ES3050614T3 - Method and system for inductively heating flat articles - Google Patents
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Abstract
Se describe un método y un sistema para el calentamiento inductivo de material plano transportable en dirección de alimentación. El sistema comprende al menos un dispositivo inductor de campo transversal que se extiende a lo ancho del material plano, perpendicular a la dirección de alimentación, con un eje paralelo al eje transversal del material plano. El dispositivo inductor de campo transversal se posiciona de forma variable, de modo que su eje se extiende oblicuamente al eje transversal del material plano en un plano vertical. De esta manera, se puede variar la distancia entre el material plano y el dispositivo inductor, y por consiguiente la distribución de temperatura a lo largo del perfil transversal del material plano, lo que permite un calentamiento homogéneo del material plano. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
[0001] DESCRIPCIÓN
[0003] Procedimiento e instalación para el calentamiento inductivo de material plano
[0005] La presente invención se refiere a un procedimiento para el calentamiento inductivo de material plano que puede ser transportado en una dirección de avance con al menos un equipo inductor de campo transversal que se extiende transversalmente a la dirección de avance a lo ancho del material plano, con un eje que discurre paralelamente al eje transversal del material plano. Además, la presente invención se refiere a una instalación con la que puede llevarse a cabo un procedimiento de este tipo.
[0007] En lugar de hornos calentados con gas convencionales, los materiales planos como, por ejemplo, como flejes, chapas y desbastes, también se calientan por inducción. En este caso, se induce una corriente en el material plano, que hace que se caliente el material.
[0009] Las instalaciones de calentamiento por inducción para productos planos se asignan al calentamiento de campo longitudinal o campo transversal. Con el calentamiento de campo longitudinal, el material plano que ha de ser calentado está completamente encerrado por la bobina inductora, de modo que el flujo magnético principal se dirige en la dirección de avance del material plano. Las corrientes inducidas se cierran sobre la sección transversal de la pieza de trabajo, siendo la distribución de temperatura resultante casi homogénea en toda la anchura de banda del material plano a una frecuencia adecuada de la corriente inductora.
[0011] En las instalaciones de calentamiento de campo transversal, las bobinas inductoras no encierran el material plano, sino que están dispuestas en las superficies del material plano que ha de ser calentado. De esta manera, el flujo magnético principal de las bobinas inductoras está dirigido perpendicularmente a la superficie del material plano. Sin embargo, la desventaja de las instalaciones de calentamiento de campo transversal es que la distribución de la temperatura en el material plano normalmente es homogénea. Esto requiere para cada aplicación una construcción adaptada de las dimensiones geométricas y la optimización de los parámetros de funcionamiento de una instalación de calefacción de campo transversal.
[0013] Ya se sabe que se puede influir en la desventajosa distribución no homogénea de la temperatura mediante un diseño específico de las bobinas inductoras. También se conocen otras soluciones para el ajuste flexible de la distribución de la temperatura en el material plano, por ejemplo la disposición de dos bobinas inductoras transversalmente al material plano y dos bobinas inductoras longitudinalmente al material plano. Las dos bobinas que se extienden en la dirección longitudinal del material plano pueden ser desplazadas en la dirección transversal del material plano, de modo que puede ajustarse la distribución de la temperatura en los cantos laterales del material plano (documento JP 63195397).
[0014] Otras soluciones se describen en los documentos DE 3928629 A1, EP 0667731 B1, DE 4234406 A1 y DE 10013 061 A1.
[0016] El documento US 2018/0092163 A1 divulga un procedimiento de calentamiento magnético en el que rodillos magnéticos que giran con diferentes polos magnéticos están posicionados con respecto a un material plano metálico. Para el posicionamiento de los rodillos giratorios se proponen cuatro tipos diferentes de disposición.
[0018] El documento DE 10312623 A1 trata de una instalación de calentamiento de campo transversal con las características del preámbulo de la reivindicación 1. En este caso, el equipo inductor tiene al menos dos capas inductoras dispuestas paralelamente al plano del material plano, una encima de la otra, que pueden ser desplazadas independientemente una de la otra transversalmente a la dirección de avance para conseguir de esta manera un ajuste flexible de la distribución de la temperatura en el material plano en la dirección transversal del material plano.
[0020] Otras soluciones se describen en los documentos EP 0274673 B, EP 1648628 A1 y EP 1148762 B1. En la primera publicación mencionada se describe cómo, adaptando la forma de la bobina, se puede conseguir una aplicación diferente de energía y, por tanto, un aumento diferente de la temperatura en toda la anchura del material plano. La publicación mencionada en segundo lugar divulga la posibilidad de influir en el perfil de temperatura transversal mediante el ajuste lateral de bobinas de inducción de campo transversal, normalmente en la zona marginal. La publicación mencionada en tercer lugar describe la posibilidad de ajustar el perfil de temperatura transversal mediante núcleos móviles.
[0022] La presente invención tiene el objetivo de proporcionar un procedimiento y una instalación con los que, con el calentamiento por inducción de material plano, se pueda lograr una distribución de temperatura particularmente precisa a través del perfil transversal del mismo.
[0024] De acuerdo con la invención, este objetivo se consigue con un procedimiento del tipo indicado, por el hecho de que el equipo inductor de campo transversal se posiciona de forma variable de tal manera que su eje se extiende en un plano vertical oblicuamente con respecto al eje transversal del material plano.
[0026] La solución de acuerdo con la invención se basa, por tanto, en la idea de variar la distancia entre el equipo inductor
de campo transversal y el lado superior o el lado inferior del material plano, en función de las necesidades, mediante una posición oblicua del equipo inductor de campo transversal sobre el perfil transversal del material plano, de modo que el material plano se caliente en grados diferentes a lo largo de su perfil transversal. Cabe suponer que cuanto mayor sea la distancia entre el material plano y el equipo inductor de campo transversal, menor será el calentamiento. Esto se nota especialmente en las zonas finales transversales del material plano, por lo que mediante la posición oblicua del equipo inductor, en una zona final se prevé una distancia grande y en la otra zona final se prevé una distancia reducida, de modo que aquí las zonas finales se calientan en grados diferentes. Si se desea calentar más la otra zona final, en esta zona se produce una distancia menor por la posición oblicua que en la otra zona final. Modificando la inclinación, se pueden calentar por tanto de forma variable las dos zonas finales transversales.
[0028] Mediante la posición oblicua del equipo inductor de campo transversal realizada de acuerdo con la invención varía por tanto la distancia al material plano, de modo que mediante distancias diferentes del equipo inductor al material plano puede optimizarse la distribución de temperatura de éste durante el calentamiento.
[0030] Es que la corriente eléctrica inducida al material depende de la distancia a la bobina. En el caso del método de inducción de campo transversal aquí descrito, esta dependencia puede expresarse mediante la siguiente fórmula
[0031] P = P0 * e-kx
[0033] donde P0 es la corriente inducida a una distancia mínima al material, x es la distancia y k es un coeficiente característico de la geometría del sistema.
[0035] En un perfeccionamiento de la invención, preferentemente se procede de tal manera que la temperatura del material plano se mide antes del equipo inductor de campo transversal y, en función de la misma, se realiza una posición oblicua del equipo inductor de campo transversal. En este caso, en particular, se mide un perfil de temperatura del material plano a lo ancho del mismo. En particular, en el caso de que durante ello se midan irregularidades de temperatura como consecuencia de inhomogeneidades y otras causas en el material plano, mediante la posición oblicua puede realizarse una compensación durante el proceso de calentamiento. En este caso, por ejemplo, el equipo de medición de temperatura envía una señal correspondiente a un equipo de control, que provoca un movimiento correspondiente del equipo inductor (posición oblicua del mismo).
[0037] Por ejemplo, el equipo de control calcula un modelo correspondiente de temperatura y posición que refleja la aplicación de energía térmica requerida a lo ancho del material plano, y el equipo inductor es ajustado a la inclinación calculada y requerida para compensar la desviación de temperatura.
[0039] En especial, se puede proceder de tal manera que, en función de la temperatura medida del material plano o del perfil de temperatura, se determine la aplicación de energía necesaria del equipo inductor de campo transversal, que se utilizará entonces para calcular la posición oblicua del equipo inductor de campo transversal en la dirección transversal del material plano. De este modo, puede realizarse un ajuste de temperatura preciso a través del perfil transversal del material plano. Adicionalmente al ajuste de la aplicación de energía, se ajusta por tanto el ángulo de posición oblicua del equipo inductor.
[0041] De acuerdo con la invención, se puede poner en posición oblicua un equipo inductor de campo transversal superior y/o inferior. La inclinación del equipo inductor de campo transversal o de los equipos inductores de campo transversal puede conseguirse de manera hidráulica, neumática o electromecánica.
[0043] En otro perfeccionamiento de la invención, el equipo inductor de campo transversal se desplaza transversalmente al eje longitudinal del material plano. Esto puede hacerse preferentemente en ambas direcciones. De esta manera, adicionalmente a la posición oblicua, pueden compensarse irregularidades de temperatura o desviaciones de temperatura, de modo que, finalmente, al final del proceso de calentamiento resulta un perfil de temperatura homogéneo del material plano. A este respecto, el equipo inductor de campo transversal es desplazado transversalmente al eje longitudinal del material plano en función de la medición de la temperatura del material plano antes del equipo inductor de campo transversal.
[0045] De acuerdo con la invención, en particular en función de la medición de la temperatura del material plano, el equipo de control realiza una posición oblicua y un posicionamiento transversal del equipo inductor de campo transversal. En otras palabras, el equipo inductor de campo transversal es desplazado en dirección transversal con respecto al material plano y se pone en posición oblicua con respecto al eje transversal del material plano para conseguir el ajuste de temperatura deseado.
[0047] En particular, se puede realizar un gran número de mediciones de temperatura, en particular en posiciones intermedias, en el material plano para poder reaccionar con flexibilidad a las desviaciones de temperatura. De acuerdo con la invención, se pueden realizar adaptaciones a las respectivas condiciones, a fin de conseguir un nivel particularmente alto de precisión con respecto al ajuste de la temperatura.
[0049] Además, la presente invención se refiere a una instalación para el calentamiento inductivo de material plano que puede
ser transportado en una dirección de avance con al menos un equipo inductor de campo transversal que se extiende transversalmente a la dirección de avance a lo ancho del material plano, con un eje que discurre paralelamente al eje transversal del material plano.
[0051] La instalación configurada de acuerdo con la invención se caracteriza por que presenta un equipo de posicionamiento para el equipo inductor de campo transversal, con el que se puede posicionar de manera que su eje se extienda en un plano vertical oblicuamente con respecto al eje transversal del material plano.
[0053] El equipo inductor de campo transversal está soportado preferentemente en un cuadro o bastidor de la instalación de manera que pueda elevarse o descenderse por uno u otro extremo transversal para conseguir la posición oblicua deseada. En especial, el equipo de posicionamiento presenta preferentemente en cada zona final transversal del equipo inductor de campo transversal un dispositivo de posicionamiento para elevar o descender el respectivo extremo transversal del equipo inductor de campo transversal.
[0055] En un perfeccionamiento, la instalación comprende además un equipo de medición de temperatura para el material plano antes del equipo inductor de campo transversal. Además, está previsto un equipo de control que sirve para controlar el equipo de posicionamiento para elevar o descender el equipo inductor en función del equipo de medición de la temperatura. En particular, el equipo de medición de la temperatura mide un perfil de temperatura en la dirección transversal del material plano.
[0057] La instalación configurada de acuerdo con la invención funciona preferentemente de tal manera que el equipo de control previsto determina la energía aplicada al equipo inductor de campo transversal en función de la temperatura medida y controla de manera correspondiente una fuente de corriente alterna para el suministro de energía. Además, el equipo de posicionamiento para poner el equipo inductor en posición oblicua es controlado en función de ello, de modo que variando el suministro de energía y la distancia a través del perfil transversal del material plano se puede conseguir una distribución óptima de la temperatura.
[0059] Preferentemente, la instalación tiene un equipo inductor de campo transversal superior e inferior, uno o ambos de los cuales pueden ser controlados.
[0061] Como se ha mencionado, para poner el equipo inductor en posición oblicua, están previstos dispositivos de posicionamiento que están configurados respectivamente como un actuador hidráulico, neumático y/o electromecánico.
[0062] En un perfeccionamiento, la instalación de acuerdo con la invención presenta un equipo para el desplazamiento transversal del equipo inductor. En este caso, el equipo inductor es desplazado en dirección transversal con respecto al material plano, de modo que, adicionalmente a la posición oblicua del equipo inductor, existe otra posibilidad de variación para calentar el perfil transversal del material plano. Por ejemplo, el bastidor de la instalación, que soporta el equipo inductor, es desplazado transversalmente con respecto al material plano. De este modo, se superponen los efectos de la posición oblicua y la posición transversal para lograr la distribución de temperatura deseada.
[0064] El equipo de medición de la temperatura previsto de acuerdo con la invención puede presentar una multiplicidad de sensores para poder realizar de esta manera una medición de temperatura especialmente precisa, de modo que se pueda incrementar de esta manera la precisión del calentamiento del material plano a lo largo de su perfil transversal.
[0065] De acuerdo con la invención, se consigue por tanto una mejora en la precisión y homogeneidad del perfil transversal de la temperatura del material plano. Además, se consiguen unas superficies homogéneas del material plano y propiedades homogéneas del material a lo ancho del mismo. El producto final tiene un alto nivel de precisión de perfil de material plano. Además, se consigue una mejora de la homogeneidad del desgaste de los cilindros de trabajo y por tanto una vida útil prolongada de la instalación.
[0067] La invención se explica en detalle a continuación con la ayuda de ejemplos de realización en relación con el dibujo. Muestran:
[0069] La figura 1 un diagrama que representa la densidad de corriente inducida en función de la distancia entre la bobina y el material;
[0071] La figura 2 una sección transversal esquemática de una primera forma de realización de una instalación para el calentamiento por inducción de material plano; y
[0073] la figura 3 una sección transversal esquemática de una segunda forma de realización de una instalación para el calentamiento por inducción de material plano.
[0075] La figura 1 muestra un diagrama que representa la densidad de corriente inducida en función de la distancia entre la bobina y el material. La densidad de corriente normalizada se muestra en la ordenada, mientras que la distancia normalizada se muestra en la abscisa. Se puede ver claramente que la densidad de corriente disminuye al aumentar la distancia.
[0076] La instalación representada esquemáticamente en la figura 2 para el calentamiento por inducción de material plano que puede transportarse en una dirección de avance tiene un equipo inductor de campo transversal superior 2 y un equipo inductor de campo transversal inferior 3, que pueden estar configurados de manera conocida y que aquí están representados solo esquemáticamente como barra respectivamente. Los dos equipos 2, 3 presentan bobinas de inducción adecuadas que se alimentan con corriente alterna a través de los conductores eléctricos 9, 10 para generar las correspondientes corrientes parásitas que provocan el calentamiento del material plano dispuesto entre los dos equipos inductores de campo transversal 2, 3. El material plano 1 es un fleje de acero que ha de ser calentado, que pasa por la instalación en dirección perpendicular al plano del dibujo.
[0078] Los dos equipos inductores de campo transversal 2, 3 están configurados de forma más ancha que el material plano 1 y están soportados respectivamente en un cuadro 5 de la instalación de forma ajustable en altura a través de dos dispositivos de posicionamiento 4 configurados como cilindros hidráulicos. La instalación puede desplazarse en sentido transversal, es decir, perpendicular al eje longitudinal del material plano 1, con la ayuda de rodillos 6 sobre una base 8 provista de raíles. Un equipo de accionamiento correspondiente está representado en 7.
[0080] La instalación está provista de un equipo de posicionamiento para los dos equipos inductores de campo transversal 2, 3, que comprende los dispositivos de posicionamiento 4 mostrados. Por lo tanto, cada equipo inductor 2, 3 está provisto de dos dispositivos de posicionamiento 4 que provocan una elevación o un descenso de los equipos inductores 2, 3 en sus zonas finales transversales. En la forma de realización mostrada en la figura 1, el equipo inductor inferior 3 se extiende paralelamente al material plano 1 y a una distancia de él, mientras que el equipo inductor superior 2 está dispuesto oblicuamente con respecto a él. La posición oblicua del equipo inductor 2 se consigue accionando el dispositivo de posicionamiento 4 mostrado a la izquierda en la figura 1, que ha elevado ligeramente el equipo inductor 2 en esta zona, de modo que aumenta su distancia con respecto al material plano 1.
[0082] Esta posición oblicua o elevación del equipo inductor 2 tiene el fin de aumentar la distancia entre el equipo inductor 2 y el material plano 1 y variar de esta manera el calentamiento de este último en esta zona en comparación con el calentamiento en la otra zona final transversal. Debido a la mayor distancia, el material plano se calienta menos en esta zona final que en la zona final opuesta, de modo que, por ejemplo, se puede conseguir de esta manera una homogeneización del perfil de temperatura en la dirección transversal del material plano 1.
[0084] En particular, la instalación funciona de tal manera que, antes del paso por la instalación, está dispuesto un equipo de medición (no mostrado aquí) que mide un perfil de temperatura en la dirección transversal del material plano 1. La señal correspondiente del equipo de medición se envía a un equipo de control (no mostrado), que a partir de la misma determina un modelo de temperatura y posición y controla la fuente de corriente alterna para los dos equipos inductores 2, 3, por una parte, y los dos dispositivos de posicionamiento 4 del equipo inductor superior 2, por otra. Por lo tanto, los dos equipos inductores 2, 3 y los dispositivos de posicionamiento 4 se controlan de tal manera que resulte una distribución homogénea de la temperatura a lo largo del perfil transversal del material plano 1.
[0086] La figura 3 muestra una forma de realización de una instalación en la que, adicionalmente a la posición oblicua de los equipos inductores 2, 3, es posible un desplazamiento de la instalación en dirección transversal con respecto al material plano 1. La figura muestra las dos posiciones de los equipos inductores 2, 3 desplazadas hacia la derecha. Para ello, la carcasa de la instalación es desplazada hacia la derecha en la figura, a través de rodillos 6 dispuestos en el lado inferior del cuadro 5 asignado, estando representada con líneas de rayas y puntos la posición desplazada. Tras el desplazamiento, el material plano 1 por tanto ya no está centrado con respecto a los dos equipos inductores 2, 3, sino que está desplazado hacia la izquierda con respecto a ellos.
[0088] Además, la instalación está provista de un equipo para inclinar los dos equipos inductores 2, 3. En este caso, tanto el equipo inductor superior como el inferior 2 y 3 han sido movidos ligeramente hacia arriba y hacia abajo a través de los dispositivos de posicionamiento 4 mostrados a la izquierda en la figura, resultando la correspondiente posición oblicua. Por lo tanto, en la zona final transversal izquierda del material plano 1, la distancia al respectivo equipo inductor 2, 3 es mayor que en la zona final transversal derecha del mismo.
[0090] También en esta forma de realización, está previsto un equipo de medición (no mostrado) antes del paso por la instalación, que mide un perfil de temperatura transversal del material plano 1 y envía una señal correspondiente a un equipo de control asociado (tampoco mostrado). Este equipo de control controla entonces tanto la fuente de corriente alterna para suministrar energía a los dos equipos inductores 2, 3 como el equipo de posicionamiento para inclinar los equipos inductores 2, 3 y el equipo para el desplazamiento transversal de los mismos. El modelo de posición y temperatura generado por el equipo de control se realiza, por tanto, accionando los tres equipos mencionados anteriormente, de modo que en la salida de la instalación resulta un perfil transversal de temperatura sustancialmente homogéneo para el material plano 1.
Claims (20)
1. REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para el calentamiento inductivo de material plano (1) que puede ser transportado en una dirección de avance, con al menos un equipo inductor de campo transversal (2, 3) que se extiende transversalmente a la dirección de avance a lo ancho del material plano (1), con un eje que discurre paralelamente al eje transversal del material plano, caracterizado por que un equipo inductor de campo transversal superior y/o inferior (2, 3) se pone en posición oblicua, variando su distancia al material plano.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que se mide una temperatura del material plano (1) antes del equipo inductor de campo transversal (2, 3) y, en función de la misma, se realiza una posición oblicua del equipo inductor de campo transversal (2, 3).
3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por que se mide un perfil de temperatura a lo ancho del material plano (1).
4. Procedimiento según la reivindicación 2 o 3, caracterizado por que, en función de la temperatura medida o del perfil de temperatura medido, se determina el suministro de energía al equipo inductor de campo transversal (2, 3).
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la posición oblicua del equipo inductor de campo transversal (2, 3) se efectúa de manera hidráulica, neumática o electromecánica.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el equipo inductor de campo transversal (2, 3) es desplazado transversalmente al eje longitudinal del material plano.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado por que el equipo inductor de campo transversal (2, 3) es desplazado transversalmente al eje longitudinal del material plano en función de la medición de la temperatura del material plano (1) antes del equipo inductor de campo transversal (2, 3).
8. Procedimiento según las reivindicaciones 2, 4 y 7, caracterizado por que, en función de la medición de temperatura del material plano (1) antes del equipo inductor de campo transversal (2, 3), se realiza una posición oblicua y un posicionamiento transversal del equipo inductor de campo transversal (2, 3).
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se realiza una multiplicidad de mediciones de temperatura, en particular en posiciones intermedias, en el material plano (1).
10. Instalación para el calentamiento inductivo de material plano (1) que puede ser transportado en una dirección de avance, con al menos un equipo inductor de campo transversal (2, 3) que se extiende transversalmente a la dirección de avance a lo ancho del material plano (1), con un eje que discurre paralelamente al eje transversal del material plano, caracterizado por que la instalación presenta un equipo de posicionamiento para el equipo inductor de campo transversal (2, 3), con el que un equipo inductor de campo transversal superior y/o inferior (2, 3) se pone en posición oblicua, variando su distancia al material plano.
11. Instalación según la reivindicación 10, caracterizado por que el equipo de posicionamiento comprende en cada zona final transversal del equipo inductor de campo transversal (2, 3) un dispositivo de posicionamiento (4) para elevar o descender el respectivo extremo transversal del equipo inductor de campo transversal (2, 3).
12. Instalación según la reivindicación 10 u 11, caracterizado por que comprende un equipo de medición de temperatura para el material plano (1) antes del equipo inductor de campo transversal (2, 3).
13. Instalación según la reivindicación 12, caracterizado por que comprende un equipo de control que está configurado para controlar el equipo de posicionamiento para elevar o descender el equipo inductor (2, 3) en función del equipo de medición de temperatura.
14. Instalación según la reivindicación 12 o 13, caracterizado por que el equipo de medición de temperatura mide un perfil de temperatura en la dirección transversal del material plano (1).
15. Instalación según una de las reivindicaciones 13 o 14, caracterizado por que el equipo de control determina la aplicación de energía al equipo inductor de campo transversal (2, 3) en función de la temperatura medida y controla de manera correspondiente una fuente de corriente alterna para el suministro de energía.
16. Instalación según una de las reivindicaciones 10 a 15, caracterizado por que presenta un equipo inductor de campo transversal superior y otro inferior (2, 3).
17. Instalación según una de las reivindicaciones 10 a 16, caracterizado por que el dispositivo de posicionamiento (4) está configurado como un actuador hidráulico, neumático y/o electromecánico.
18. Instalación según una de las reivindicaciones 10 a 17, caracterizado por que presenta un equipo para el desplazamiento transversal del equipo inductor (2, 3).
19. Instalación según las reivindicaciones 13 y 18, caracterizado por que el equipo de control controla tanto el equipo de posicionamiento para la posición oblicua como el equipo para el desplazamiento transversal.
20. Instalación según una de las reivindicaciones 12 a 19, caracterizado por que el equipo de medición de temperatura tiene una multiplicidad de sensores.
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