Calentamiento y fusión de materiales mediante calentamiento por inducción eléctrica de susceptores.

Un aparato de calentar y fundir por inducción eléctrica que comprende:

un crisol (12) formado de refractario;

una base (14) de susceptor dispuesta en una parte inferior (12a) del crisol;

al menos una bobina (18) de inducción que al menos rodea parcialmente la altura exterior del crisol; y

una multitud de varillas (16) de susceptor dispuestas verticalmente alrededor del perímetro interior del crisol, estando cada una de la multitud de varillas de susceptor conectada eléctricamente a la base de susceptor;

caracterizado por

un dispositivo sensor de varilla de susceptor defectuosa para detectar una varilla de susceptor dañada.

Calentamiento y fusión de materiales mediante calentamiento por inducción eléctrica de susceptores Campo de la invención La presente invención se refiere al calentamiento y fusión de un material en un horno, mediante el calentamiento por inducción eléctrica de susceptores en el horno, con transferencia de calor desde los susceptores al material.

Antecedentes de la invención Las vasijas de susceptor se pueden utilizar para calentar y fundir materiales que no son eléctricamente conductores, mediante calentamiento por inducción eléctrica de la vasija de susceptor y la transferencia de calor desde la vasija de susceptor a los materiales dentro de la vasija.

Es un objeto de la presente invención proporcionar un horno que se puede utilizar para calentar y fundir materiales que no son eléctricamente conductores mediante calentamiento por inducción eléctrica de los componentes de susceptor dispuestos en el horno, con transferencia de calor desde los componentes de susceptor al material en el horno.

El documento US 2008/267251 A1 describe un aparato de fusión por inducción eléctrica que comprende un crisol refractario encerrado dentro de aislamiento térmico. El crisol tiene un canal inferior abierto que permite a la colada en el crisol caer abajo en un horno de estabilización. Una bobina de inducción rodea la altura exterior del crisol. Se pueden disponer varias varillas de susceptor verticalmente alrededor del perímetro interior del crisol.

El documento US 2005/259712 A1 describe un horno con un crisol que tiene un susceptor dispuesto debajo de la parte inferior del crisol con un perímetro exterior de susceptor que es menor que el diámetro de la parte inferior del crisol. El susceptor se puede reemplazar por un elemento de calentamiento por resistencia.

Breve compendio de la invención La presente invención proporciona un aparato según la reivindicación 1 y un método según la reivindicación 10, a los que ahora se debería hacer referencia. Las reivindicaciones 2 a 9, 11 y 12 definen características opcionales de la invención.

Así, en un aspecto, la presente invención es un aparato para, y el método de, calentar y fundir materiales mediante calentamiento por inducción eléctrica de los componentes de susceptor en un horno de inducción. Los componentes de susceptor comprenden al menos un conjunto de varillas de susceptor dispuestas alrededor del perímetro interior de un crisol. Se proporciona también en el crisol una base de susceptor con conexión a un extremo de las varillas de susceptor. También se pueden proporcionar uno o más tubos de susceptor dentro del crisol. El flujo de corriente alterna a través de una o más bobinas de inducción que rodean el exterior del crisol generan campos de flujo magnético que se acoplan con los componentes de susceptor para calentar inductivamente los componentes de susceptor. El calor procedente de los componentes de susceptor se transfiere al material en el horno para calentar y fundir el material. El horno puede ser de una configuración de vertido por presión o de vertido inferior. Se proporciona un dispositivo sensor de varilla de susceptor defectuosa para detectar una varilla de susceptor o tubo de susceptor dañado. En algunos ejemplos de la invención, se conecta una fuente de alimentación de calentamiento resistivo entre las varillas de susceptor, y los tubos de susceptor, si se utilizan, y la base de susceptor para proporcionar calentamiento resistivo de los materiales de susceptor. Se puede proporcionar un dispositivo de fijación de la varilla de susceptor para mantener las varillas de susceptor verticalmente en posición en el crisol. El dispositivo de fijación de la varilla de susceptor también puede incluir un mecanismo de liberación y de eliminación de la varilla de susceptor para la eliminación de una varilla de susceptor mientras el horno está calentando o fundiendo una composición colocada en el crisol. El horno puede incluir una tapa que puede formar un entorno sellado dentro del crisol.

En funcionamiento, la frecuencia de salida de las fuentes de energía de corriente alterna conectadas a una o más bobinas de inducción se pueden ajustar para controlar selectivamente la magnitud del calentamiento inducido a la matriz de componentes discretos de susceptor.

En algunas realizaciones de la invención, el horno puede tener una parte inferior abierta de modo que la carga sólida suministrada en la parte superior del horno sale por la parte inferior abierta del horno en forma fundida continua.

El anterior y otros aspectos de la invención se establecen en esta memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripción de los dibujos El anterior compendio breve, así como la siguiente descripción detallada de la invención, se entiende mejor cuando se lee conjuntamente con los dibujos adjuntos. Para el propósito de ilustrar la invención, se muestran en los dibujos

los ejemplos de formas de la invención que se prefieren actualmente; sin embargo, la invención no está limitada a las disposiciones e instrumentos específicos descritos en los siguientes dibujos adjuntos.

La FIG. 1 (a) es una vista en planta superior abierta de un ejemplo del aparato de fundir y calentar por inducción eléctrica de la presente invención.

La FIG. 1 (b) es una vista en alzado en sección transversal del aparato de la FIG. 1 (a) a través de la línea A-A.

La FIG. 2 es una vista en alzado en sección transversal de otro ejemplo del aparato de fundir y calentar por inducción eléctrica de la presente invención.

La FIG. 3 es una vista en alzado en sección transversal de otro ejemplo del aparato de fundir y calentar por inducción eléctrica de la presente invención.

La FIG. 4 es una vista en alzado en sección transversal del aparato de la FIG. 3 que ilustra un ejemplo de la eliminación de una varilla de susceptor mientras el aparato de fundir y calentar por inducción eléctrica está en funcionamiento.

La FIG. 5 es una vista en alzado en sección transversal de otro ejemplo del aparato de fundir y calentar por inducción eléctrica de la presente invención.

La FIG. 6 es una vista en alzado en sección transversal de otro ejemplo del aparato de fundir y calentar por inducción eléctrica de la presente invención.

La FIG. 7 (a) y la Fig. 7 (b) son vistas en alzado en sección transversal de ejemplos del aparato de fundir y calentar por inducción eléctrica de la presente invención que utilizan un tubo de susceptor.

La FIG. 8 (a) y la FIG. 8 (b) son vistas isométricas de tubos de susceptor alternativos que se pueden utilizar con el aparato mostrado en la FIG. 7 (b) .

La FIG. 9 (a) y la FIG. 9 (b) ilustran en vistas en elevación en sección transversal ejemplos del aparato de fundir y calentar por inducción eléctrica de la presente invención que utilizan calentamiento Joule de susceptor suplementario.

La FIG. 10 es una vista en alzado en sección transversal de otro ejemplo del aparato de fundir y calentar por inducción eléctrica de la presente invención.

La FIG. 11 (a) es una vista en planta superior abierta de otro ejemplo del aparato de fundir y calentar por inducción eléctrica de la presente invención.

La FIG. 11 (b) es una vista en elevación en sección transversal del aparato de la FIG. 11 (a) a través de la línea B-B.

La FIG. 12 es una vista en alzado en sección transversal de otro ejemplo del aparato de fundir y calentar por inducción eléctrica de la presente invención.

Descripción detallada de la invención Se muestra en la FIG. 1 (a) y en la FIG. 1 (b) un ejemplo de un aparato 10 de fundir y calentar por inducción eléctrica (horno de calentamiento por inducción) de la presente invención. El crisol 12 se forma a partir de refractario adecuado. La base de susceptor 14 se coloca en la parte inferior 12a del interior del crisol 12. Las varillas 16 de susceptor se disponen alrededor del perímetro interior del crisol. Una sección de las varillas de susceptor puede estar en contacto con la pared interior del crisol, o desplazada con respecto a la pared interior del crisol, dependiendo de los requisitos de una aplicación particular. Las varillas de susceptor se pueden fijar adecuadamente a la base de susceptor, por ejemplo, mediante una conexión roscada a la base. Una o más bobinas de inducción 18 rodean la altura exterior del crisol de modo que cuando una o más de las bobinas de inducción se conectan adecuadamente a uno o más fuentes de energía de corriente alterna (CA) (no mostradas en las figuras) , el flujo magnético se genera mediante el flujo de corriente en las bobinas. El flujo se acopla con la base y las varillas de susceptor para calentar por inducción... [Seguir leyendo]

1. Un aparato de calentar y fundir por inducción eléctrica que comprende: un crisol (12) formado de refractario; una base (14) de susceptor dispuesta en una parte inferior (12a) del crisol;

al menos una bobina (18) de inducción que al menos rodea parcialmente la altura exterior del crisol; y una multitud de varillas (16) de susceptor dispuestas verticalmente alrededor del perímetro interior del crisol, estando cada una de la multitud de varillas de susceptor conectada eléctricamente a la base de susceptor; caracterizado por un dispositivo sensor de varilla de susceptor defectuosa para detectar una varilla de susceptor dañada.

2. Un aparato según la reivindicación 1, que incluye al menos una fuente de alimentación de calentamiento resistivo (PS) conectada a una o más de la multitud de varillas de susceptor y a la base de susceptor.

3. Un aparato según la reivindicación 1 o 2, que incluye un dispositivo de grifo (22) inferior para la retirada por la parte inferior de una composición de material fundido desde el crisol.

4. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que incluye un dispositivo de fijación de la varilla de susceptor para mantener al menos una de la multitud de varillas de susceptor en una posición vertical en el crisol.

5. Un aparato según la reivindicación 4, en el que el dispositivo de fijación de la varilla de susceptor comprende un mecanismo para liberar y eliminar la varilla de susceptor para la eliminación de al menos una de la multitud de varillas de susceptor mientras el aparato está calentando o fundiendo una composición colocada en el crisol.

6. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que incluye una tapa (25) dispuesta sobre la abertura superior del crisol para formar un ambiente sellado dentro del crisol.

7. Un aparato según la reivindicación 6, que incluye un tubo (32) de salida orientado generalmente de forma

vertical que tiene un extremo inferior dispuesto en el crisol y el extremo superior opuesto abierto a la atmósfera, y un suministro (30) de un gas para la inyección de gas en el ambiente sellado dentro del crisol.

8. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que incluye uno o más tubos (17, 17a, 17b) de susceptor dispuestos verticalmente en el crisol dentro del perímetro interior de la multitud de varillas (16) de susceptor.

9. Un aparato según la reivindicación 8, en el que uno o más de los tubos de susceptor comprende un único tubo de susceptor dispuesto centralmente en el interior del crisol, ya sea con un interior de volumen abierto o con un interior lleno de refractario.

10. Un método de calentar y fundir una composición no conductora eléctricamente en al menos el estado sólido, comprendiendo el método las etapas de:

colocar al menos una carga parcialmente sólida de la composición en un crisol (12) formado de refractario que tiene una disposición de componentes de susceptor discretos, dispuestos verticalmente dentro del volumen interior del crisol y una base (14) de susceptor dispuesta en una parte inferior (12a) del crisol, estando cada uno de los componentes de susceptor discretos, de la disposición de componentes de susceptor discretos, conectado eléctricamente a la base de susceptor; y ajustar la frecuencia de salida de una o más de las fuentes de alimentación de corriente alterna conectadas a una o más de las bobinas (18) de inducción que rodean la altura exterior del crisol (12) , para controlar selectivamente el calor inducido en la disposición de componentes de susceptor discretos; caracterizado por que detecta una varilla de susceptor dañada con un sensor de varilla de susceptor defectuosa.

11. Un método según la reivindicación 10, en el que la disposición de componentes de susceptor discreta comprende una multitud de varillas (16) de susceptor dispuestas verticalmente alrededor del perímetro interior del crisol (12) y un tubo (17) de susceptor dispuesto centralmente dentro del interior del crisol, la etapa de ajustar la frecuencia de salida de una o más de las fuentes de alimentación de corriente alterna comprende controlar selectivamente la magnitud de calor inducido entre la multitud de varillas (16) de 50 susceptor y el tubo (17) de susceptor.

12. Un método según la reivindicación 11, en el que el crisol tiene una parte inferior abierta y el interior del tubo (17) de susceptor se llena con refractario, incluyendo el método la etapa de fundir la carga parcialmente sólida dentro del crisol para formar una composición fundida en la parte inferior abierta del crisol.