ES2285148T3 - Aparato de induccion electromagnetica y metodo de tratamiento de materiales fundidos. - Google Patents
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Abstract
Aparato (500) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los medios de inducción electromagnética (501) actúan, en uso, a través de una placa delgada (506).
Description
Aparato de inducción electromagnética y método
de tratamiento de materiales fundidos.
Esta invención se refiere a mejoras en o
relativas al tratamiento de materiales fundidos y está más
particularmente dirigida a la fusión/mezcla mejorados y al
movimiento o transferencia mejorados de materiales metálicos
fundidos.
El reciclado de metal de desecho va en aumento y
por lo tanto están siendo hechos considerables esfuerzos para
mejorar la eficacia de los procesos de reciclado, parte de los
cuales incluye la fusión de metal de desecho.
Es conocido proporcionar hornos para la fusión
y el refinado de materiales metálicos tales como aluminio u otros
materiales. Con frecuencia, tales hornos se utilizan para reciclar
metal de desecho. Se han hecho varias propuestas para mejorar los
procesos de fusión y refinado, por ejemplo, agitando el metal
fundido (y aditivos de aleación, cuando se aportan) y agitando una
mezcla de metal fundido y materiales adicionales metálicos de
estado sólido introducidos en la masa fundida del horno. La
agitación del metal fundido ayuda a la eficacia del proceso de
fusión distribuyendo el calor a través de toda la masa fundida y
ayuda también a fundir más rápidamente el material de desecho de
estado sólido y/o aditivos, introducidos en la masa fundida.
En relación con esto, se sabe disponer de un
aparato de agitación en la forma de una unidad de inducción
electromagnética (en la forma de un motor lineal) que puede ser
situada por debajo del horno en un plano horizontal adyacente a la
pared inferior del horno, por debajo de la masa fundida, en su
utilización. El campo magnético creado por el motor de inducción
actúa a través de una placa relativamente gruesa sobre la parte
inferior del horno y agita eficazmente el material fundido
lentamente en un plano horizontal en un intento por dispersar
uniformemente el calor en toda la masa fundida. También se sabe
utilizar agitadores mecánicos en tales hornos para crear una acción
de agitación similar. Sin embargo, se cree que un tal tratamiento
del metal fundido tiende a tener desventajas, al menos en ciertas
aplicaciones. Por ejemplo, cuando se introduce material metálico de
desecho o aditivos de aleación, tales como silicio, en el horno, en
la parte superior de la masa fundida, la acción de agitación
proporcionada por el motor de inducción electromagnética no
contribuye en gran medida a mezclar el nuevo material de metal de
desecho/aditivos uniformemente a través de toda la masa fundida. Con
frecuencia, el material metálico de desecho/aditivos será muy
ligero (particularmente un aditivo de silicio) y flotará
simplemente en la superficie de la masa fundida al ser agitado
alrededor de un plano horizontal, en lugar de ser, por ejemplo,
arrastrado hacia abajo al interior del metal fundido, donde puede
ser fundido de manera mucho más rápida y eficaz. Una vez más, el
metal de desecho en la forma de recipientes de bebida de aluminio
flotará simplemente en la parte superior de la masa fundida y
resultará oxidado, en lugar de ser sumergido dentro del baño para
ser mezclado y reciclado de una manera eficaz.
Adicionalmente, tal aparato de agitación de
motor de inducción tiende a ser lento, operando, por ejemplo, a 1
Hz. Las limitaciones de diseño para tales motores requieren un campo
magnético muy profundo o intenso para que sea propagado a través de
toda la altura del material fundido en el horno, de manera que la
agitación circulatoria horizontal tenga lugar a través de la
totalidad del material fundido en lugar de, por ejemplo, en la capa
inferior del material. De este modo, con el fin de conseguir una tal
profundidad del campo magnético, tiene que ser sacrificada una
elevada velocidad de agitación. Se puede conseguir una velocidad de
agitación mucho menor de lo que por lo demás sería el caso si el
material pudiera ser agitado utilizando una profundidad reducida
del campo magnético.
Cuando se dispone de agitadores mecánicos, estos
tienden a quemarse muy rápidamente y necesitan ser sustituidos, y
así mismo no parece que han sido dispuestos para actuar de una
manera conductora para sumergir metales de desecho/aditivos
introducidos en la parte superior de la masa fundida.
Una vez más, se cree que hay tendencia a que se
produzcan problemas en la extracción el material de metal fundido
una vez que ha sufrido tratamiento en el horno. La manera usual de
extraer los materiales metálicos fundidos tiende a ser algo
peligrosa para el operario. Se puede producir un tapón en el fondo
del horno que puede ser retirado para permitir que los materiales
metálicos fundidos circulen allí y sean así extraídos del horno. O,
en otras disposiciones, el horno tiene que ser hecho bascular con el
fin de verter el contenido fundido del horno. En cualquier caso, se
cree que el nivel de implicación para el operario lleva consigo un
riesgo de ser dañado por los materiales metálicos fundidos de una
manera que no tendría necesariamente que suceder si fuera mejorado
el método de extracción de materiales fundidos del horno.
Es un objeto de la presente invención aliviar al
menos una o más de las anteriormente mencionadas, u otras,
desventajas asociadas con el tratamiento de materiales fundidos y/o
proporcionar un aparato, sistema de agitación, disposición de
agitación, aparato de movimiento o transferencia, horno o método,
mejorados.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente
invención, se proporciona un aparato de inducción de flujo o
agitación, destinado a utilizar en el reciclado o refinado de
materiales de desecho, que comprende o incluye un aparato de
inducción electromagnética destinado a inducir hacia abajo y/o hacia
arriba el flujo de material de metal fundido y/o la circulación del
material de metal fundido en un plano vertical y en el que el
aparato de inducción electromagnética está dispuesto, en uso, según
un cierto ángulo de inclinación con respecto a la horizontal con el
fin de crear una fuerza de impulsión inclinada hacia arriba y/o
hacia abajo sobre el metal fundido para arrastrar cualesquiera
materiales introducidos en la parte superior del metal fundido hacia
abajo para ser sumergidos, y estando dicho aparato de inducción o
agitación destinado, en uso, a crear simultáneamente un flujo
horizontal de material de metal fundido fuera del plano vertical y/o
una circulación de metal fundido en un plano horizontal.
De acuerdo con un segundo aspecto de la presente
invención, se proporciona un aparato de inducción de flujo o
agitación que comprende o incluye un aparato de inducción
electromagnética selectivamente bidireccional, destinado a inducir
flujo descendente y/o ascendente de material metálico fundido en un
plano vertical, por ejemplo en un horno, y en el que el aparato de
inducción electromagnética está dispuesto, en uso, según un ángulo
de inclinación con respecto a la horizontal con el fin de crear una
fuerza de impulsión hacia arriba y/o hacia abajo sobre el metal
fundido y estando destinado dicho aparato de inducción o agitación
de flujo, en uso, a crear simultáneamente un flujo horizontal de
material metálico fundido fuera del plano vertical y/o la
circulación de metal fundido en un plano horizontal, siendo dicho
aparato de inducción electromagnética utilizable en un sentido para
crear circulación en un plano vertical y sumergir cualesquiera
materiales de la parte superior del metal fundido y utilizable en
el sentido inverso para extraer material fundido desde el
recipiente.
Además, de acuerdo con la presente invención, se
proporciona un horno o cámara para tratar materiales metálicos
fundidos en combinación con al menos un aparato de inducción de
flujo o agitación según se reivindica en el párrafo inmediatamente
precedente.
El aparato de inducción de flujo o agitación
puede estar también dispuesto, en uso, para crear un flujo
horizontal de material metálico fundido y/o una circulación de
metal fundido en un plano horizontal, por ejemplo entre dos o más
cámaras de un horno, tal como un horno de pozo lateral.
Usualmente, el aparato de inducción
electromagnética estará dispuesto, en uso, según un ángulo de
inclinación con respecto a la horizontal (normalmente de 40º a 70º)
con el fin de crear una fuerza de impulsión hacia arriba y/o hacia
abajo sobre el metal fundido. El aparato de inducción
electromagnética puede ser situado sobre una pared inclinada de
una cámara de horno, en uso, que contiene metal fundido. Cuando no
hay disponible pared inclinada, el aparato de inducción puede ser
situado según un cierto ángulo sobre una pared vertical de
cámara/horno por medio de una bastidor de sujeción o soporte del
aparato de inducción de flujo o agitación.
El bastidor o soporte incluye preferiblemente
una abertura que, en uso, conduce al material fundido (por ejemplo
en un horno) y permite, por ejemplo, que los aditivos de aleación,
tales como silicio, sean introducidos en el material metálico
fundido y permite que sean tomadas muestras del metal, así como la
desgasificación.
En una realización de la invención, el aparato
de inducción de flujo o agitación está dispuesto para proporcionar
un flujo de circulación en la masa fundida, teniendo lugar dicha
circulación en un plano vertical para hacer posible que los
materiales de desecho sólidos/aditivos ligeros sean introducidos en
la parte superior de la masa fundida para ser arrastrados hacia
abajo y sumergidos bajo la influencia del flujo de metal fundido por
el aparato de inducción de flujo o agitación. Esto crea una
dispersión de calor más eficaz que reduce los tiempos de fusión y
del proceso, y reduce también la exposición del metal de desecho a
una atmósfera oxidante, reduciendo con ello al mínimo las pérdidas
de metal por oxidación.
Preferiblemente, la energía o velocidad del
aparato de inducción de flujo o agitación será variable para
adaptarse a diferentes funciones que han de ser realizadas por el
aparato de inducción de flujo o agitación. Por ejemplo, si el
aparato de inducción de flujo o agitación es utilizado para
impulsar el flujo de metal fundido en dirección hacia abajo, por
ejemplo para crear una circulación en un plano vertical, la
velocidad puede ser fijada a un nivel mayor que en un escenario en
el que se utilice el aparato de inducción de flujo o agitación
para extraer metal de una cámara u horno. Si se tuviera que fijar la
velocidad en un valor demasiado elevado, en la extracción del metal
desde la cámara u horno el material podría salir a chorros de manera
peligrosa.
Preferiblemente, la velocidad del aparato de
inducción de flujo o de agitación puede ser ajustada a varios
valores de hasta 50 Hz (+/-10 Hz).
Preferiblemente, el aparato de inducción de
flujo o agitación es bidireccional para inducir flujo de metal
fundido selectivamente en dos sentidos opuestos de acuerdo con la
elección del operario.
En una realización, cuando el aparato de
inducción de flujo o agitación es bidireccional y se utiliza en un
sentido para crear circulación en un plano vertical con el fin de
sumergir y mezclar materiales de desecho ligeros/aditivos en la
masa fundida, dichos medios de inducción de flujo/agitación pueden
ser utilizados en su otro modo direccional para invertir la
circulación del flujo y extraer de ese modo materiales fundidos
desde una cámara u horno.
Además, de acuerdo con la presente invención, se
proporciona un método de reciclar o refinar materiales de desecho,
comprendiendo dicho método inducir un flujo ascendente y/o
descendente de metal fundido y/o circulación de metal fundido en un
plano vertical, mediante el aparato de inducción electromagnética,
y que comprende inducir un flujo horizontal de material de metal
fundido y/o una circulación de metal fundido en un plano horizontal
y que incluye introducir material de desecho en el metal fundido y
arrastrar el material de desecho hacia abajo para ser sumergido por
dicho flujo hacia arriba y/o hacia debajo de metal fundido y/o
mediante circulación de metal fundido en un plano vertical.
Pueden ser proporcionados medios de inducción
electromagnética destinados o dispuestos para inducir un flujo
rápido en el metal fundido mayor que 1 Hz, por ejemplo de 50 Hz
(+/-15 Hz).
Otras características ventajosas de la presente
invención resultarán evidentes de la siguiente descripción y de
los dibujos.
A continuación serán descritas realizaciones de
la presente invención, a modo de ejemplo solamente, con referencia
a los dibujos simplificados que se acompañan, en los cuales:
La figura 1 muestra una vista en perspectiva de
un aparato de inducción de flujo o agitación para controlar el
flujo de materiales metálicos fundidos, unido a una pared que puede
ser, por ejemplo, una pared de horno;
La figura 2 muestra una vista en sección
transversal vertical del aparato de inducción de flujo o agitación
y de la pared de cámara/horno mostrada en la figura 1, tomada por la
línea II-II según se muestra en la figura 1;
La figura 3 muestra una vista en sección parcial
vertical a través de un horno, material metálico fundido y aparato
de inducción de flujo o agitación como se muestra en las figuras 1
y 2;
La figura 4 muestra una vista lateral en sección
parcial de una segunda realización de un horno equipado con una
segunda realización de aparato de inducción de flujo o agitación
que actúa en un sentido para producir la circulación de material
metálico fundido en un plano vertical;
La figura 5 muestra una vista similar a la
figura 4, pero con el aparato de inducción de flujo o agitación
actuando en el sentido opuesto para la extracción de materiales
metálicos fundidos desde el horno.
Las figuras 6 y 7 muestran vistas en planta y
lateral de pautas de flujo de circulación típicas producidas por el
aparato de inducción de flujo o agitación, según se representa en
la figura 4;
La figura 8 muestra una vista lateral en sección
de una tercera realización de un horno de acuerdo con la presente
invención;
La figura 9 muestra esquemáticamente el flujo de
metal fundido en el horno de la figura 8;
La figura 10 muestra una vista en planta, en
sección, de una realización más de un horno de acuerdo con la
presente invención;
La figura 11 muestra una vista lateral en
sección de un horno mostrado en la figura 10, tomada por la línea
A-A, y
La figura 12 muestra una vista lateral en
sección de un horno, tomada por la línea B-B de la
figura 10.
Haciendo referencia a las figuras
1-3 de los dibujos que se acompañan, el aparato de
inducción de flujo o agitación 500 incluye un aparato de inducción
electromagnética en la forma de una caja generalmente rectangular
501 conectada a una pared extrema inclinada 502 de un bastidor o
soporte 503 del aparato 500, que es generalmente de sección
transversal en forma de triángulo isósceles de ángulo recto. La
pared inclinada 502 forma un ángulo de 45º con respecto a la pared
vertical 504 y la pared horizontal 505 del bastidor o soporte
503.
La manera en la que el bastidor o soporte 503
puede ser conectado a la pared extrema vertical 600 del horno 601
resultará evidente de la figura 3 de los dibujos. El soporte o
bastidor 503 puede ser fijado a la pared 600 del horno 601 creando
una abertura 602 de un tamaño apropiado y mediante la utilización de
técnicas de refractario usuales para fijar el soporte en la
abertura.
El aparato de inducción electromagnética 501
está conectado a dicha pared extrema 502 por cualesquiera medios
apropiados y actúa a través de una construcción 506 de placa
metálica delgada de carburo, estando constituida la construcción de
placa metálica 506 de losetas separadas.
El soporte o bastidor 503 tiene una abertura
rectangular superior 507 que, en uso, conduce de manera recta a la
superficie superior del material metálico fundido M en la parte
inferior del horno 601 y que se extiende hasta el soporte o
bastidor 503, muy cerca del aparato de inducción electromagnética
501, pero en un lado opuesto a la placa delgada 506, como resultará
evidente de la figura 3.
En uso, como se muestra más particularmente en
la figura 3 de los dibujos, el aparato de inducción electromagnética
501 (que es, en efecto, un motor lineal) puede ser operado para
inducir una pauta de flujo circulatorio en el metal fundido. Este
movimiento circulatorio, representado por las flechas en la figura
3, está constituido por la fuerza de impulsión magnética inclinada
hacia abajo (representada por la flecha A en la figura 3), creada
por el aparato de inducción de flujo o agitación 501. La fuerza de
impulsión magnética (flecha A) es una potente fuerza dirigida en
esencia axialmente con respecto al aparato de inducción
electromagnética 501 y de ese modo formando un ángulo generalmente
de 45º, paralelamente a la pared extrema 502 del bastidor o soporte
503.
Aunque en la realización anteriormente descrita
la pared extrema 502 se fija en un ángulo de 45º, es posible que se
pueda elegir un ángulo alternativo (por ejemplo de 30 ó 60º) para
adaptarse a la aplicación o uso particular del aparato de inducción
electromagnética.
Se contempla que el aparato de inducción
electromagnética 501 sea un potente motor de velocidad variable,
por ejemplo, de hasta 50 Hz. De ese modo, durante la operación, el
aparato de inducción electromagnética 501 será capaz de agitar el
material metálico fundido M a regímenes de flujo muy rápidos en el
plano vertical. La circulación de flujo establecida en el material
fundido M es ventajosa por varias razones. En primer lugar,
cualesquiera materiales metálicos (por ejemplo metal de desecho y/o
aditivos) introducidos en el horno en la parte superior del
material fundido M resultará casi inmediatamente o al menos muy
rápidamente arrastrado hacia abajo y sumergido en el material, por
ligero que pueda ser. Puesto que tales materiales son rápidamente
sumergidos en el material fundido M, la desventajosa oxidación de
los mismos será esencialmente evitada, contrariamente a lo que
sucede en hornos conocidos, en los que los materiales ligeros pueden
permanecer flotando sobre el material fundido.
En segundo lugar, el flujo circulatorio inducido
en el material fundido M es mucho más rápido que el de las técnicas
de agitación conocidas, que tiene lugar en un plano horizontal.
Tales técnicas de agitación agitan normalmente el material fundido
M aproximadamente a 1 Hz. El aparato de inducción 501 es capaz de
agitar el material metálico fundido a velocidades mucho mayores
debido a que produce un flujo descendente en un extremo del
material metálico fundido en lugar de tener que actuar generalmente
desde abajo en la totalidad de la altura del material fundido, lo
que requiere crear un campo magnético muy intenso.
Adicional y ventajosamente, los aditivos de
aleación tales como silicio pueden ser cargados a través de la
abertura 507, a través del soporte 503, al interior del material
metálico fundido M y se disuelven rápidamente en solución. El
soporte 503 puede ser usado como un punto de introducción de
fundentes y buena mezcladura a través de todo el material
fundido.
Adicional y ventajosamente, la abertura 507 del
soporte 503 se puede utilizar para tomar muestras del material
fundido, evitando así la necesidad de abrir la puerta principal del
horno para tomar muestras.
Adicionalmente, el aparato de inducción de flujo
o agitación 500 puede ser usado no sólo para hacer circular el
material metálico fundido M en un plano vertical, sino también para
desgasificación en el horno de contención 601. Una lanza de gas (no
mostrada) puede ser introducida en el flujo de metal fundido a
través de la abertura 507 para proporcionar una buena dispersión en
el metal fundido M alrededor de la parte inferior del horno.
Puesto que el campo electromagnético inducido
por el aparato de inducción electromagnética puede ser
selectivamente variable, la circulación del material metálico
fundido o la agitación en un plano vertical puede ser fijada en un
régimen controlado para adaptarse a diferentes materiales y/o
condiciones. El material metálico fundido M puede ser agitado a un
régimen controlado de hasta unos 15T/minuto. Ventajosamente, la
provisión de elevados regímenes de agitación origina régimen de
fusión incrementado y temperaturas mucho más reducidas y
estratificación de aleación reducida. Se pueden acomodar bajos
niveles de metal en circulación.
Aunque, como se ha descrito, el aparato de
inducción electromagnética 501 ha sido dispuesto para proporcionar
o inducir un flujo generalmente descendente de material metálico
fundido (como se indica por la flecha A), para realizar con ello la
circulación de material metálico fundido en un plano vertical, se
contempla que el aparato 501 sea bidireccional. De este modo, si se
requiere, el aparato 501 puede estar dispuesto para mover el
material metálico fundido en general hacia arriba en un sentido
inverso al de la flecha A. Tal facilidad puede ser usada, por
ejemplo, para extraer material metálico fundido M del horno de una
manera que se va a describir.
Las figuras 4 y 5 muestran una segunda
realización de aparato de inducción de flujo o agitación 500' que
consiste en el aparato de inducción electromagnética 501 situado en
una pared inclinada 700 existente o hecha a propósito de un horno
701. En este caso, por lo tanto, no existe bastidor o soporte 503
destinado a conectar el aparato de inducción electromagnética 501
a la pared del horno según un ángulo de inclinación para inducir
flujo o circulación ascendente y/o descendente en un plano
vertical.
Como se muestra en la figura 4, el aparato de
inducción electromagnética 501 puede ser establecido para mover el
material metálico fundido M en un sentido descendente para originar
el movimiento circulatorio del material fundido M en un plano
vertical durante el proceso de fusión. Cuando se desea extraer el
material metálico fundido del horno, los medios 501 de inducción
electromagnética pueden ser establecidos para impulsar el material
metálico fundido en una dirección de sentido inverso, hacia arriba,
como se muestra en la figura 5, para ser transferido fuera del
horno a lo largo del conducto de extracción 702, de una manera que
ha de resultar evidente de las figuras 4 y 5. Es posible que el
aparato de inducción electromagnética 501 y el conducto de
extracción 702 estén construidos conjuntamente como una unidad que
constituya el aparato de inducción de flujo o agitación, estando
destinada dicha unidad a la conexión a una pared lateral vertical
existente de un horno.
Las figuras 6 y 7 muestran las pautas de flujo
típicas que pueden ser fijadas en el material metálico fundido M
por el aparato de inducción electromagnética 501, que opera como se
muestra en la figura 4.
Naturalmente, es posible que un horno esté
provisto de más que un aparato de inducción electromagnética 501,
por ejemplo el aparato de inducción electromagnética 501 y el
soporte 503 podrían estar conectados por un extremo de un horno 601
más particularmente como se muestra en la figura 3, con el fin de
agitar el material fundido en el horno y un segundo aparato de
inducción electromagnética 501 podría estar dispuesto en un extremo
opuesto del horno para extraer el material metálico fundido a lo
largo del conducto 702, más particularmente como se muestra en la
figura 5. Además, cuando están previstos dos de tales aparatos 501
de inducción electromagnética, podrían estar dispuestos para operar
en cooperación uno con otro.
Cuando el aparato de inducción electromagnética
se utiliza para extraer material metálico fundido de la masa
fundida M a través del conducto de extracción 702, será normalmente
operado en una velocidad mucho más inferior, de manera que el
material no sale a chorros o se derrama de forma incontrolada desde
el conducto 702, lo que podría ser evidentemente peligroso para un
operario.
De ese modo, ha de ser evidente que el aparato
de inducción electromagnética 501 puede ser establecido para
inducir el movimiento o flujo de material metálico fundido en un
plano vertical disponiendo el mismo según un cierto ángulo con
respecto a la vertical. Cuando la pared de la cámara o la pared del
horno es vertical, el aparato de inducción de flujo o agitación
requiere un soporte o bastidor para la unión. De otro modo, si la
cámara u horno tiene ya una pared apropiadamente inclinada o se crea
a propósito una pared inclinada, el aparato de inducción
electromagnética puede ser unido a la misma sin el soporte o
bastidor.
De ese modo, el aparato de inducción
electromagnética 501 puede ser montado posteriormente en la mayoría
de las superficies y puede ser usado en hornos de parte superior
redonda, siendo usado también en hornos de pozo lateral para la
circulación e inmersión de metal. También se puede montar en hornos
estáticos o de basculación.
Otro beneficio es la flexibilidad que
proporciona el sistema de transferencia o movimiento de metal
fundido mediante el uso del aparato de inducción electromagnética
de acuerdo con la presente invención. Puesto que el aparato de
inducción electromagnética es suficientemente potente para bombear
hacia arriba, ya no se necesita un mezclador estático a un nivel
elevado en comparación con el contenedor/horno o dispositivo de
colada.
Ventajosamente, el aparato de inducción de flujo
o agitación permite que el metal sea transferido desde el horno
sin basculación o perforación de bloques y se puede usar durante la
basculación/colada a caudales controlados, para mantener
composición de aleación compatible, lo que es especialmente
importante cuando las densidades de los elementos de aleación son
diferentes al material metálico fundido (por ejemplo aluminio).
En general, el aparato de inducción de flujo o
agitación 500 ha de permitir producción incrementada, menor
consumo de energía y de pérdidas de masa fundida, transferencia de
metal fundido, rápida inmersión de desechos de peso medio/ligero en
el material metálico fundido, homogeneidad de aleación y temperatura
durante la colada y solución de aleaciones más rápida.
Ventajosamente, no se requieren partes móviles,
lo que originará bajo mantenimiento, además de que el aparato de
inducción de flujo o agitación es apropiado para instalación en
hornos estáticos o basculantes.
En particular, el aparato de inducción de flujo
o agitación puede ser utilizado en un horno de pozo lateral
(véanse las figuras 10-12). El horno 100 incluye una
cámara principal 112 y una cámara de pozo lateral 113. Se utilizan
medios de inducción electromagnética 114 (véase la figura 12) para
mover material fundido en la proximidad de los medios de inducción
114 hacia abajo, creando con ello un movimiento de circulación en un
plano vertical. Sin embargo, el movimiento de impulsión hacia abajo
del material fundido impulsa también el material fundido de una
manera circulatoria generalmente horizontal a través del paso 172 y
el paso de retorno 170.
De ese modo, la potente acción de impulsión del
aparato de inducción de flujo o agitación 114 es capaz de hacer
circular rápidamente el material metálico fundido entre la cámara
principal 112 y la cámara lateral 113 debido a la fuerza inicial de
impulsión hacia abajo ejercida sobre el material fundido adyacente
el mismo. Una explicación adicional de la presente invención en
relación con un horno de pozo lateral se da posteriormente en esta
memoria.
Con referencia a la figura 8, se muestra en ella
un horno 10 de cámara única, generalmente de forma conocida, que
incluye una cámara 12 y una fuente de calor conocida en la forma de
un quemador 16.
La cámara 12 tiene un suelo 18 que incluye una
parte delantera inclinada 20, una parte horizont4al 22 y una parte
trasera inclinada 24. La parte delantera inclinada 20 y la parte
horizontal 22 definen una región delantera 26, y la parte trasera
inclinada 24 define una región trasera 28 de la cámara 12. Unos
medios de inducción electromagnética 14 están situados, de acuerdo
con esta realización de la presente invención, en la parte de pared
inclinada 20.
La cámara 12 está encerrada, es decir rodeada,
por medio de paredes 30, con una puerta elevable 32 situada en una
de las paredes 30. La puerta elevable 32 permite que sea introducido
metal dentro de la cámara 12.
El horno incluye medios de extracción 34 para
retirar impurezas de la cámara. Como se ha mencionado anteriormente,
el propio horno es generalmente de un tipo en sí conocido y por
tanto no será descrito con más detalle.
El suministro de una corriente a los medios de
inducción electromagnética 14 crea un flujo de metal fundido.
Ventajosamente, puesto que los medios de
inducción electromagnética están inclinados con relación a la
posición a nivel del metal fundido M, el flujo de metal fundido
tiene ambas componentes, horizontal y vertical. Esto se aprecia del
mejor modo en la figura 9, donde las flechas D muestran
esquemáticamente el flujo.
Con referencia a las figuras 10 a 12, se muestra
en ellas una realización alternativa en la forma de un horno 100 de
dos cámaras.
El horno 100 es también, en general, de una
forma conocida e incluye una cámara principal 112, una cámara de
pozo lateral 113 y una fuente de calor en la forma de quemadores
116, estando los quemadores situados de manera que dirigen calor
hacia la cámara principal 112.
De acuerdo con esta realización de la presente
invención, el horno 100 incluye además medios de inducción
electromagnética 114 situados de una manera inclinada, según se
muestra.
Los medios de inducción electromagnética 114
están situados en la cámara de pozo lateral 113, y los quemadores
están situados en la cámara principal 112. Esto difiere de la
realización de la figura 8, en la que tanto los medios de inducción
electromagnética como los quemadores están situados en la misma
cámara.
La cámara de pozo lateral 113 tiene una pared
lateral interior 158 de pozo lateral, una pared lateral exterior
160 de pozo lateral, una pared extrema 142 que es común con la
cámara principal y una puerta elevable 162 de cámara de pozo
lateral.
La cámara principal 112 y la cámara de pozo
lateral 113 están en comunicación de fluido por medio de un primer
paso 170 y un segundo paso 172 a través de respectivas paredes
laterales interiores 144, 158 de las mismas.
En las figuras 10 y 11 se puede apreciar que el
metal fundido M cubre prácticamente los suelos 118, 148 de las
cámaras principal y de pozo lateral y es mantenido en estado líquido
por los quemadores 116. El metal fundido de las cámaras tiene una
altura F entre los suelos 118, 148 y la superficie del metal
fundido.
El primer paso 170 conecta la región delantera
156 de la cámara principal con la región delantera 126 de la cámara
de pozo lateral, y el segundo paso 172 conecta la región trasera 128
de la cámara de pozo lateral con la región trasera 154 de la
cámara principal. La cámara de pozo lateral está apantallada del
calor producido por los quemadores 116 de la cámara principal
mediante paredes laterales interiores 144, 158.
En otras realizaciones, la cámara de pozo
lateral puede estar dispuesta con relación a la cámara principal de
tal manera que no se requiera que las paredes laterales interiores
apantallen la cámara lateral con respecto a la cámara principal;
por ejemplo, los pasos primero 170 y segundo 172 podrían ser de
mayor longitud para aumentar la distancia entre las dos cámaras,
reduciendo con ello el efecto en la cámara de pozo lateral del
calor producido por los quemadores en la cámara principal.
Se ha de observar que el flujo inducido en el
metal fundido crea pautas de superficie predecibles en la superficie
de metal fundido y, por lo tanto, los medios de extracción se
pueden situar correspondientemente en la cámara de pozo lateral de
manera que se facilite la eficaz retirada de impurezas sólidas o
gaseosas.
Como en la realización de la figura 8, el
suministro de una corriente a los medios de inducción
electromagnética da lugar a un flujo inducido en el metal fundido
M.
Sin embargo, el flujo de metal fundido difiere
del de la realización de la figura 8 debido a la disposición de dos
cámaras unidas por pasos. Los medios de inducción electromagnética
inducen flujo en el metal fundido, con referencia a la figura 10,
que crea un flujo de metal fundido indicado por flechas E.
El metal fundido en la cámara principal 112
fluirá hacia la cámara de pozo lateral 113 a través del primer paso
170 bajo la influencia de los medios de inducción electromagnética
114 situados en la cámara de pozo lateral 113. El efecto de
impulsar metal fundido desde la cámara principal a la cámara de pozo
lateral a través del primer paso dará lugar a que el metal fundido
en la cámara de pozo lateral sea impulsado en retorno a la cámara
principal a través del segundo paso, creando así un flujo continuo
de metal fundido entre las dos cámaras.
El metal fundido producido mediante fusión del
desecho pesado y ligero en la cámara de pozo lateral será impulsado
hacia el segundo paso 172 debido al flujo de metal fundido
establecido por los medios de inducción electromagnética, y entrará
en la cámara principal 112.
Se puede ver en la figura 11 que la superficie
de techo 177 del segundo paso está por debajo de la altura F del
metal fundido M, y cualesquiera impurezas que estén en la superficie
del metal fundido no serán impulsadas hacia la cámara principal,
siendo capaz de pasar a través del segundo paso sólo el metal
limpio.
Es importante que la altura F del metal fundido
sea controlada para evitar que entren en la cámara principal 112
grandes cantidades de impurezas procedentes de la cámara 113 de pozo
lateral. La altura puede ser controlada introduciendo más metal en
cualquier cámara.
Una combinación de retirada de impurezas y de
control de la altura F del metal fundido reduce el potencial de que
las impurezas fluyan hacia la cámara principal.
Ventajosamente, mediante la inclinación de los
medios de inducción electromagnética, el flujo resultante de metal
fundido no está limitado al flujo en la dirección horizontal, y
conduce a una mayor dispersión de calor a través de todo el metal
fundido y por lo tanto a un proceso de fusión más eficaz.
Preferiblemente, la cámara incluye una región
delantera situada adyacente a los medios de inducción
electromagnética, y el metal de desecho ligero es introducido en la
región delantera.
Ventajosamente, la introducción del desecho
ligero en la proximidad de los medios electromagnéticos hace que
el metal de desecho ligero sea impulsado hacia abajo y sumergido
bajo la influencia del flujo de metal fundido creado por los medios
de inducción electromagnética. Esto crea dispersión de calor más
eficaz, lo que reduce los tiempos de fusión y de proceso, y también
reduce la exposición del metal de desecho a una atmósfera oxidante
y por lo tanto reduce al mínimo la pérdida de metal por
oxidación.
Preferiblemente, la cámara única incluye una
región trasera con un suelo inclinado, y el metal de desecho pesado
es introducido en la región trasera.
Ventajosamente, esto significa que el metal de
desecho pesado puede ser parcialmente sumergido en la región
trasera, permitiendo por tanto que el flujo de metal fundido se lave
a través del desecho pesado. El metal fundido en contacto con el
desecho pesado aumenta la temperatura del desecho pesado, y
cualesquiera impurezas atrapadas dentro del desecho pesado, por
ejemplo agua, se evaporará al aumentar la temperatura del desecho
pesado. Esto reduce la posibilidad de que la exposición del agua
atrapada dentro del desecho pesado sea confinada y en contacto
directo con el metal fundido, debido a que la rápida vaporización
cuando el agua se pone en contacto con el metal fundido es
claramente peligrosa.
Una limitación potencial de hornos con cámaras
únicas es que tienen presentes en la misma cámara tanto la fuente
de calor como las impurezas resultantes del metal de desecho,
reduciendo la presencia de impurezas la eficacia del proceso de
fusión.
Otra limitación de los hornos de cámara única es
la introducción del metal de desecho en la misma cámara que la
fuente de calor, conduciendo con ello a pérdidas de metal por
oxidación.
Esto puede ser superado parcialmente empleando
las soluciones según se han definido ya, aunque, si la fuente de
calor y la introducción de metal tienen lugar en la misma cámara, el
proceso de fusión tendrá un grado de eficacia limitado.
Ventajosamente, el tener dos cámaras hace
posible que la fuente de calor sea aislada de la zona en la que se
introduce el metal de desecho.
Además, las impurezas producidas por el metal de
desecho pueden ser extraídas más eficazmente, ya que la fuente de
calor está en una cámara separada y por tanto la atmósfera es más
fría.
Claims (17)
1. Aparato de inducción de flujo o agitación
(500) destinado a usarse en reciclado y refinado de materiales de
desecho, que comprende o incluye un aparato de inducción
electromagnética (501) adaptado para inducir flujo descendente y/o
ascendente de material metálico fundido (M) y/o circulación de
material metálico fundido (M) en un plano vertical y en el que el
aparato de inducción electromagnética (501) está dispuesto, en uso,
según un ángulo inclinado con respecto a la horizontal con el fin
de crear una fuerza de impulsión inclinada hacia arriba y/o hacia
abajo sobre el metal fundido (M) para arrastrar cualesquiera
materiales introducidos en la parte superior del metal fundido
hacia abajo para ser sumergido y estando dicho aparato de inducción
de flujo o agitación (500) destinado, en uso, a crear
simultáneamente un flujo horizontal de material metálico fundido
fuera del plano vertical y/o la circulación de metal fundido en un
plano horizontal.
2. Aparato (500) de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el aparato de inducción electromagnética
(501) está dispuesto, en uso, según un ángulo de inclinación con
respecto a la horizontal de 30º a 60º +/-5º con el fin de crear
dicha fuerza de impulsión hacia arriba y/o hacia abajo sobre el
metal fundido (M).
3. Aparato (500) de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que el aparato de inducción electromagnética
(501) está dispuesto, en uso, según un ángulo de inclinación de
aproximadamente 45º con respecto a la horizontal.
4. Aparato (500) de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en el que el aparato de inducción
electromagnética (501) está situado en una cámara inclinada o pared
de soporte (502) de un horno (601), que contiene, en uso, metal
fundido (M).
5. Aparato (500) de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en el que el aparato de inducción
electromagnética (501) se puede situar según un cierto ángulo en
una pared vertical (600) de cámara/horno por medio de un bastidor o
soporte de unión (503) del aparato de inducción de flujo o agitación
(500).
6. Aparato (500) de acuerdo con la
reivindicación 5, en el que el bastidor o soporte incluye una
abertura (507) que, en uso, conduce al material metálico fundido
(M) y permite que los materiales sean introducidos en el material
metálico fundido (M).
7. Aparato (500) de acuerdo con la
reivindicación 5 o la 6, en el que la potencia, frecuencia o
velocidad del aparato electromagnético (501) es selectivamente
variable para adaptarse a diferentes tareas que hayan de ser
realizadas por el aparato de inducción de flujo o agitación
(500).
8. Aparato (500) de acuerdo con la
reivindicación 7, en el que la frecuencia se puede ajustar
previamente en varios valores de hasta 50 Hz (+/- 10 Hz).
9. Aparato (500) de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en el que el aparato
electromagnético (500) es bidireccional.
10. Aparato (500) de acuerdo con la
reivindicación 9, en el que el aparato electromagnético (500) está
destinado a utilizarse en una dirección para crear circulación en
un plano vertical con el fin de sumergir y mezclar materiales de
desecho ligeros o aditivos en la masa fundida (M), estando dichos
medios electromagnéticos (501) destinados a utilizarse en otro modo
direccional para invertir la circulación del flujo y extraer así
materiales fundidos (M) de una cámara o un horno (601).
11. Aparato (500) de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en el que los medios de inducción
electromagnética (501) actúan, en uso, a través de una placa
delgada (506).
12. Aparato de inducción de flujo o agitación
(500), que comprende o incluye un aparato de inducción
electromagnética bidireccional (501) destinado a inducir flujo
ascendente/descendente de material metálico fundido (M) en un
recipiente (601) y/o circulación de material metálico fundido (M)
en un plano vertical, por ejemplo en un horno (601), y en el que el
aparato de inducción electromagnética (501) está dispuesto, en uso,
según un ángulo de inclinación con respecto a la horizontal con el
fin de crear una fuerza de impulsión inclinada hacia arriba y/o
hacia abajo sobre el metal fundido (M), y estando destinado dichos
aparato de inducción de flujo o agitación (500), en uso, a crear
simultáneamente un flujo horizontal de material metálico fundido
fuera del plano vertical y/o circulación de metal fundido en un
plano horizontal, siendo utilizable dicho aparato de inducción
electromagnética (501) en un sentido para crear circulación en un
plano vertical y sumergir cualesquiera materiales de la parte
superior del metal fundido (M) y siendo utilizable en sentido
inverso para extraer metal fundido del recipiente (601).
13. Un horno o cámara (601) para tratar
materiales metálicos fundidos (M) en combinación con al menos un
aparato de inducción de flujo o agitación (500) según se
reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes.
14. Un método de reciclar o refinar materiales
de desecho (M), comprendiendo dicho método inducir un flujo
ascendente y/o descendente de metal fundido (M) y/o la circulación
de metal fundido (M) en un plano vertical, mediante un aparato de
inducción electromagnética (501) y que comprende inducir un flujo
horizontal de material metálico fundido y/o la circulación de
metal fundido en un plano horizontal y que incluye introducir
materiales de desecho en el metal fundido (M) y arrastrar el
material de desecho hacia abajo para ser sumergido por dicho flujo
ascendente y/o descendente de metal fundido (M) y/o mediante la
circulación de metal fundido (M) en un plano vertical.
15. Un método de acuerdo con la reivindicación
14, que incluye introducir materiales de desecho a través de una
abertura (507) de un soporte o bastidor (503) de los medios de
inducción de flujo o agitación (500).
16. Un método de acuerdo con la reivindicación
14 o la 15, que incluye hacer funcionar los medios de inducción
electromagnética (501) de manera bidireccional para adaptarse a
diferentes tareas.
17. Un método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 16, que incluye hacer funcionar los medios de
inducción electromagnética a una frecuencia de hasta 50 Hz (+/- 10
Hz).
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