ES2900636T3 - Instalación de tratamiento térmico para la fabricación de productos industriales - Google Patents

Abstract

Instalación de tratamiento térmico para la fabricación de productos industriales, que comprende varios recintos con diferentes características térmicas, y un soporte (1) que incluye: una solera (18) para recibir los productos (22) a tratar, caracterizado por que: el soporte (1) es fijo, los recintos (3, 4; 28, 29, 30) están distribuidos alrededor de un eje (7), y los medios mecánicos (6, 10) garantizan el desplazamiento relativo de la solera (18) y de los recintos (3, 4; 28, 29, 30), y el acoplamiento de un recinto y de la solera.

Description

DESCRIPCIÓN

instalación de tratamiento térmico para la fabricación de productos industriales

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a una instalación de tratamiento térmico para la fabricación de productos industriales, en particular en el campo de los materiales compuestos y/o de la impresión 3D.

TÉCNICA ANTERIOR

En este campo, las operaciones necesarias para la fabricación de productos industriales incluyen tratamientos térmicos y/o tratamientos en atmósfera controlada. Estos tratamientos particulares se llevan a cabo en recintos específicos donde las condiciones de temperatura, presión y/o atmósfera se pueden controlar y mantener durante períodos a veces prolongados. Estos recintos son, por ejemplo, cámaras de relajación, hornos de eliminación de aglutinante para la evacuación de un aglutinante de fabricación por evaporación o carbonización, hornos de cocción, estufas de secado o de deshidratación. Con frecuencia ocurre en el proceso de fabricación que los productos industriales se tratan sucesivamente en varios recintos con diferentes funciones, por ejemplo, un recinto de secado y un recinto de cocción, o un recinto de eliminación de aglutinante y un recinto de sinterización a alta temperatura. Como cada uno de los recintos está dedicado a un tratamiento particular, los productos industriales en proceso de fabricación se manipulan para que correspondan con la ubicación y la disposición particular de cada recinto. Deben distribuirse en función de la disponibilidad de los recintos, de sus características dimensionales y de la naturaleza de los soportes que aceptan o imponen. Además, dado que los recintos son específicos, sus tiempos de tratamiento son generalmente fijos.

El documento FR 1247 845 describe un dispositivo para la cocción de productos cerámicos que comprende tres recintos fijos con diferentes características térmicas, pudiendo alcanzar la temperatura de tratamiento 1400 °C. Los productos a tratar se colocan en un carro que se puede desplazar entre los recintos.

El documento DE 1221253 describe un horno de calentamiento eléctrico con dos entradas opuestas, utilizadas alternativamente para enfriar los productos tratados y suministrar los productos a tratar. Existe un solo recinto activo y los productos a tratar se desplazan horizontalmente por medio de carros.

En el caso de productos industriales innovadores que utilizan tratamientos térmicos, los tiempos de tratamiento deben adaptarse. Un inconveniente resulta de la necesidad de transferir los productos de un recinto de tratamiento a otro con adaptación de la disposición espacial de los productos al volumen disponible en cada recinto. Las manipulaciones asociadas con estas operaciones de transferencia son la fuente de varias dificultades. Pueden provocar defectos en las piezas. Interrumpen el encadenamiento rápido de las operaciones de tratamiento y su automatización. Representan un costo de inversión significativo y, a menudo, requieren la presencia de operadores para su vigilancia. Causan variaciones en la temperatura de los productos, en general un enfriamiento, entre las diferentes fases de tratamiento, lo que representa simultáneamente un riesgo para la calidad de los productos, una pérdida de energía no despreciable y una pérdida de productividad de la instalación.

OBJETIVOS Y RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Uno de los objetivos de la invención es proporcionar una instalación de tratamiento térmico para la fabricación de productos industriales que evite los inconvenientes antes mencionados.

Otro objetivo de la invención es proporcionar una instalación de tratamiento térmico para la fabricación de productos industriales en la que las manipulaciones de los productos se reduzcan a las operaciones de colocación antes del tratamiento y la retirada después del tratamiento, sin intervención, entre las operaciones de tratamiento térmico, en la organización espacial de los productos correspondiente al apilamiento y la distribución de los productos en el volumen útil de tratamiento.

El objeto de la invención es una instalación de tratamiento térmico para la fabricación de productos industriales, que comprende varios recintos con diferentes características térmicas, y un soporte que incluye una solera para recibir los productos a tratar, caracterizado por que: el soporte es fijo, los recintos se distribuyen alrededor de un eje, y los medios mecánicos aseguran el desplazamiento relativo de la solera y de los recintos y el acoplamiento de un recinto y de la solera.

Según un modo de realización de la invención, los medios mecánicos incluyen un pivote motorizado para garantizar el giro del conjunto de los recintos alrededor del eje, y un gato hidráulico para garantizar el desplazamiento de la solera y del conjunto de los recintos.

Según un modo de realización de la invención, el eje de giro de los recintos es un eje horizontal.

Según un modo de realización de la invención, el desplazamiento relativo de la solera y de los recintos es un desplazamiento vertical.

Según un modo de realización de la invención, el desplazamiento vertical es un desplazamiento de los recintos con respecto a la solera.

Según un modo de realización de la invención, el desplazamiento vertical es un desplazamiento de la solera con respecto a los recintos.

Según un modo de realización de la invención, el conjunto de los recintos comprende dos recintos.

Según un modo de realización de la invención, el conjunto de los recintos comprende tres recintos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La figura 1 es una vista en sección vertical de una instalación de tratamiento térmico para la fabricación de productos industriales según la invención antes de colocar los productos en un primer recinto de estabilización y/o de eliminación de aglutinante.

La figura 2 es una vista en sección vertical de la instalación de tratamiento térmico de la figura 1, antes de colocar los productos en un segundo recinto de sinterización a alta temperatura.

La figura 3 es una vista en sección vertical de la instalación de tratamiento térmico de la figura 2 después de colocar los productos en el segundo recinto de sinterización a alta temperatura.

La figura 4 es una vista izquierda de la instalación de tratamiento térmico de la figura 3.

La figura 5 es una vista derecha de la instalación de tratamiento térmico de la figura 3.

La figura 6 es una vista esquemática de una instalación de tratamiento térmico según la invención equipada con tres recintos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Según un primer modo de realización de la invención, la instalación de tratamiento térmico para la fabricación de productos industriales se compone esencialmente de un soporte fijo 1 para recibir los productos industriales a tratar, y de un pórtico fijo 2 que lleva varios recintos de tratamiento térmico.

En el ejemplo de realización de la figura 1, los recintos son un recinto 3 de estabilización y de eliminación de aglutinante, y un recinto 4 de sinterización a alta temperatura. Los dos recintos 3 y 4 están alojados en una estructura 5 de soporte fijada sobre un pivote motorizado 6, de eje horizontal 7, soportado por el pórtico 2. En la figura 1, los dos recintos 3 y 4 tienen un eje vertical común 8, estando dispuesto el recinto 3 de estabilización y de eliminación de aglutinante con su abertura por encima del soporte fijo 1.

En la figura 2, después de una rotación de 180° alrededor del eje horizontal 7, el recinto 4 de sinterización a alta temperatura está dispuesto con su abertura por encima del soporte fijo 1. El pivote 6 es soportado por un carro 9 que se puede desplazar verticalmente en el pórtico 2 por medio de un gato 10, preferiblemente hidráulico.

El recinto 3 de estabilización y de eliminación de aglutinante funciona a una temperatura de algunos centenares de grados C. Está constituido de una campana estanca 11 rodeada por resistencias 12 de calentamiento y revestida con aislantes 13 de baja temperatura tales como lanas minerales.

El recinto 4 de sinterización a alta temperatura funciona a una temperatura de hasta aproximadamente 1600 °C. Está constituido de ladrillos refractarios 14 y de lanas cerámicas o minerales y su cavidad activa 16 está rodeada por resistencias 15 de calentamiento. La cavidad activa 16 está bordeada por un brocal 17.

El soporte fijo 1 incluye una solera 18 que lleva una protección refractaria 19 con un reborde 20, rematado por una placa 21 capaz de recibir los productos industriales 22 a tratar. Debajo de la placa 21, desemboca un conducto 23 que atraviesa la solera 18 y conecta el recinto, 3 o 4, de tratamiento a un sistema 24 de control de atmósfera. El sistema 24 de control de la atmósfera es capaz de aspirar, por medio de un ventilador 25, los gases procedentes del tratamiento térmico de los productos 22, para su tratamiento en la zona 26 de postcombustión de la CO, y para evacuarlos por la chimenea 27. El sistema 24 de control de la atmósfera también puede suministrar al recinto 3 o 4 un gas específico, tal como nitrógeno, en determinadas etapas del tratamiento, a partir de una reserva de gas a presión.

En el primer modo de realización de las figuras 1 a 5, el carro 9 está en la posición alta y el recinto 3 de estabilización y de eliminación de aglutinante se presenta por encima del soporte 1. Los productos 22 a tratar se colocan sobre la placa 21 llevada por la solera 18. El gato 10 garantiza el descenso del carro 9 hasta que el borde del recinto 3 descanse de forma estanca sobre la solera 18. Después del tratamiento de estabilización y de eliminación de aglutinante, el gato 10 garantiza la elevación del carro 9 a la posición alta. El pivote 6 garantiza la rotación de 180° de la estructura 5 de soporte para que el recinto 4 de sinterización se presente por encima del soporte 1. El gato 10 garantiza el descenso del carro 9 hasta que el borde del recinto 4 descanse de forma estanca sobre la solera 18. Al mismo tiempo, el brocal 17 de la cavidad activa 26 del recinto 4 descansa de forma estanca sobre el reborde 20 de la protección refractaria 19 llevado por la solera 18. Después del tratamiento de sinterización a alta temperatura, el gato 10 garantiza la elevación del carro 9 a la posición alta y los productos 22 tratados pueden extraerse de la placa 21.

En un segundo modo de realización mostrado esquemáticamente en la Figura 6, el soporte fijo 1 está simbolizado por la solera 18 que lleva los productos 22 a tratar, y el pivote 6 lleva, a través de la estructura 5 de soporte no representada, tres recintos: un recinto 28 de secado, un recinto 29 de eliminación de aglutinante y un recinto 30 de cocción a alta temperatura. Las operaciones de descenso y elevación del pivote son garantizadas por el gato 10 como se describió previamente. La estructura 5 de soporte gira 120° para pasar de un recinto a otro.

En un tercer modo de realización también correspondiente al esquema de la figura 6, el pórtico 2 lleva el pivote 6 a una altura fija, y la solera 18 se puede desplazar verticalmente mediante un gato. El recinto 28 de secado está dispuesto por encima de la solera 18. Los productos 22 a tratar se colocan sobre la solera 18. El gato garantiza la elevación de la solera 18 hasta la cámara 28 de secado. Después de la operación de secado, el gato garantiza el descenso de la solera 18. El pivote 6 garantiza la rotación de 120° de la estructura de soporte y el recinto 29 de eliminación de aglutinante se presenta por encima de la solera 18. El gato garantiza la elevación de la solera 18 hasta el recinto de eliminación de aglutinante. Después de la eliminación de aglutinante, el gato garantiza el descenso de la solera 18 y el pivote 6 garantiza la rotación de 120° para presentar el recinto 30 de cocción a alta temperatura. El gato garantiza la elevación de la solera 18 hasta el recinto 30, y después de la cocción, el descenso de la solera 18 para la recuperación de los productos 22 tratados.

En este tercer modo de realización, solo la solera 18 está sometida a los movimientos verticales. Esto da como resultado un cierto ahorro de energía porque la solera es significativamente menos pesada que la estructura 5 de soporte equipada con tres recintos 28, 29, 30. Según una variante de realización, el pivote de la estructura de soporte de los recintos tiene un eje vertical y los recintos se yuxtaponen a la estructura de soporte, todos con su abertura dirigida hacia abajo. La rotación del pivote sobre su eje vertical garantiza la permutación de los recintos. Por tanto, el número de los recintos puede aumentarse a cuatro. El desplazamiento vertical para colocar la solera en un recinto se puede garantizar mediante descensos del recinto o mediante elevación de la solera.

La invención se caracteriza por la utilización, para tratamientos térmicos sucesivos, de recintos dedicados, dispuestos sucesivamente sobre los productos a tratar, sin intervención en la organización espacial de los productos, tal como el apilado o la distribución de los productos en el volumen útil de tratamiento. La solera recibe los productos y se acopla sucesivamente a cada uno de los recintos de tratamiento, sin manipulación de los productos y/o intervención humana de control. Este proceso se adapta particularmente bien a los modos de producción en los que es fundamental vincular cada etapa de fabricación a los tratamientos posteriores. A modo de ejemplo, en el caso de la impresión 3D, el tiempo de fabricación puede ser de varias decenas de horas. El lote de fabricación corresponde al volumen útil de la impresora. Después de la fabricación, los productos son muy frágiles y deben estabilizarse. El tratamiento de estabilización o de relajación puede durar 48 horas en una atmósfera a temperatura y humedad controladas. Luego, la operación de eliminación de aglutinante consiste en provocar la evacuación de los aglutinantes contenidos en los productos, por gasificación-combustión, pudiendo realizarse la gasificación bajo vacío o en atmósfera neutra. Dependiendo de la complejidad de los productos, esta operación puede durar de 2 a 3 días. El contenido de oxígeno y la temperatura se controlan para evitar una combustión demasiado rápida que destruiría los productos. El calentamiento debe ser eléctrico o indirecto para evitar el contacto de los gases con los elementos de calentamiento. La operación de eliminación de aglutinante se realiza en campana estanca para evitar la dispersión de gases contaminantes. Según un ejemplo de realización, se proporciona una postcombustión en la zona 26 para quemar los COV resultantes de la eliminación de aglutinante. La aspiración de los gases contaminados se realiza a través de la solera por el conducto 23.

En el ejemplo de realización descrito, la segunda operación descrita utiliza un recinto estanco para la eliminación de aglutinante. Este recinto estanco se puede utilizar para cualquier tipo de tratamiento térmico, bajo vacío o en una atmósfera gaseosa específica.

La tercera operación consiste en una cocción o sinterización a alta temperatura, hasta 1650 °C durante aproximadamente 24 horas. Esta operación debe realizarse en un recinto específico porque la campana del recinto de eliminación de aglutinante no resistiría la temperatura de sinterización.

Las ventajas de la instalación de tratamiento térmico según la invención son múltiples. El hecho de tener una sola solera y varios recintos permite reagrupar a nivel de la solera una parte importante del material y de las funciones de control y en particular: las entradas y salidas de gas para el control de la atmósfera y la extracción de los gases de reacción; analizadores y sensores de gases, algunos de los cuales tienen múltiples funciones; el sistema de control de regulación y de potencia; aislamiento térmico; y la mecánica de posicionamiento entre la solera y los diferentes recintos. El hecho de encadenar las operaciones de tratamiento térmico sin desplazar los productos a tratar garantiza un cambio rápido de las condiciones de tratamiento, una reducción del riesgo de degradación de los productos y un ahorro energético.

Finalmente, la automatización de los movimientos de los recintos en función de las diferentes etapas del proceso de tratamiento térmico elimina la necesidad de que el personal esté presente durante todo el proceso, lo que puede llevar varios días.

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. instalación de tratamiento térmico para la fabricación de productos industriales, que comprende varios recintos con diferentes características térmicas, y un soporte (1) que incluye: una solera (18) para recibir los productos (22) a tratar, caracterizado por que: el soporte (1) es fijo, los recintos (3, 4; 28, 29, 30) están distribuidos alrededor de un eje (7), y los medios mecánicos (6, 10) garantizan el desplazamiento relativo de la solera (18) y de los recintos (3, 4; 28, 29, 30), y el acoplamiento de un recinto y de la solera.

2. Instalación según la reivindicación 1, caracterizada por que los medios mecánicos (6, 10) incluyen un pivote motorizado (6) para garantizar el giro del conjunto de los recintos (3, 4; 28, 29, 30) alrededor del eje (7), y un gato hidráulico (10) para garantizar el desplazamiento relativo de la solera (18) y del conjunto de los recintos (3, 4; 28, 29, 30).

3. Instalación según la reivindicación 2, caracterizada por que el eje (7) de giro de los recintos (3, 4; 28, 29, 30) es un eje horizontal.

4. Instalación según la reivindicación 2, caracterizada por que el desplazamiento relativo de la solera (18) y de los recintos (3, 4; 28, 29, 30) es un desplazamiento vertical.

5. Instalación según la reivindicación 4, caracterizada por que el desplazamiento vertical es un desplazamiento de los recintos (3, 4; 28, 29, 30) con respecto a la solera (18).

6. Instalación según la reivindicación 4, caracterizada por que el desplazamiento vertical es un desplazamiento de la solera (18) con respecto a los recintos (3, 4; 28, 29, 30).

7. Instalación según la reivindicación 1, caracterizada por que el conjunto de los recintos incluye dos recintos (3, 4).

8. Instalación según la reivindicación 1, caracterizada por que el conjunto de los recintos incluye tres recintos (28, 29, 30).