ES2895473T3 - Soporte sin guías de palanquillas dentro de bobinas de calentamiento por inducción eléctrica - Google Patents
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Abstract
Deslizador de palanquillas de arcilla y grafito (12) configurado para ser dispuesto dentro de al menos una bobina de inducción (14) para mover una palanquilla (90) a través de la al menos una bobina de inducción (14) alimentada con una corriente alterna con la palanquilla (90) asentada en el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito (12) al moverse a través de la al menos una bobina de inducción; teniendo el deslizador de palanquillas de grafito y arcilla (12) una abertura pasante para palanquillas interior con una superficie de deslizador interior para deslizar una palanquilla asentada en la superficie de deslizador interior a través de la al menos una bobina de inducción (14).
Description
DESCRIPCIÓN
Soporte sin guías de palanquillas dentro de bobinas de calentamiento por inducción eléctrica
Campo de la invención
La presente invención se refiere al soporte sin guías de palanquillas dentro de bobinas de inducción eléctricas para el calentamiento por inducción de las palanquillas para su posterior procesamiento en diversos procesos industriales que incluyen la forja de las palanquillas hasta formar artículos manufacturados.
Antecedentes de la invención
Las palanquillas compuestas por materiales que son al menos parcialmente conductores electromagnéticamente pueden precalentarse inductivamente a una temperatura alta, por ejemplo, en el intervalo de 900 °C a 1300 °C y más, para el posterior trabajo en caliente en procesos que incluyen forjado, forja por recalcado, laminación, extrusión y trefilado. El precalentamiento por inducción de las palanquillas se puede lograr colocando las palanquillas dentro de una bobina de inducción alimentada con corriente alterna de una fuente de alimentación eléctrica adecuada. Un refractario se coloca entre la bobina de inducción y la palanquilla para retener el calor inducido en la palanquilla y proteger la bobina de inducción de la radiación de alta temperatura y el calor de convección de la palanquilla dentro de la bobina de inducción.
La patente de Reino Unido n.° GB 892447 A reconoce algunos de los problemas de permitir que una palanquilla repose en un refractario dentro de la bobina de inducción y describe la solución de usar guías dentro de la bobina para deslizar la palanquilla calentada a través de la bobina. Como se indica en el documento GB 892447 A, mejoras adicionales en la técnica condujeron a guías con enfriamiento por fluido forzado interior para superar los problemas con guías no enfriadas. La contribución del documento GB 892447 A a la técnica consistía en una guía parcialmente enterrada dentro del refractario que mantenía la palanquilla separada de la superficie del refractario, pero la guía todavía estaba sujeta a cierta acumulación de restos en la guía procedentes del deslizamiento de una palanquilla caliente sobre la guía. Por lo tanto, el propósito del refractario es el control térmico y el propósito de las guías es obtener un movimiento eficiente de las palanquillas a través de la bobina de inducción.
La patente de Estados Unidos n.° 7.528.351 B2 avanza aún más la técnica con guías ajustables que se pueden formar a partir de un material cerámico como el Sialon. Los documentos JPH10272534A, US3774002a , JP2016183796A, u S4195213A, W02005/080027A1 y EP1377125 también describen un deslizador de palanquillas de arcilla.
Las figuras 1(a) a 1(d) son ilustraciones en sección transversal de sistemas de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas típicos que se encuentran en la técnica anterior. En el sistema de calentamiento por inducción de palanquillas de la técnica anterior de la figura 1(a) la palanquilla cilíndrica 90 está asentada en un soporte 102 de palanquillas de banda de acero inoxidable parcialmente cilíndrico de extremo abierto al pasar a través de una bobina de calentamiento por inducción 94a. El soporte 102 de palanquillas separa la palanquilla del refractario 106 junto con el revestimiento de acero inoxidable 104 que tiene un espacio de sección transversal 104a. La bobina de calentamiento por inducción de palanquillas 94a está separada del refractario 106 por una capa de aislamiento de cinta de vidrio 108. En el sistema de calentamiento por inducción de palanquillas de la técnica anterior de la figura 1(b) la palanquilla cilíndrica 90 se asienta en las guías de soporte de palanquillas 96a y 96b al pasar a través de la bobina de calentamiento por inducción de palanquillas 94b. Las guías de soporte 96a y 96b están parcialmente integradas en el revestimiento refractario 202 que está rodeado por fieltro refractario 204 y cinta de vidrio 206. En el sistema de calentamiento por inducción de palanquillas de la técnica anterior de la figura 1(c) la palanquilla rectangular 92 se asienta en las guías de soporte de palanquillas 98a y 98b al pasar a través de la bobina de calentamiento por inducción de palanquillas 94c. Las guías de soporte 98a y 98b tienen un intervalo de ajuste alrededor de la circunferencia exterior de la palanquilla por medio de soportes ajustables 98a' y 98b', respectivamente. Las guías de soporte reposan en la circunferencia interior del revestimiento refractario 402 que está rodeado por fieltro refractario 404. Cinta de vidrio 406 separa el fieltro refractario de la bobina 94c. En el sistema de calentamiento por inducción de palanquillas de la técnica anterior de la figura 1 (d) la palanquilla cilíndrica 90 está asentada en las guías 96a y 96b parcialmente integradas en el refractario 302 al pasar a través de la bobina de calentamiento por inducción de palanquillas 94d. La disposición de la figura 1 (d) es similar a una realización descrita en el documento GB 892447 A. En estas cuatro realizaciones de la técnica anterior, una palanquilla está soportada por guías longitudinales o un soporte de acero inoxidable semicircular al pasar a través de la bobina de calentamiento por inducción de palanquillas, como se describe con más detalle en "Conduction and induction heating" (autor: E. J. Davies; páginas 236-241; publicado por Peter Peregrinus Ltd., Londres, Reino Unido (1990)).
Lo que no se encuentra en la técnica anterior es un sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas con soporte de palanquillas sin guías que permite obtener una tasa de calentamiento de palanquillas con mayor productividad en combinación con un material de deslizador de palanquillas que tiene una duración suficientemente superior en términos de la cantidad de palanquillas que se pueden calentar dentro del sistema de calentamiento por inducción eléctrica antes de una sustitución debido al desgaste por abrasión de las palanquillas.
Un objetivo de la presente invención es obtener una tasa de calentamiento de palanquillas con mayor productividad en combinación con un material de deslizador de palanquillas que tiene una duración suficientemente superior en
términos de la cantidad de palanquillas que se pueden calentar antes de una sustitución debido al desgaste por abrasión de las palanquillas.
Breve resumen de la invención
En un aspecto, la presente invención es un deslizador de palanquillas de arcilla y grafito configurado para ser dispuesto dentro de al menos una bobina de inducción para mover una palanquilla a través de la al menos una bobina de inducción alimentada con una corriente alterna con la palanquilla asentada en el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito al moverse a través de la al menos una bobina de inducción; teniendo el deslizador de palanquillas de grafito y arcilla una abertura pasante para palanquillas interior con una superficie de deslizador interior para deslizar una palanquilla asentada en la superficie de deslizador interior a través de la al menos una bobina de inducción.
En otro aspecto, la presente invención es un sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas sin guías que comprende el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito dispuesto dentro de la al menos una bobina de inducción según lo descrito en el párrafo anterior, al menos una fuente de alimentación de corriente alterna conectada a la al menos una bobina de inducción, y el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito aislado eléctricamente de la al menos una bobina de inducción, formando una región de superficie interior del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito una superficie de deslizador de palanquillas configurada para mover la palanquilla asentada en la región de superficie interior del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito a través de la al menos una bobina de inducción para calentar estática o continuamente la palanquilla a una temperatura objetivo.
En otro aspecto adicional, la presente invención es un sistema de proceso de trabajo en caliente que comprende el sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas sin guías del sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas sin guías como se describe en el párrafo anterior, y un aparato de trabajo en caliente configurado para recibir una palanquilla calentada en una salida de la al menos una bobina de inducción para formar un artículo trabajado en caliente manufacturado.
En otro aspecto adicional, la presente invención es un método para formar un sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas, comprendiendo el método: disponer al menos una bobina de inducción conectada a al menos una fuente de alimentación de corriente alterna; insertar un deslizador de palanquillas de arcilla y grafito dentro de cada una de la al menos una bobina de inducción, teniendo el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito una abertura pasante para palanquillas interior con una superficie de deslizador interior para deslizar una palanquilla asentada en la superficie de deslizador interior a través de la al menos una bobina de inducción; y aislar eléctricamente el deslizador de arcilla y grafito insertado dentro de la al menos una bobina de inducción de la al menos una bobina de inducción.
En otro aspecto adicional, la presente invención es un método para trabajar en caliente una palanquilla calentada a una temperatura objetivo de trabajo en caliente, moviendo la palanquilla a través de un deslizador de palanquillas de arcilla y grafito dispuesto dentro de la bobina de inducción conectada a una corriente alterna deslizando la palanquilla desde una entrada al deslizador de palanquillas de arcilla y grafito en una superficie interior del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito en un calentamiento inductivo estático o continuo de la palanquilla a través de la bobina de inducción hasta la temperatura objetivo de trabajo en caliente para formar una palanquilla calentada en una salida de la bobina de inducción; transfiriendo la palanquilla calentada desde la salida de la bobina de inducción a un aparato de trabajo en caliente; y trabajando en caliente la palanquilla calentada en el aparato de trabajo en caliente para formar un artículo manufacturado.
En otro aspecto no reivindicado, la presente invención es un sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas sin guías que tiene una bobina de inducción alimentada por una corriente alterna y un refractario dentro de la bobina de inducción. Se usa un soporte de palanquillas de arcilla y grafito para mover una palanquilla dispuesta en el soporte de palanquillas de arcilla y grafito a través de la bobina de inducción en contacto deslizante con el refractario.
Los aspectos anteriores y otros aspectos de la presente invención se establecen en esta memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas.
Breve descripción de los dibujos
Con el fin de ilustrar la invención, se muestra en los dibujos una forma actualmente preferida; entendiéndose, sin embargo, que esta invención no se limita a las disposiciones e instrumentos precisos mostrados.
Las figuras 1(a) a 1(d) son ilustraciones en sección transversal de sistemas típicos de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas de la técnica anterior.
La figura 2(a) es una vista en alzado en sección transversal a través de la línea A-A en la figura 2(b) de un ejemplo de un sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas de la presente invención con un deslizador de palanquillas de arcilla y grafito y un ejemplo de palanquilla dentro del deslizador y una bobina de inducción.
La figura 2(b) es una vista en alzado en sección transversal longitudinal a través de la línea B-B en la figura 2(a) del sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas de la figura 2(a).
La figura 3(a) y la figura 3(b) son vistas en alzado en sección transversal alternativas de otro ejemplo de un sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas de la presente invención con un deslizador de palanquillas de arcilla y grafito en donde el deslizador de palanquillas puede girar alrededor del eje longitudinal del deslizador.
La figura 4 es una vista en alzado en sección transversal de otro ejemplo de un sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas de la presente invención con un deslizador de palanquillas de arcilla y grafito en donde el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito tiene forma de una carcasa parcialmente cilíndrica de extremo abierto.
La figura 5(a) es una vista en alzado en sección transversal a través de la línea C-C en la figura 5(b) de otro ejemplo de un sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas de la presente invención con un deslizador de palanquillas de arcilla y grafito para cada palanquilla que se mueve a través de una bobina de inducción.
La figura 5(b) es una vista en alzado en sección transversal longitudinal a través de la línea D-D en la figura 5(a) del sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas de la figura 5(a) con un palanquilla dispuesta en un deslizador de palanquillas de arcilla y grafito insertado en la bobina de inducción; un palanquilla calentada después de salir de la bobina de inducción; y una palanquilla preparada para entrar en la bobina de inducción después de que se completa el calentamiento de la palanquilla dentro de la bobina de inducción.
Descripción detallada de la invención
En la figura 2(a) y la figura 2(b) se muestra un ejemplo de un sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas 10 de la presente invención que utiliza un deslizador de palanquillas de arcilla y grafito. En las figuras, el deslizador de palanquillas 12 está dispuesto entre la bobina de calentamiento por inducción 14 y el paso interior del deslizador de palanquillas a través del cual pasa la palanquilla 90 para ser calentada inductivamente hasta una temperatura objetivo. La bobina de inducción está adecuadamente conectada a una fuente de corriente alterna 16 que calienta inductivamente la palanquilla que pasa a través del paso interior de la bobina de inducción.
El deslizador de palanquillas de arcilla y grafito en la realización de la invención mostrada en la figura 2(a) y la figura 2(b) puede tener forma de un cilindro circular recto hueco de extremo abierto para adaptarse a una bobina de inducción que tiene una forma interior de volumen abierto similar.
En realizaciones alternativas de la invención, la bobina de inducción puede ser una o más bobinas separadas de cualquier tipo, incluyendo una bobina de inducción solenoidal o una bobina de inducción de canal, que pueden ser alimentadas con corriente eléctrica alterna desde una o más fuentes de alimentación. La bobina de inducción se puede enfriar opcionalmente por fluido, por ejemplo, haciendo fluir un líquido o gas a través de un paso pasante interior, como se conoce en la técnica.
El proceso de calentamiento de palanquillas puede ser un proceso de calentamiento de modo continuo en el que la palanquilla se mueve a través de la bobina mientras está en contacto deslizante con la superficie interior del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito a una velocidad de estado estable continua (o variable), o un proceso de calentamiento de modo progresivo en el que la palanquilla se mueve secuencialmente a través de múltiples bobinas mientras está en contacto deslizante con la superficie del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito en cada una de las múltiples bobinas a una velocidad de estado estable continua (o variable). Alternativamente, el proceso de calentamiento de palanquillas puede ser un proceso de calentamiento de modo estático en el que la palanquilla se mueve al interior de una bobina de inducción en contacto deslizante con la superficie interior del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito a una posición de calentamiento de palanquillas estática dentro de la bobina para calentar por inducción a la temperatura objetivo, y después de alcanzar la temperatura de calentamiento objetivo, la palanquilla calentada se mueve fuera del interior de la bobina de inducción en contacto deslizante con la superficie interior del deslizador de arcilla y grafito.
Se puede usar un aparato de movimiento de palanquillas adecuado conocido en la técnica para mover la palanquilla a lo largo y a través de una bobina de calentamiento por inducción mientras está en contacto deslizante con la superficie interior de un deslizador de palanquillas de arcilla y grafito de la presente invención, tal como un tractor o transportador que suministra palanquillas en la superficie interior del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito. En algunas realizaciones de la invención, la longitud axial de la bobina de inducción y el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito puede ser lo suficientemente larga como para que una pluralidad de palanquillas se pueda deslizar en el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito dentro de una bobina de inducción en una disposición consecutiva, con el tractor o transportador externo empujando la pluralidad de palanquillas consecutivas deslizándose en el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito a través de la bobina de inducción.
Preferiblemente, se usa un volumen anular separador 18 a lo largo de la longitud axial Xl de la bobina de inducción y el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito para separar las superficies orientadas hacia dentro de la bobina de inducción y las superficies orientadas hacia fuera del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito para evitar un arco eléctrico de la bobina u otros daños a la bobina. Cuando se usa, el volumen anular separador puede ser un volumen de aire sin llenar o estar lleno de un material de aislamiento eléctrico, un material de aislamiento térmico o un material de aislamiento eléctrico y térmico, por ejemplo, un papel de mica laminado. En otras realizaciones de la invención, puede que no exista un volumen separador anular para separar la bobina y el separador; sin embargo, tal disposición puede resultar en una vida útil más corta del sistema de calentamiento de palanquillas por inducción eléctrica.
Es posible usar un aparato de montaje de material de deslizador en algunas realizaciones de la invención para permitir la sustitución de un deslizador de palanquillas de arcilla y grafito desgastado sin desmontar el sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas.
Aunque el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito de la figura 2(a) y la figura 2(b) tiene forma de un cilindro recto hueco de extremo abierto para adaptarse a la forma interior de volumen abierto de la bobina de inducción, en otros ejemplos de la invención la forma de la superficie interior, la superficie exterior o las superficies interior e interior del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito pueden tener otras formas para adaptarse a la forma de la palanquilla que estará en contacto deslizante con la superficie interior hueca del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito o la forma del volumen interior abierto de la bobina de inducción, o una combinación de las formas y propiedades de la palanquilla y la bobina. Por ejemplo, se puede usar un tubo rectangular hueco de arcilla y grafito en una aplicación en la que la palanquilla tiene una forma de sección transversal rectangular.
Preferiblemente, la conducción térmica del material de deslizador de arcilla y grafito utilizado para un deslizador de palanquillas en la presente invención no debe exceder 15 W/(m^C) que, por ejemplo, preferiblemente, pero no exclusivamente, requeriría un deslizador de palanquillas de arcilla y grafito con un espesor de pared en el intervalo de 10 mm a 30 mm en función del peso de una palanquilla típica que se calienta por inducción, la frecuencia de salida aplicada desde la fuente de alimentación en la bobina de inducción y la temperatura de calentamiento objetivo para la palanquilla. Si el material de deslizador de arcilla y grafito utilizado para un deslizador de palanquillas no excede 15 W/(m^C), entonces el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito también permitirá obtener un control térmico efectivo sin un material refractario adicional para el sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas.
La Tabla 1 ilustra un ejemplo de mejoras seleccionadas con respecto a un sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas con guías de la técnica anterior para los ejemplos 1, 2 y 3 de un sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas de la presente invención que utiliza un deslizador de palanquillas de arcilla y grafito similar al de la realización de la invención en la figura 2(a) y la figura 2(b).
Tabla 1
El sistema de calentamiento y los parámetros de proceso de la Tabla 1 son los siguientes.
El diámetro, la longitud y el peso son propiedades de las palanquillas de ejemplo.
El voltaje de línea, la corriente y la potencia son parámetros eléctricos de la entrada a la fuente de alimentación (inversor) que suministra corriente alterna a la bobina de inducción.
El voltaje de salida, la corriente de inversor y la frecuencia de salida son parámetros eléctricos de la salida de la fuente de alimentación (inversor) que suministra corriente alterna a la bobina de inducción.
La bobina de inducción (Inductotherm Corp. n.° de pieza HFAC000577) utilizada en todos los ejemplos fue la misma, así como el transformador de correspondencia de bobina de inducción de carga de inversor (con una relación de 20:04) y el condensador (71,92 microfaradios), con calentamiento de palanquillas de ejemplo a una temperatura objetivo de 1250° C. La temperatura objetivo de una palanquilla calentada se define para una aplicación particular y puede ser, por ejemplo, la temperatura superficial de una palanquilla calentada o la temperatura promedio de la sección transversal.
Tiempo/PC es el tiempo por pieza (palanquilla) y mm/s es la velocidad a la que cada palanquilla de ejemplo se desplaza a través de la bobina de inducción para alcanzar la temperatura objetivo de 1250° C en todos los ejemplos.
El sistema de calentamiento por inducción con guías de la técnica anterior utilizaba deslizadores con guías de palanquillas dobles con las guías separados entre sí alrededor de la circunferencia interior de un refractario similar al que se muestra en la figura 1 (d) excepto por el hecho de que las guías estaban ubicadas en la circunferencia interior del refractario en lugar de estar parcialmente integradas como en la figura 1 (d). Los guías se enfriaron internamente mediante un sistema de agua en circulación.
A partir de los ejemplos de la Tabla 1, se apreciará que el sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas de la presente invención con un deslizador de palanquillas de arcilla y grafito da como resultado una energía de entrada de calentamiento de palanquillas mejorada medida como kg de palanquillas por energía de entrada kW-hora (kg/kW-h) que se calcula de la siguiente manera. En el ejemplo 1 de la presente invención y el sistema de calentamiento con guías de la técnica anterior, la palanquilla de 50 mm de diámetro pesó 4,8 kg. En el ejemplo 1 de la presente invención, la potencia de la bobina de entrada fue de 68,667 kW, que alcanzó la temperatura objetivo de palanquilla de 1250° C en 80 segundos, lo que da como resultado un consumo de energía calculado de
4,8 kg
3,1456 k g /k W -h
68^667 k W T '80 T T l600 s/h
En el sistema de calentamiento con guías de la técnica anterior, la potencia de bobina de entrada fue de 63,198 kW, que alcanzó la temperatura objetivo de palanquilla de 1250° C en 95 segundos, lo que da como resultado un consumo de energía calculado de
4,8 kg
2,8782kg/kW - h = 63,198 fcw . 95 s * 3600 s/h
Por lo tanto, al comparar la eficiencia energética para el ejemplo 1 de la invención en la Tabla 1 con el ejemplo de la técnica anterior en la Tabla 1, en donde las palanquillas del ejemplo tienen propiedades idénticas, se logró una tasa de productividad significativa (redondeada) de 3,15 en el ejemplo 1 de la invención en comparación con la tasa de productividad de ejemplo de 2,88 de la técnica anterior, lo que se traduce en un valor numérico de 1,094 (3,15/2,88) de aumento de tasa de productividad y un aumento de eficiencia energética de aproximadamente un 10 por ciento del sistema de calentamiento de palanquillas por inducción eléctrica de la presente invención con respecto al sistema de calentamiento con guías de la técnica anterior.
1 kW-h de energía (en promedio) utilizado para calentar palanquillas puede producir aproximadamente 3,15 kg de material de palanquillas calentado, tal como una palanquilla de acero, utilizando el sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas de la presente invención, en comparación con aproximadamente 2,88 kg de acero calentado utilizando el sistema de calentamiento de palanquillas con guías de la técnica anterior, lo que representa un aumento de aproximadamente un 10 por ciento en la producción de aceros calentados utilizando el mismo consumo de energía. Además, un sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas de la presente invención requiere aproximadamente 0,317 kW-h para calentar 1 kg de acero (1/3,15 kW-h por kg) en comparación con aproximadamente 0,347 kW-h por 1 kg de acero (1/2,88 = 0,347 kW-h por kg) para un sistema de calentamiento de palanquillas con guías de la técnica anterior que utiliza una bobina de inducción idéntica, lo que representa un ahorro de energía sustancial y una mejora en la eficiencia energética del calentamiento de palanquillas por inducción.
Además, el material de deslizador de palanquillas de arcilla y grafito de la presente invención exhibe características de desgaste mejoradas con respecto al aparato conocido de la técnica anterior para mover una palanquilla a través
de un sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas, lo que reduce los requisitos de sustitución o reparación del sistema de calentamiento por inducción de palanquillas.
En la figura 3(a) y la figura 3(b) se muestra otra realización de un sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas 20 de la presente invención que utiliza un deslizador de palanquillas de arcilla y grafito. En esta realización, se puede lograr el giro axial longitudinal (Xl) del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito 12e después de una cantidad especificada de desgaste por abrasión de palanquillas en la región de superficie interior 22 del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito por el movimiento de las palanquillas en contacto deslizante con la región de superficie interior. El giro axial del deslizador de palanquillas mueve la región de superficie de deslizador 22 desgastada fuera de la trayectoria de superficie de deslizamiento normal de la palanquilla en la superficie interior del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito, de modo que una región de superficie interior 23 no desgastada del deslizador de palanquillas reemplaza la región de superficie interior desgastada. En la figura 3(a), la región de superficie interior 22 desgastada en la posición radial P1 se mueve a la posición radial P2 en la figura 3(b) mediante un giro de 90 grados en el sentido de las agujas del reloj del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito 12e para obtener una región de superficie interior no desgastada en la trayectoria de superficie de deslizamiento normal de la palanquilla a través de una bobina de inducción en un aparato de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas de la presente invención.
Para minimizar la fuerza aplicada y el par requerido para lograr el giro del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito sin perturbar la bobina de inducción, el volumen separador anular 18 entre las superficies conductoras eléctricas interiores 14' de la bobina de inducción 14 y la superficie exterior 12' del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito 12 orientada hacia la bobina se puede rellenar con papel de mica u otro material de aislamiento eléctrico que exhibe una rugosidad superficial de baja fricción y propiedades de plano de deslizamiento en algunas realizaciones de la invención para obtener una protección dieléctrica de alta temperatura para el devanado de la bobina conductora eléctricamente y un plano de deslizamiento giratorio que puede facilitar el giro axial del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito sin perturbar la bobina de inducción.
En otros ejemplos de la presente invención en donde el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito es reemplazable sin desmontar el sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas, el volumen separador anular 18 entre las superficies conductoras eléctricas interiores 14' de la bobina de inducción 14 y la superficie exterior 12' del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito 12 orientada hacia la bobina se puede rellenar con papel de mica u otro material de aislamiento eléctrico que exhibe una rugosidad superficial de baja fricción y propiedades de plano de deslizamiento para obtener una protección dieléctrica de alta temperatura para el devanado de la bobina conductora eléctricamente y un plano de deslizamiento giratorio que puede facilitar el movimiento del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito a lo largo de la longitud axial del deslizador de palanquillas y la bobina de inducción, de modo que se puede insertar un deslizador de palanquillas de arcilla y grafito reemplazable en la bobina de inducción o retirarse del interior de la bobina de inducción.
En algunas realizaciones de la invención en donde el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito se usa en una forma diferente a la de un cilindro interior generalmente hueco, por ejemplo, cuando se usa para mover una pieza de trabajo sólida (palanquilla) o un tubo hueco rectangular, así como piezas de trabajo (palanquillas) de forma general no cilíndrica, se puede usar un giro longitudinal, axial o de otro tipo, del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito existente según sea apropiado para la forma del deslizador de palanquillas, de modo que se selecciona una región no desgastada del deslizador de palanquillas como la superficie en la que una palanquilla está en contacto deslizante con el mismo a medida que se mueve a través de una bobina de inducción.
La figura 4 ilustra otra realización de la presente invención en donde el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito 12a está formado como un deslizador de palanquillas de arcilla y grafito semicilíndrico de extremo abierto. En otros ejemplos de la invención, se puede usar un deslizador de palanquillas de arcilla y grafito parcialmente cilíndrico de extremo abierto que es más grande o pequeño que un semi cilindro (mitad de cilindro), según se requiera para una aplicación particular.
La figura 5(a) y la figura 5(b) ilustran otra realización de la presente invención en la que el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito tiene la forma de un soporte de palanquillas de material de arcilla y grafito parcial (o totalmente) encerrado para cada palanquilla individual 90a (siguiente palanquilla a calentar), 90b (palanquilla en proceso de ser calentada) y 90c (palanquilla previa calentada) que suministra un palanquilla individual al interior de la bobina de inducción 14 y la retira del interior de la bobina de inducción después del calentamiento. En este ejemplo no limitativo, cada soporte de palanquillas se forma a partir de una longitud longitudinal en forma de U de material de arcilla y grafito 12b y los extremos delantero y trasero de cada contenedor de palanquillas se forman a partir de un disco semicircular 12c unido a los extremos longitudinales opuestos de la longitud longitudinal en forma de U del material de arcilla y grafito donde el soporte de palanquillas de arcilla y grafito se denomina más generalmente un cilindro hueco parcial de extremo cerrado. En esta realización de la invención, el soporte de palanquillas de arcilla y grafito se puede mover a través de una bobina de inducción deslizando el soporte de palanquillas de arcilla y grafito en un refractario dispuesto dentro de la bobina de inducción de un sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas de la presente invención.
En algunas realizaciones de la invención, se utilizan sistemas de calentamiento por inducción eléctrica de múltiples bobinas en línea (o dispuestas de otro modo) con deslizadores de palanquillas de arcilla y grafito para producir una palanquilla calentada a una temperatura objetivo en el extremo de salida de la línea. Los deslizadores de palanquillas de arcilla y grafito en las bobinas del sistema de múltiples bobinas dispuestas en o cerca del extremo de salida de la línea experimentarán un desgaste más rápido por abrasión por palanquillas que los deslizadores de palanquillas de arcilla y grafito en las bobinas en o cerca del extremo de entrada de la línea, ya que una palanquilla se calienta progresivamente a una mayor temperatura a medida que se mueve a través de las bobinas desde el extremo de entrada hasta el extremo de salida de la línea y, cuanto más caliente es la temperatura de la superficie de la palanquilla, mayor es la cantidad de abrasión cuando la palanquilla se desliza en un deslizador de palanquillas de arcilla y grafito de la presente invención.
Además de usar deslizadores de palanquillas de arcilla y grafito de giro axial como se ilustra en la figura 3(a) y la figura 3(b) al menos en las bobinas de inducción en o cerca del extremo de salida de la línea, se puede usar un deslizador de palanquillas de arcilla y grafito reemplazable en al menos algunas de las bobinas de inducción, de modo que los deslizadores de palanquillas de arcilla y grafito en las bobinas en o cerca del extremo de salida de la línea con mayor desgaste que los deslizadores de palanquillas de arcilla y grafito en las bobinas en o cerca del extremo de entrada de la línea se pueden intercambiar periódicamente para equilibrar el ciclo de desgaste de todos los deslizadores de palanquillas en los sistemas de calentamiento por inducción eléctrica de múltiples bobinas de la presente invención.
Opcionalmente, en algunas realizaciones de la invención, se puede formar un deslizador de palanquillas de arcilla y grafito con una o más protuberancias o elevaciones variables perfiladas en una región de superficie interior del deslizador de palanquillas en donde la palanquilla está en contacto deslizante para adaptarse a una forma de palanquilla o para mejorar características de calentamiento de la palanquilla en una aplicación particular.
En algunas realizaciones de la invención, un sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas con un deslizador de palanquillas de arcilla y grafito se puede combinar con un aparato de trabajo en caliente para trabajar en caliente una palanquilla calentada en el sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas para formar un artículo manufacturado o bienes intermedios que son procesados adicionalmente para formar un artículo manufacturado. El aparato de trabajo en caliente incluye, aunque no de forma limitativa, un aparato de forjado, laminado, extrusión y trefilado conocido en la técnica para trabajar en caliente una palanquilla calentada en un sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas de la presente invención.
El término material de deslizador de "arcilla y grafito" como se usa en este documento se refiere preferiblemente a una composición de material de deslizador de palanquillas que comprende: carbono (C) entre el 30 y el 40 por ciento en peso; carburo de silicio (SiC) entre el 8 y el 12 por ciento en peso; dióxido de silicio (SiO2) entre el 15 y el 25 por ciento en peso; y óxido de aluminio (AbO3) entre el 10 y el 20 por ciento en peso. Se descubrió que el carbono en el intervalo indicado supone un superior desgaste por abrasión de la palanquilla.
Además, la composición de material de deslizador de palanquillas también puede contener: trazas de óxido, preferiblemente que no exceden el 6 por ciento en peso en el agregado, típicamente formadas a partir de óxidos de hierro, boro, sodio y potasio; compuestos de magnesio, cobalto y cromo no superiores al 2 por ciento en peso en el agregado; y silicio elemental (libre) no superior al 1 por ciento en peso.
Se puede producir un material de deslizador de palanquillas de arcilla y grafito con una forma apropiada para una aplicación particular de sistema de calentamiento de palanquillas por inducción eléctrica a partir de la composición de material de deslizador de palanquillas, por ejemplo, en un proceso de extrusión o moldeo por inyección.
En la descripción anterior, con fines explicativos, se han establecido numerosos requisitos específicos y varios detalles específicos con el fin de proporcionar una comprensión completa del ejemplo y las realizaciones. Sin embargo, resultará evidente para un experto en la técnica que se pueden poner en práctica uno o más ejemplos o realizaciones sin algunos de estos detalles específicos. Las realizaciones particulares descritas no se muestran para limitar la invención sino para ilustrarla.
La referencia a lo largo de esta memoria descriptiva a "un ejemplo o realización", "un ejemplo o realización", "uno o más ejemplos o realizaciones" o "diferentes ejemplos o realizaciones", por ejemplo, significa que una característica particular puede incluirse en la práctica de la invención. En la descripción, en ocasiones se agrupan varias características en un solo ejemplo, realización, figura o descripción de la misma con el fin de simplificar la descripción y ayudar en la comprensión de varios aspectos de la invención.
La presente invención se ha descrito en términos de ejemplos y realizaciones preferidos. Son posibles equivalentes, alternativas y modificaciones, además de lo expresamente indicado, y están dentro del alcance de la invención sin apartarse del alcance de las reivindicaciones.
Claims (14)
1. Deslizador de palanquillas de arcilla y grafito (12) configurado para ser dispuesto dentro de al menos una bobina de inducción (14) para mover una palanquilla (90) a través de la al menos una bobina de inducción (14) alimentada con una corriente alterna con la palanquilla (90) asentada en el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito (12) al moverse a través de la al menos una bobina de inducción; teniendo el deslizador de palanquillas de grafito y arcilla (12) una abertura pasante para palanquillas interior con una superficie de deslizador interior para deslizar una palanquilla asentada en la superficie de deslizador interior a través de la al menos una bobina de inducción (14).
2. Deslizador de palanquillas de arcilla y grafito (12) dispuesto dentro de la al menos una bobina de inducción (14) según la reivindicación 1, en donde el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito (12) comprende un cilindro hueco de extremo abierto, un cilindro parcial de extremo abierto o un tubo rectangular hueco de extremo abierto; u, opcionalmente, en donde la al menos una bobina de inducción (14) comprende al menos una bobina de inducción solenoidal y el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito (12) comprende un cilindro hueco de extremo abierto, un cilindro parcial de extremo abierto o un tubo rectangular hueco de extremo abierto.
3. Deslizador de palanquillas de arcilla y grafito (12) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en donde el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito (12) comprende una composición de deslizador de al menos:
carbono (C) entre el 30 y el 40 por ciento en peso;
carburo de silicio (SiC) entre el 8 y el 12 por ciento en peso;
dióxido de silicio (SiO2) entre el 15 y el 25 por ciento en peso; y
óxido de aluminio (AhO3) entre el 10 y el 20 por ciento en peso;
y, opcionalmente, comprendiendo además la composición de deslizador uno o más óxidos que no exceden en el agregado el 6 por ciento en peso de la composición de deslizador, preferiblemente seleccionados a partir de óxidos de hierro, boro, sodio y potasio; uno o más compuestos de magnesio, cobalto y cromo que no exceden en el agregado el 2 por ciento en peso de la composición de deslizador; y silicio elemental que no excede el 1 por ciento en peso de la composición de deslizador.
4. Sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas sin guías (10) que comprende el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito (12) dispuesto dentro de la al menos una bobina de inducción (14) según la reivindicación 1;
al menos una fuente de alimentación de corriente alterna conectada a la al menos una bobina de inducción (14); y
el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito (12) aislado eléctricamente de la al menos una bobina de inducción (14), formando una región de superficie interior del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito (12) una superficie de deslizador de palanquillas configurada para mover la palanquilla (90) asentada en la región de superficie interior del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito (12) a través de la al menos una bobina de inducción (14) para calentar estática o continuamente la palanquilla (90) a una temperatura objetivo.
5. Sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas sin guías (10) según la reivindicación 4, en donde el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito (12) está formado a partir de una composición de deslizador de al menos:
carbono (C) entre el 30 y el 40 por ciento en peso;
carburo de silicio (SiC) entre el 8 y el 12 por ciento en peso;
dióxido de silicio (SiO2) entre el 15 y el 25 por ciento en peso; y
óxido de aluminio (Al2O3) entre el 10 y el 20 por ciento en peso;
y, opcionalmente, comprendiendo además la composición de deslizador uno o más óxidos que no exceden en el agregado el 6 por ciento en peso de la composición de deslizador, preferiblemente seleccionados a partir de óxidos de hierro, boro, sodio y potasio; uno o más compuestos de magnesio, cobalto y cromo que no exceden en el agregado el 2 por ciento en peso de la composición de deslizador; y silicio elemental que no excede el 1 por ciento en peso de la composición de deslizador.
6. Sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas sin guías (10) según la reivindicación 5, en donde un volumen separador anular está dispuesto entre una superficie orientada hacia el deslizador de la al menos una bobina de inducción (14) y una superficie orientada hacia la bobina del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito
7. Sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas sin guías (10) según la reivindicación 6, que comprende además un material de plano de deslizamiento en el volumen separador anular para el giro del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito (12) alrededor de un eje longitudinal axial del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito (12) sin movimiento de la al menos una bobina de inducción; u, opcionalmente, que comprende además un material de plano de deslizamiento en el volumen separador anular para la inserción o retirada del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito (12) dispuesto en la al menos una bobina de inducción o un material de plano de deslizamiento en el volumen separador anular para el giro del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito (12) alrededor del eje longitudinal axial del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito (12) sin movimiento de la al menos una bobina de inducción (14); u, opcionalmente, en donde la al menos una bobina de inducción comprende una pluralidad de bobinas de inducción en un sistema de calentamiento por inducción de múltiples bobinas en línea y el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito en cada una de la pluralidad de bobinas de inducción comprende además un material de plano de deslizamiento en el volumen separador anular para el giro del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito (12) alrededor de su eje longitudinal axial o un material de plano de deslizamiento en el volumen separador anular para la inserción o retirada del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito (12) dispuesto en cada una de la pluralidad de bobinas de inducción (14).
8. Sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas sin guías (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 5, 6 o 7, en donde el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito (12) forma un aislamiento térmico entre la al menos una bobina de inducción (14) y el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito (12).
9. Sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas sin guías (10) según la reivindicación 8, en donde la composición de deslizador tiene un valor de conducción térmica que no excede 15 W por m^C.
10. Sistema de proceso de trabajo en caliente que comprende el sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas sin guías (10) según la reivindicación 4; y
un aparato de trabajo en caliente configurado para recibir una palanquilla calentada (90) en una salida de la al menos una bobina de inducción (14) para formar un artículo trabajado en caliente manufacturado.
11. Sistema de proceso de trabajo en caliente según la reivindicación 10, en donde el aparato de trabajo en caliente comprende un aparato de forjado en caliente.
12. Método para formar un sistema de calentamiento por inducción eléctrica de palanquillas (10), comprendiendo el método:
disponer al menos una bobina de inducción (14) conectada a al menos una fuente de alimentación de corriente alterna (16);
insertar un deslizador de palanquillas de arcilla y grafito (12) dentro de cada una de la al menos una bobina de inducción (14), teniendo el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito una abertura pasante para palanquillas interior con una superficie de deslizador interior para deslizar una palanquilla (90) asentada en la superficie de deslizador interior a través de la al menos una bobina de inducción (14); y
aislar eléctricamente el deslizador de arcilla y grafito insertado dentro de la al menos una bobina de inducción (14) de la al menos una bobina de inducción (14).
13. Método según la reivindicación 12, que comprende además formar el deslizador de palanquillas de arcilla y grafito (12) a partir de una composición de al menos:
carbono (C) entre el 30 y el 40 por ciento en peso;
carburo de silicio (SiC) entre el 8 y el 12 por ciento en peso;
dióxido de silicio (SiO2) entre el 15 y el 25 por ciento en peso; y
óxido de aluminio (Al2O3) entre el 10 y el 20 por ciento en peso;
y, opcionalmente, formar además la composición a partir de uno o más óxidos que no exceden en el agregado el 6 por ciento en peso de la composición de deslizador, preferiblemente seleccionados a partir de óxidos de hierro, boro, sodio y potasio; uno o más óxidos de magnesio, cobalto y cromo que no exceden en el agregado el 2 por ciento en peso; y silicio elemental que no excede el 1 por ciento en peso de la composición de deslizador.
14. Método para trabajar en caliente una palanquilla calentada a una temperatura objetivo de trabajo en caliente, comprendiendo el método:
mover la palanquilla (90) a través del deslizador de palanquillas de arcilla y grafito con una corriente alterna suministrada a la al menos una bobina de inducción (14) deslizando la palanquilla (90) desde una entrada de la al menos una bobina de inducción (14) en una superficie interior del deslizador de palanquillas de arcilla y
grafito (12) en un calentamiento inductivo estático o continuo de la palanquilla (90) a través de la al menos una bobina de inducción hasta la temperatura objetivo de trabajo en caliente para formar una palanquilla calentada en una salida de la al menos una bobina de inducción;
transferir la palanquilla calentada desde la salida de la al menos una bobina de inducción a un aparato de trabajo en caliente; y
trabajar en caliente la palanquilla calentada (90) en el aparato de trabajo en caliente para formar un artículo manufacturado; y, opcionalmente, en donde el aparato de trabajo en caliente comprende un aparato de forjado en caliente.
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