturas 22 se presentan en forma de nervios. Sin embargo, alternativa o adicionalmente, también pueden estar previstas unas acanaladuras, que discurren inclinadas con respecto al eje de rotación 24 para, de este modo, promover el transporte de gas o aire disipador de calor.

La figura 6 muestra los imanes permanentes 12, 13, 14, 15, 25, 26 dispuestos anularmente que, en caso de movimiento relativo en la pieza de trabajo, generan una corriente de Foucault para, de esta manera, calentar la pieza. En el caso de la figura 6, hay un total de seis capas anulares. Están previstos unos imanes adicionales 27 adyacentes a los lados frontales de dichos imanes permanentes 12, 13, 14, 15, 25, 26, para reducir el campo magnético generado por los imanes permanentes en la zona del dispositivo de sujeción. Las direcciones de magnetización de los imanes adicionales 27 están así convenientemente orientadas en sentido contrario a las direcciones de magnetización de dichos imanes permanentes 12, 13, 14, 15, 25, 26, de forma que mediante esto el campo magnético se reduce en los lados extremas. En esta zona con intensidad de campo magnético reducida, se disponen entonces componentes eléctricamente conductores del dispositivo de sujeción, por ejemplo, los cilindros de sujeción 16. Los imanes adicionales 27 son preferiblemente también imanes permanentes. Los mismos se disponen preferiblemente adyacentes a una capa interna, y precisamente por ejemplo adyacentes a la capa más interna o, como se muestra en el caso de la figura 6, a una penúltima capa 25, según se contempla desde el exterior, que es adyacente a la capa más interna 26, con el fin de reducir así el campo magnético en los lados frontales de forma especialmente adecuada.

La figura 7 muestra una forma de realización con blindajes magnéticos en forma de tolva 28, cada uno de los cuales circunda una zona prevista para el dispositivo de sujeción. Estos blindajes magnéticos 28 para el dispositivo de sujeción están dispuestos frontalmente de forma adyacente a los imanes permanentes 12, 13, 14, 15. Cada tolva 28 es adyacente al perímetro interior de la capa anular más interna, que está formada por los imanes permanentes 15. A partir de este perímetro interior, la forma de tolva se abre, según se contempla desde el espacio interior, como se muestra en la figura 7. Este blindaje magnético 28 se compone de material ferromagnético.

La figura 8 muestra a modo de ejemplo una entrada 29 en una pared frontal, a través de la cual se puede dirigir un gas inerte al horno durante el calentamiento. En el lado opuesto hay una o más paredes frontales 30 que impiden, al menos, que el gas inerte salga del espacio interior del horno. De este modo, se pueden evitar las pérdidas de calidad debidas a los procesos de oxidación.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. - Horno de inducción (1) con

- una pluralidad de imanes permanentes (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26) para generar un campo magnético en un espacio interior (4),

- un medio de sujeción (16, 17) mediante el cual se puede sujetar una pieza de trabajo (5) en el espacio interior (4) para un calentamiento, y

- un accionamiento para generar un movimiento relativo entre el dispositivo de sujeción (16, 17) y los imanes permanentes (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26), adecuado para calentar una pieza de trabajo,

caracterizado por otros imanes (27) adyacentes al dispositivo de sujeción (16, 17) para una pieza de trabajo (5), que reducen el campo magnético generado por los imanes permanentes (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26) en la zona del dispositivo de sujeción (16, 17) y/o por un blindaje magnético (28) para una zona, en la que está dispuesto el dispositivo de sujeción.

2. - Horno de inducción según la reivindicación 1, caracterizado porque el movimiento relativo es un movimiento de rotación entre el dispositivo de sujeción (16, 17) y los imanes permanentes (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26).

3. - Horno de inducción según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por un blindaje térmico (6, 20) que protege térmicamente los imanes permanentes (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26) del espacio interior (4), comprendiendo el blindaje térmico (6, 20) en particular una superficie pulida (23), contigua al espacio interior (4), y/o una superficie estructurada para un transporte de gas.

4. - Horno de inducción según la reivindicación anterior, caracterizado porque la superficie estructurada comprende uno o varios nervios (22) y/o acanaladuras, que discurren antiparalelas a un eje de rotación (24), alrededor del cual giran los imanes permanentes (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26).

5. - Horno de inducción según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las direcciones de magnetización (8, 9, 10) de los imanes permanentes (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26) son diferentes y precisamente de forma preferida de tal manera, que siguen un movimiento de inclinación a lo largo de una forma anular.

6. - Horno de inducción según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por una disposición anular y/o multicapa de los imanes permanentes (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26) alrededor del espacio interior (4).

7. - Horno de inducción según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los imanes permanentes (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26) se sujetan a prueba de giros mediante un elemento de sujeción de imán permanente (11) dentro del elemento de sujeción de imán permanente (11), y precisamente en particular mediante una unión geométrica.

8. - Horno de inducción según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los imanes permanentes exteriores (2) tienen un diámetro mayor que los imanes permanentes interiores (3).

9. - Horno de inducción según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los imanes permanentes (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26) tienen una sección transversal que no es rotativamente simétrica y la sección transversal es en particular poligonal y/o comprende un chaflán, que es preferiblemente capaz de indicar la dirección de magnetización de los imanes permanentes.

10. - Horno de inducción según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los imanes adicionales (27) se sujetan a un elemento de sujeción de imán permanente (11) a prueba de giros, preferiblemente mediante unión geométrica, y/o los imanes adicionales (27) comprenden un medio de alineación, y/o los imanes adicionales (27) tienen diferentes direcciones de magnetización, y/o los imanes adicionales (27) están dispuestos, en particular de forma anular, en los lados frontales de los imanes permanentes (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26).

11. - Horno de inducción según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por un blindaje magnético (7), que apantalla magnéticamente los imanes permanentes (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26) hacia el exterior.

12. - Horno de inducción según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el espacio interior (4) es alargado y el dispositivo de sujeción (16, 17) puede sujetar dos extremos de una pieza de trabajo alargada (5), en donde el dispositivo de sujeción puede estar situado total o predominantemente por fuera del espacio interior (4).

13. - Horno de inducción según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el blindaje magnético (28) está dispuesto adyacente al perímetro interior de los imanes permanentes dispuestos anularmente (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26).

14. - Instalación de extrusión que comprende un horno de inducción según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el horno de inducción está dispuesto de tal manera, que puede calentar una pieza de trabajo (5) antes de una extrusión, en particular hasta 400 °C a 1.100 °C.

15.- Método para calentar una pieza de trabajo (5) compuesta de metal en un horno de inducción (1) que tiene las características según una de las reivindicaciones 1 a 13, en el que la pieza de trabajo (5) se hace girar con respecto a los imanes permanentes (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26) hasta que la pieza de trabajo (5) se haya calentado a una temperatura de 400 °C y más.