BR112019005231B1 - Aparelho e método de aquecimento - Google Patents

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Theresa Elizabeth Macfarlane
Rodger Brown
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Abstract

Trata-se de um aparelho de aquecimento sem contato que usa uma série de ímãs giratórios para aquecer, levitar e/ou mover artigos metálicos através do mesmo. Uma primeira série de ímãs giratórios aquece o artigo metálico até uma temperatura desejada. Uma segunda série de ímãs giratórios levita o artigo metálico dentro do aparelho de aquecimento e mantém a tensão desejada no artigo metálico, além de impulsionar o artigo metálico através do aparelho de aquecimento. O aparelho de aquecimento pode se estender o suficiente para imergir o artigo metálico na temperatura desejada por uma duração desejada. Os ímãs giratórios podem ser posicionados fora de uma câmara resistente ao calor eletricamente não condutora preenchida com um gás inerte ou ligeiramente reativo, através da qual o artigo metálico passa no aparelho de aquecimento.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS
[0001] O presente pedido reivindica o benefício do Pedido de Patente Provisório n° U.S. 62/400.426 intitulado “ROTATING MAGNET HEAT INDUCTION” e depositado em 27 de setembro de 2016; e o Pedido de Patente Provisório n° U.S. 62/505.948 intitulado “ROTATION MAGNET HEAT INDUCTION” e depositado em 14 de maio de 2017, cujas revelações são incorporadas ao presente documento a título de referência em suas totalidades.
[0002] Adicionalmente, o presente pedido está relacionado ao Pedido de Patente Não Provisório n° U.S. 15/716.887 de Antoine Jean Willy Pralong, et al. intitulado “ROTATING MAGNET HEAT INDUCTION” depositado em 27 de setembro de 2017; Pedido de Patente Não Provisório n° U.S. 15/716.559 de Antoine Jean Willy Pralong, et al. intitulado “SYSTEMS AND METHODS FOR NON CONTACT TENSIONING OF A METAL STRIP” depositado em 27 de setembro de 2017; Pedido de Patente Não Provisório n° U.S. 15/716.577 de David Michael Custers, intitulado “PRE-AGEING SYSTEMS AND METHODS USING MAGNETIC HEATING”, depositado em 27 de setembro de 2017; Pedido de Patente Não Provisório n° U.S. 15/716.608 de David Anthony Gaensbauer, et al. intitulado “COMPACT CONTINUOUS ANNEALING SOLUTION HEAT TREATMENT”, depositado em 27 de setembro de 2017; e Pedido de Patente Não Provisório n° U.S. 15/716.570 de Julio Malpica, et al. intitulado "RAPID HEATING OF SHEET METAL BLANKS FOR STAMPING" depositado em 27 de setembro de 2017, cujas revelações são incorporadas a título de referência em suas totalidades.
CAMPO DA TÉCNICA
[0003] A presente revelação refere-se à metalurgia em geral e mais especificamente ao aquecimento e processamento de artigos metálicos, tais como tiras ou chapas metálicas de alumínio.
ANTECEDENTES
[0004] No processamento de metal, pode ser desejável controlar a temperatura de um artigo metálico antes, durante ou após várias etapas de processamento. Por exemplo, pode ser desejável aquecer uma chapa metálica antes de executar certos processos (por exemplo, laminação), ou pode ser desejável manter o calor em uma tira metálica por um período de tempo sem permitir que a tira metálica resfrie para menos do que uma temperatura mínima. O controle de temperatura geralmente pode envolver a adição ou remoção de energia térmica a ou de uma tira metálica.
[0005] Existem várias técnicas para adicionar energia térmica a um artigo metálico. Determinadas técnicas de aquecimento, especialmente técnicas de contato direto, podem induzir efeitos indesejáveis no artigo metálico, como a corrosão de superfície, acúmulo de resíduos (por exemplo, carbono de uma chama de impacto direto) na superfície ou outros resultados indesejáveis. Algumas técnicas tentam aquecer o artigo metálico sem contato, mas são incapazes de transferir eficientemente a energia térmica para a tira metálica. Alguns outros problemas associados às técnicas atuais incluem a necessidade de elevados custos de instalação e/ou manutenção, ocupando um espaço de produção significativo, limitando a mobilidade do artigo metálico a ser processado e induzindo efeitos indesejáveis no artigo metálico.
[0006] Além disso, pode ser importante manter as características de superfície desejáveis durante e após um processo de aquecimento. O uso de equipamento que entra em contato com a superfície de um artigo metálico, especialmente durante e imediatamente após o aquecimento do artigo metálico a uma temperatura elevada pode produzir defeitos de superfície indesejáveis. Além disso, aquecer artigos metálicos quando expostos a certos gases, tais como ar húmido, pode causar defeitos superficiais indesejáveis no artigo metálico.
SUMÁRIO
[0007] O termo modalidade e os termos semelhantes pretendem se referir amplamente à toda a matéria da presente revelação e às reivindicações abaixo. Frases que contêm esses termos não devem ser entendidas como limitantes da matéria no presente documento descrita ou limitantes do significado ou escopo das reivindicações abaixo. As modalidades da presente revelação no presente documento abrangidas são definidas pelas reivindicações abaixo, não pelo presente sumário. Esse sumário é uma visão geral de alto nível de vários aspectos da revelação e introduz alguns dos conceitos que são descritos mais adiante na seção Descrição Detalhada abaixo. Esse sumário não se destina a identificar características-chave ou essenciais da matéria reivindicada, nem deve ser usado isoladamente para determinar o escopo da matéria reivindicada. A matéria deve ser entendida por referência às porções apropriadas de todo o relatório descritivo da presente revelação, qualquer ou todos os desenhos e cada reivindicação.
[0008] Exemplos da presente revelação incluem um aparelho de aquecimento que compreende: uma zona de aquecimento para aceitar um artigo metálico, em que a zona de aquecimento compreende pelo menos um dispositivo de aquecimento para aumentar a temperatura do artigo metálico; e uma zona de flutuação acoplada à zona de aquecimento para manter a temperatura do artigo metálico, sendo que a zona de flutuação compreende um arranjo de ímãs giratórios posicionado para levitar o artigo metálico durante uma operação de aquecimento.
[0009] Em alguns casos, o arranjo de ímãs giratórios é um arranjo de ímãs permanentes giratórios. Em alguns casos, a zona de aquecimento e a zona de flutuação ocupam o mesmo espaço. Em alguns casos, o pelo menos um dispositivo de aquecimento compreende pelo menos um do arranjo de ímãs giratórios. Em alguns casos, a zona de flutuação está localizada imediatamente após a zona de aquecimento em uma direção a jusante, em que a zona de aquecimento inclui uma entrada para aceitar continuamente o artigo metálico e em que a zona de flutuação inclui uma saída para produzir continuamente o artigo metálico. Em alguns casos, o pelo menos um dispositivo de aquecimento compreende uma ou mais bobinas de indução. Em alguns casos, o pelo menos um dispositivo de aquecimento compreende um arranjo adicional de ímãs giratórios. Em alguns casos, o arranjo adicional de ímãs giratórios é um arranjo adicional de ímãs permanentes giratórios. Em alguns casos, o arranjo de ímãs giratórios inclui uma pluralidade de rotores, sendo que cada um compreende uma pluralidade de ímãs giratórios separados lateralmente. Em alguns casos, o aparelho compreende ainda: um sensor de temperatura posicionado para medir uma temperatura do artigo metálico; e um controlador acoplado ao sensor de temperatura e ao pelo menos um dispositivo de aquecimento para controlar o pelo menos um dispositivo de aquecimento com base em uma temperatura detectada. Em alguns casos, o aparelho compreende ainda um ou mais bocais de resfriamento acoplados a uma fonte de fluido refrigerante e posicionados para distribuir o fluido refrigerante sobre o artigo metálico. Em alguns casos, o aparelho compreende ainda um sensor de temperatura posicionado para medir uma temperatura do artigo metálico; e um controlador acoplado ao sensor de temperatura e o um ou mais bocais de resfriamento para controlar uma quantidade de fluido refrigerante distribuído por um ou mais bocais de resfriamento. Em alguns casos, o arranjo de ímãs giratórios gira em torno de um eixo geométrico de rotação que é paralelo a uma largura lateral do artigo metálico. Em alguns casos, o aparelho compreende ainda uma câmara para aceitar um gás, em que o artigo metálico é posicionado dentro da câmara durante a operação de aquecimento, e em que o arranjo de ímãs giratórios está posicionado oposto a uma parede da câmara do artigo metálico. Em alguns casos, a câmara inclui uma parede de topo separável de uma parede de fundo para facilitar o rosqueamento do artigo metálico na zona de aquecimento. Em alguns casos, a câmara é feita de um material termicamente isolante, eletricamente não condutor. Em alguns casos, a câmara inclui uma ou mais portas que conectam a câmara a um fornecimento de gás inerte.
[00010] Exemplos da presente revelação incluem um método que compreende: posicionar um artigo metálico em uma zona de aquecimento de um aparelho de aquecimento; aquecer o artigo metálico a uma temperatura nominal com o uso de um dispositivo de aquecimento na zona de aquecimento; levitar o artigo metálico em uma zona de flutuação, em que levitar o artigo metálico compreende girar pelo menos um rotor magnético para gerar campos magnéticos variáveis adjacentes ao artigo metálico; e manter a temperatura nominal por um período enquanto o artigo metálico está sendo levitado na zona de flutuação.
[00011] Em alguns casos, cada um dos pelo menos um rotores magnéticos compreende um ou mais ímãs permanentes giratórios em torno de um eixo de geométrico de rotação. Em alguns casos, a zona de aquecimento e a zona de flutuação ocupam o mesmo espaço. Em alguns casos, o aquecimento do artigo metálico inclui girar um ou mais do pelo menos um rotor magnético. Em alguns casos, o método compreende adicionalmente direcionar o artigo metálico da zona de aquecimento para a zona de flutuação, sendo que a zona de flutuação está localizada imediatamente após a zona de aquecimento em uma direção a jusante, em que posicionar o artigo metálico na zona de aquecimento inclui aceitar continuamente o artigo metálico na zona de aquecimento. Em alguns casos, aquecer o artigo metálico inclui a passagem do artigo metálico através de uma ou mais bobinas de indução. Em alguns casos, o aquecimento do artigo metálico inclui girar pelo menos um rotor magnético adicional. Em alguns casos, cada um dos pelo menos um rotor magnético adicional compreende um ou mais ímãs permanentes giratórios em torno de um eixo geométrico de rotação. Em alguns casos, cada um dos pelo menos um dos rotores magnéticos compreende uma pluralidade de ímãs separados lateralmente giratórios em torno de um eixo geométrico de rotação. Em alguns casos, o método compreende ainda medir uma temperatura do artigo metálico com o uso de um sensor de temperatura; e controlar o dispositivo de aquecimento com base na temperatura medida. Em alguns casos, o método compreende ainda fornecer fluido refrigerante para o artigo metálico com o uso de um ou mais bocais de resfriamento. Em alguns casos, o método compreende ainda medir uma temperatura do artigo metálico com o uso de um sensor de temperatura; e controlar a distribuição do fluido refrigerante com base na temperatura medida. Em alguns casos, cada um dos pelo menos um rotor magnético gira em torno de um eixo geométrico de rotação que é paralelo a uma largura lateral do artigo metálico. Em alguns casos, fornecer o artigo metálico para a zona de aquecimento inclui fornecer o artigo metálico a uma câmara preenchida com gás e levitar o artigo metálico inclui gerar os campos magnéticos variáveis através da câmara preenchida com gás. Em alguns casos, o método compreende ainda rosquear o artigo metálico na câmara preenchida com gás, em que rosquear o artigo metálico compreende: separar uma parede de topo e uma parede de fundo da câmara preenchida com gás; inserir o artigo metálico entre a parede de topo e a parede de fundo; e redefinir a parede de topo e a parede de fundo juntos. Em alguns casos, levitar o artigo metálico inclui gerar os campos magnéticos variáveis através de material termicamente isolante, eletricamente não condutor da câmara preenchida com gás. Em alguns casos, o método compreende ainda fornecer gás inerte para a câmara preenchida com gás.
[00012] Outros objetivos e vantagens serão evidentes a partir da descrição detalhada a seguir exemplificativos não limitantes.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[00013] O relatório descritivo faz referência às seguintes figuras anexas, nas quais o uso de números de referência iguais em figuras diferentes pretende ilustrar componentes semelhantes ou análogos.
[00014] A Figura 1 é um diagrama esquemático que representa uma vista lateral de um aparelho de aquecimento, sem contato, contínuo de acordo com certos aspectos da presente revelação.
[00015] A Figura 2 é um diagrama esquemático que representa uma vista lateral de um aparelho de aquecimento sem contato, não contínuo de acordo com certos aspectos da presente revelação.
[00016] A Figura 3 é um diagrama esquemático e gráfico de temperatura em combinação que representam um aparelho de aquecimento contínuo que usa ímãs giratórios de acordo com certos aspectos da presente revelação.
[00017] A Figura 4 é um diagrama de vista lateral esquemática em primeiro plano que representa uma porção do aparelho de aquecimento da Figura 3 de acordo com certos aspectos da presente revelação.
[00018] A Figura 5 é uma vista lateral em corte de um rotor magnético permanente de acordo com certos aspectos da presente revelação.
[00019] A Figura 6 é um diagrama esquemático e gráfico em combinação que representam um arranjo de ímãs giratórios para aquecimento magnético e controle de tensão de acordo com certos aspectos da presente revelação.
[00020] A Figura 7 é um diagrama esquemático que representa um sistema de fundição contínuo parcialmente desacoplado que usa um aparelho de aquecimento de acordo com certos aspectos da presente revelação.
[00021] A Figura 8 é um diagrama esquemático que representa um aparelho de aquecimento em uma configuração aberta antes de rosquear um artigo metálico de acordo com certos aspectos da presente revelação.
[00022] A Figura 9 é um diagrama esquemático que representa um aparelho de aquecimento em uma configuração aberta enquanto um artigo metálico está sendo roscado no aparelho de aquecimento de acordo com certos aspectos da presente revelação.
[00023] A Figura 10 é um diagrama esquemático que representa um aparelho de aquecimento em uma configuração aberta depois de um artigo metálico ter sido roscado no aparelho de aquecimento de acordo com certos aspectos da presente revelação.
[00024] A Figura 11 é um diagrama esquemático que representa um aparelho de aquecimento em uma configuração fechada com um artigo metálico roscado no lugar de acordo com certos aspectos da presente revelação.
[00025] A Figura 12 é um fluxograma que representa um processo para aquecer um artigo metálico de acordo com certos aspectos da revelação pré-definida.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[00026] Certos aspectos e características da presente revelação se referem a um aparelho de aquecimento que usa uma série de ímãs giratórios para aquecer, levitar e/ou mover artigos metálicos através do mesmo. O aparelho de aquecimento pode ser um forno de túnel, forno de imersão ou outro dispositivo de aquecimento adequado. Uma primeira série de ímãs giratórios pode aquecer o artigo metálico a uma temperatura desejada. Uma segunda série de ímãs giratórios pode levitar o artigo metálico dentro do aparelho de aquecimento e manter a tensão desejada no artigo metálico e pode também impelir o artigo metálico através do aparelho de aquecimento. O aparelho de aquecimento pode se estender o suficiente para imergir o artigo metálico na temperatura desejada por uma duração desejada. Em alguns casos, os ímãs giratórios podem ser posicionados fora de uma câmara resistente ao calor, eletricamente não condutora, preenchida com um gás inerte ou ligeiramente reativo, através do qual o artigo metálico passa no aparelho de aquecimento.
[00027] O aparelho de aquecimento pode ser um forno de aquecimento ultracompacto para artigos metálicos, tais como chapas, tiras ou outros objetos metálicos. Em alguns casos, o aparelho de aquecimento pode ser usado com materiais não ferrosos, incluindo alumínio, ligas de alumínio, magnésio, materiais à base de magnésio, titânio, materiais à base de titânio, cobre, materiais à base de cobre, aço, materiais à base de aço, bronze, materiais à base de bronze, latão, materiais à base de latão, compósitos, folhas usadas em compósitos ou qualquer outro metal adequado, não metal ou combinação de materiais. O artigo pode incluir materiais monolíticos, bem como materiais não monolíticos, tais como materiais ligados por laminagem, materiais revestidos, materiais compósitos (tais como, mas não limitados a materiais que contêm fibra de carbono) ou vários outros materiais. Em um exemplo não limitante, o aparelho de aquecimento pode ser usado para aquecer artigos metálicos, tais como tiras, chapas metálicas ou outros artigos produzidos a partir de ligas de alumínio, incluindo ligas de alumínio que contêm ferro.
[00028] O aparelho de aquecimento pode aquecer rapidamente um artigo metálico de uma maneira sem contato, opcionalmente dentro de uma atmosfera inerte. O aparelho de aquecimento pode ser configurado como um aparelho de aquecimento contínuo ou um aparelho de aquecimento não contínuo. Um aparelho de aquecimento contínuo pode aceitar continuamente o artigo metálico em uma extremidade a montante e produzir continuamente o artigo metálico tratado a uma extremidade a jusante para posterior processamento e/ou manuseamento. Em um exemplo, um aparelho de aquecimento contínuo pode ser colocado em uma linha de processamento entre um dispositivo de fundição contínua e uma bobinadeira. Um aparelho de aquecimento não contínuo pode aquecer sequencialmente artigos metálicos com comprimentos distintos. Por exemplo, um aparelho de aquecimento não contínuo pode aceitar uma chapa metálica de um comprimento definido, aquecer toda a chapa metálica de uma só vez, e depois remover a chapa metálica tratada antes de colocar uma nova chapa metálica no aparelho de aquecimento não contínuo.
[00029] Conforme usado no presente documento, os termos "acima", "abaixo", "vertical" e "horizontal" são usados para descrever orientações relativas a um artigo metálico, tal como uma tira metálica, como se o artigo metálico estivesse se movendo em uma direção horizontal com suas superfícies superior e inferior geralmente paralelas ao solo. O termo "vertical" conforme usado no presente documento pode se referir a uma direção perpendicular a uma superfície (por exemplo, superfície superior ou inferior) do artigo metálico, independentemente da orientação do artigo metálico. O termo "horizontal" conforme usado no presente documento pode se referir a uma direção paralela a uma superfície (por exemplo, superfície de topo ou de fundo) do artigo metálico, tal como uma direção paralela à direção de deslocamento de um artigo metálico em movimento, independentemente da orientação do artigo metálico. Os termos “acima” e “abaixo” podem se referir a locais além das superfícies de topo e fundo de um artigo metálico, independentemente da orientação do artigo metálico. O artigo metálico pode ser orientado ou movido em qualquer direção adequada, incluindo horizontal, vertical e outras direções, como diagonal.
[00030] Conforme usado no presente documento, os termos vertical, longitudinal e lateral podem ser usados com referência ao artigo metálico a ser aquecido. A direção longitudinal pode se estender ao longo de uma direção de deslocamento de um artigo metálico através do equipamento de processamento, tal como ao longo de uma linha de passagem através de uma linha de tratamento térmico de solução de recozimento contínuo (CASH) ou outro equipamento. A direção longitudinal pode ser paralela às superfícies de topo e de fundo do artigo metálico. A direção longitudinal pode ser perpendicular à direção lateral e à direção vertical. A direção lateral pode se estender entre as bordas laterais do artigo metálico. A direção lateral pode se estender em uma direção perpendicular à direção longitudinal e à direção vertical. A direção vertical pode se estender entre as superfícies de topo e de fundo do artigo metálico. A direção vertical pode ser perpendicular à direção longitudinal e à direção lateral.
[00031] Aspectos e características da presente revelação podem ser usados com quaisquer artigos metálicos adequados, tais como na forma de lâminas, folhas, tiras, chapas, placas, laminados ou outros artigos metálicos. Os aspectos e características da presente revelação podem ser especialmente adequados para qualquer artigo metálico que tem superfícies planas (por exemplo, superfícies de topo e de fundo planas). Os aspectos e características da presente revelação podem ser especialmente adequados para qualquer produto metálico que tem superfícies opostas paralelas ou aproximadamente paralelas (por exemplo, superfícies de topo e de fundo). Aproximadamente paralelas podem incluir paralelas ou dentro de 1°, 2°, 3°, 4°, 5°, 6°, 7°, 8°, 9° ou 10° de paralelo ou similar.
[00032] Aspectos e características da presente revelação podem ser usados com artigos metálicos de qualquer metal adequado. Em alguns casos, o artigo metálico é de alumínio, tal como uma liga de alumínio. Em alguns casos, o artigo metálico pode ser uma liga de alumínio que contém ferro. Certos aspectos e características da presente revelação podem ser especialmente adequados para uso com a liga de alumínio da série 6xxx ou 5xxx, embora possam ser usadas outras ligas tais como as ligas das séries 1xxx, 2xxx, 3xxx, 4xxx, 7xxx ou 8xxx. As ligas de alumínio das séries 6xxx e 5xxx podem ter condutividade de aproximadamente 10.000.000 Siemens por metro (10 MS/m). Em alguns casos, ligas com condutividades mais altas, como 15 MS/m ou 20 MS/m podem resultar em aquecimento menos eficiente através de ímãs giratórios, devido, pelo menos em parte, à geração de fluxo magnético secundário menor (por exemplo, fluxo magnético gerado pelo artigo metálico) para se opor ao fluxo primário (por exemplo, fluxo magnético gerado pelos ímãs giratórios).
[00033] Arranjos de ímãs giratórios proporcionam tanto aquecimento quanto levitação do artigo metálico dentro do aparelho de aquecimento. Uma zona de aquecimento pode incluir um primeiro arranjo de ímãs giratórios que são configurados e posicionados para fornecer um aquecimento rápido do artigo metálico. Uma zona de flutuação e, opcionalmente, a zona de aquecimento, pode incluir um segundo arranjo de ímãs giratórios que são configurados e posicionados para levitar o artigo metálico. Ímãs giratórios podem ser usados em qualquer artigo metálico adequado com capacidade de gerar correntes parasitas na presença de campos magnéticos móveis e variáveis em tempo, mas podem ser especialmente adequados para uso com tiras ou chapas metálicas de alumínio.
[00034] Cada ímã giratório pode incluir uma ou mais fontes magnéticas, tais como ímãs permanentes ou eletroímãs. Ímãs giratórios geralmente podem conter apenas ímãs permanentes, embora em alguns casos os ímãs giratórios possam conter eletroímãs ou uma combinação de eletroímãs e ímãs permanentes. Ímãs giratórios de ímã permanente podem ser preferíveis em alguns casos e podem ser capazes de obter resultados mais eficientes do que os ímãs giratórios que dependem de eletroímãs. Cada ímã giratório pode girar em torno de um eixo geométrico de rotação que é perpendicular a um eixo longitudinal do artigo metálico que passa adjacente ao ímã giratório, embora possam ser usados outros eixos geométricos de rotação. Em outras palavras, cada rotor magnético pode girar em torno de um eixo geométrico de rotação que é perpendicular a uma direção de processamento (por exemplo, uma direção de laminação) do artigo metálico, embora outros eixos geométricos de rotação possam ser usados. Em alguns casos, um eixo geométrico de rotação pode ser perpendicular a uma direção de processamento e coplanar em uma largura lateral da tira metálica, caso em que o eixo geométrico de rotação pode ser intencionalmente inclinado (por exemplo, inclinado com uma extremidade do rotor magnético mais próxima da tira metálica do que a outra extremidade) para alcançar o controle desejado sobre o perfil de temperatura no artigo metálico. Em alguns casos, um eixo geométrico de rotação de um rotor magnético pode ser perpendicular a uma altura da tira metálica e pode estar dentro de um plano paralelo e afastado de um plano formado pela largura lateral da tira metálica e a direção de processamento, caso em que o eixo geométrico de rotação pode ser intencionalmente inclinado (por exemplo, inclinado com uma extremidade do rotor magnético mais a jusante do que a outra extremidade) para obter o controle desejado sobre o perfil de temperatura no artigo metálico. Em alguns casos, o eixo geométrico de rotação de um rotor magnético pode ser inclinado. O movimento de rotação de um ímã giratório faz com que sua fonte (ou fontes) de ímã induza um campo magnético em movimento ou mudança. Os ímãs giratórios podem ser girados através de qualquer método adequado, incluindo através de um motor de rotor (por exemplo, motor elétrico, motor pneumático ou outro) ou movimento simpático de uma fonte magnética próxima (por exemplo, outro ímã giratório ou campo magnético variável).
[00035] Conforme usado no presente documento, o termo ímã giratório pode ser inclusivo de um rotor magnético que contém um ou mais ímãs no mesmo. Por exemplo, um único rotor pode incluir uma única fonte magnética e, portanto, conter dois polos magnéticos, ou um único rotor pode incluir múltiplas fontes magnéticas e, portanto, conter múltiplos polos magnéticos. Em alguns casos, as fontes magnéticas de um único rotor podem ser dispostas para produzir campos magnéticos direcionalmente assimétricos, tais como fontes magnéticas de ímã permanente dispostas em um arranjo de Halbach para direcionar campos magnéticos para fora de uma circunferência externa do rotor magnético.
[00036] Em alguns casos, um rotor magnético é circular em corte transversal, com as fontes magnéticas passíveis de rotação em torno de um único eixo geométrico de rotação. Em alguns casos, no entanto, um rotor magnético pode ser de corte transversal elíptico ou de outro modo não circular, com as fontes magnéticas passíveis de rotação em torno de mais do que um único eixo geométrico de rotação. Nesses casos, o rotor magnético pode assumir a forma de uma correia ou piso com ímãs girando sequencialmente em torno de mais de um eixo geométrico de rotação (por exemplo, dois eixos geométricos de rotação no caso de uma correia elipsoidal simples).
[00037] O controle de aquecimento preciso pode ser alcançado ao usar ímãs giratórios para aquecer o artigo metálico sem entrar em contato físico com o artigo metálico. Esse controle preciso pode ser alcançado através da manipulação de vários fatores associados aos ímãs giratórios, incluindo a força das fontes magnéticas, número de fontes magnéticas, orientação das fontes magnéticas, tamanho das fontes magnéticas, tamanho do próprio ímã giratório (por exemplo, incluindo qualquer casca), velocidade do ímã giratório (por exemplo, velocidade de rotação), folga vertical entre ímãs giratórios deslocados verticalmente (por exemplo, rotores deslocados verticalmente em um conjunto de rotor único), posicionamento lateralmente deslocado de ímãs giratórios deslocados verticalmente (por exemplo, posicionamento lateralmente deslocado de rotores em um conjunto de rotor único), folga longitudinal entre os ímãs giratórios adjacentes, espessura do artigo a ser aquecido, distância vertical entre cada ímã giratório e o artigo a ser aquecido, composição do artigo a ser aquecido, presença de blindagem magnética (por exemplo, certos elementos de focalização de fluxo), espessura e/ou permeabilidade da blindagem magnética, velocidade para frente do artigo a ser aquecido e número de ímãs giratórios usados. Outros fatores podem ser controlados também. O controle desses e de outros fatores pode ser estático (por exemplo, definido antes de um processo de aquecimento) ou dinâmico (por exemplo, instável durante um processo de aquecimento). Em alguns casos, o controle de um ou mais dos fatores mencionados acima, entre outros, pode ser baseado em um modelo de computador, retroalimentação de operador ou retroalimentação automática (por exemplo, baseada em sinais de sensores em tempo real). Conforme usado no presente documento, o termo “processo de aquecimento” pode incluir tanto aquecimento quanto flutuação ou imersão de um artigo metálico.
[00038] Em alguns casos, rotores magnéticos podem ser usados para obter um perfil de temperatura uniforme através da tira metálica (por exemplo, através de uma largura lateral da tira metálica). Em alguns casos, técnicas podem ser usadas para otimizar a uniformidade do perfil de temperatura através da tira metálica. Exemplos de tais técnicas podem incluir o uso de aquecedores auxiliares sobre pontos frios; o uso de rotores magnéticos menores e adicionais adjacentes a pontos frios; o uso de desviadores de fluxo para desviar o fluxo magnético das regiões com pontos quentes e/ou para regiões de pontos frios; movimento lateral de rotores magnéticos em relação um ao outro e/ou em relação a uma linha central da tira metálica; e rotores magnéticos com perfis de fluxo magnético personalizados (por exemplo, perfis de fluxo magnético que variam de uma maneira específica ao longo do comprimento do rotor magnético).
[00039] Conforme usado no presente documento, aspectos e características da zona de aquecimento são descritos com referência a ímãs giratórios. Em alguns casos, no entanto, os eletroímãs não giratórios podem ser usados na zona de aquecimento, além dos ou em vez dos ímãs giratórios. Contudo, a uso de ímãs giratórios, em oposição aos eletroímãs estacionários, para gerar campos magnéticos variáveis pode fornecer uma eficiência melhorada, bem como um aquecimento mais uniforme do artigo metálico. O uso de eletroímãs estacionários para variar campos indutivos transmitidos ao longo da largura do artigo pode gerar pontos quentes localizados no artigo. Campos indutivos de várias intensidades podem ser causados pela variação natural nos bobinamentos de diferentes eletroímãs estacionários. Variações nos bobinamentos eletromagnéticos podem resultar em alguns locais que geram mais calor do que locais laterais adjacentes. Os pontos de acesso localizados podem deformar de maneira desigual o artigo e causar outros defeitos de fabricação. Em contrapartida, enquanto os ímãs permanentes podem incluir algum nível de variação magnética inerente através das dimensões ou de um ímã para outro, algumas ou todas essas variações podem ser calculadas automaticamente devido à rotação das fontes magnéticas no ímã ou rotor giratório. Nenhum ímã permanente único está sendo mantido em qualquer posição lateralmente estacionária e, portanto, um campo magnético médio está sendo aplicado pelos ímãs permanentes giratórios. Assim, o rotor magnético giratório é capaz de aquecer uniformemente o artigo metálico de uma maneira mais controlada. Quando os eletroímãs são usados em um aquecedor magnético giratório, as variações entre eletroímãs diferentes podem ser calculadas devido à rotação do rotor. Essa média das variações não ocorre com os eletroímãs estacionários.
[00040] Ímãs giratórios podem girar em uma direção “a jusante” ou uma direção “a montante”. Conforme usado no presente documento, um ímã giratório que gira em uma direção a jusante gira de tal modo que a superfície do ímã giratório mais próxima do artigo metálico em qualquer momento se move na direção de deslocamento do artigo metálico (por exemplo, geralmente na direção a jusante). Por exemplo, ao olhar para um artigo metálico a partir do lado com o artigo metálico se movendo em sua direção longitudinal de deslocamento para a direita, um ímã giratório posicionado acima do metal girando em uma direção a jusante pode girar no sentido anti-horário enquanto um ímã giratório posicionado abaixo do artigo metálico e girando em uma direção a jusante pode girar no sentido horário. Conforme usado no presente documento, um ímã giratório girando em uma direção a montante gira de tal modo que a superfície do ímã giratório mais próximo do artigo metálico em qualquer momento está se movendo na direção oposta ao deslocamento do artigo metálico (por exemplo, geralmente na direção à montante). Por exemplo, ao olhar para um artigo metálico a partir do lado com o artigo metálico se movendo em sua direção longitudinal de deslocamento para a direita, um ímã giratório posicionado acima do artigo metálico girando em uma direção a montante pode girar no sentido horário enquanto um ímã giratório posicionado abaixo do artigo metálico e girando em uma direção a montante pode girar no sentido anti-horário.
[00041] Em casos em que o aparelho de aquecimento é um aparelho de aquecimento não contínuo, o termo “a montante” pode ser substituído por “para uma primeira extremidade” e o termo “a jusante” pode ser substituído por “para uma segunda extremidade”, em que a primeira extremidade e a segunda extremidade do aparelho de aquecimento não contínuo podem se equiparar a uma extremidade a montante e a uma extremidade a jusante de um aparelho de aquecimento contínuo.
[00042] Os ímãs giratórios podem ser posicionados acima ou abaixo do artigo metálico (por exemplo, acima ou abaixo da linha de passagem ou acima ou abaixo da câmara). Conforme usado no presente documento, a referência a um elemento sendo posicionado em relação ao artigo metálico pode se referir a esse elemento sendo posicionado em relação a uma linha de passagem (por exemplo, linha de passagem desejada ao longo da qual se deseja que o artigo metálico se desloque), conforme apropriado. Em alguns casos, o arranjo de ímãs giratórios para aquecer o artigo metálico pode ser posicionado abaixo e acima do artigo metálico. Em alguns casos, esses ímãs giratórios são colocados em pares combinados, com ímãs giratórios similares (por exemplo, tamanho similar ou o mesmo, força, velocidade de rotação e/ou direção de rotação a montante ou a jusante) colocados diretamente opostos à linha de passagem em relação um do outro. Quando ímãs giratórios opostos são colocados em lados opostos do artigo metálico e giram na mesma direção a jusante ou a montante, um de dois ímãs giratórios pode girar no sentido horário enquanto o outro dos dois ímãs giratórios pode girar no sentido anti-horário.
[00043] Os ímãs giratórios para aquecimento podem ter um comprimento que é aproximadamente igual ou maior que a largura do artigo metálico. Em alguns casos, os ímãs giratórios para aquecimento podem ser deslocados lateralmente para ocupar menos de 100% da largura lateral da tira metálica. Os ímãs giratórios para levitação (por exemplo, ímãs giratórios na zona de flutuação) podem ocupar menos de 100% da largura lateral da tira metálica, como em ou menos que aproximadamente 95%, 90%, 85%, 80%, 75 %, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35% ou 30% da largura lateral da tira metálica. Em alguns casos, um único rotor na zona de flutuação pode alojar dois ou mais ímãs giratórios espaçados lateralmente um do outro. Em alguns casos, a posição lateral dos ímãs giratórios dentro dos rotores sequenciais (por exemplo, rotores longitudinalmente separados e sequenciais) na zona de flutuação pode ser deslocada um em relação ao outro, resultando em um arranjo escalonado de ímãs giratórios na zona de flutuação. A natureza escalonada dos ímãs giratórios pode ajudar a minimizar o aquecimento indesejado e irregular na zona de flutuação.
[00044] Em alguns casos, o arranjo de ímãs giratórios para levitar o artigo metálico pode ser posicionado logo abaixo do artigo metálico, embora isso não seja necessário. Em alguns casos, os ímãs giratórios podem ser posicionados acima do artigo metálico para ajudar a dirigir ou a direcionar o artigo metálico. Por exemplo, os ímãs giratórios podem ser colocados nas bordas do artigo metálico ou perto das mesmas, incluindo logo após as bordas do artigo metálico, e girados ao longo de um eixo geométrico de rotação paralelo ao eixo geométrico longitudinal do artigo metálico para induzir forças na direção de linha central longitudinal do caminho desejado através do aparelho de aquecimento. Esses ímãs giratórios podem facilitar a centralização do artigo metálico. Esses ímãs giratórios de centralização podem ser colocados em qualquer localização adequada, tal como na ou adjacente à entrada ou saída do aparelho de aquecimento. Em alguns casos, podem ser usados ímãs giratórios de centralização para estabilizar o artigo metálico em aparelhos de aquecimento mais longos, quando o artigo metálico é suportado sob baixas tensões, ou quando o artigo metálico é suportado sob compressão.
[00045] Em alguns casos, um ou mais rolos de contato podem ser posicionados adjacentes à tira metálica para suportar a tira metálica nos casos em que a levitação é perdida. Esses rolos de contato podem não fazer contato durante a operação normal da zona de flutuação.
[00046] Em alguns casos, os arranjos de ímãs giratórios (por exemplo, arranjos de aquecimento e/ou levitação) logo abaixo do artigo metálico podem ser especialmente adequados para artigos metálicos mais espessos (por exemplo, mais espessos que aproximadamente 10 mm). Em alguns casos, arranjos de ímãs giratórios (por exemplo, arranjos de aquecimento e/ou levitação) acima e abaixo do artigo metálico podem ser especialmente adequados para artigos metálicos mais finos (por exemplo, com ou mais finos que aproximadamente 10 mm).
[00047] Em alguns casos, quando são usados ímãs giratórios abaixo e acima do artigo metálico, os ímãs giratórios posicionados por cima do artigo metálico podem ser atuáveis entre uma posição fechada e uma posição aberta. Na posição fechada, os ímãs giratórios e, opcionalmente, quaisquer paredes de topo da câmara podem estar na posição para operação normal. Na posição aberta, os ímãs giratórios de topo e, opcionalmente, quaisquer paredes de topo da câmara, podem ser afastados da posição operacional normal para proporcionar mais espaço para um artigo metálico a ser carregado ou roscado no aparelho de aquecimento. Uma vez que o artigo metálico tenha sido carregado, os ímãs giratórios de topo e, opcionalmente, quaisquer paredes de topo da câmara, podem ser movidos de volta para a posição fechada para operação normal.
[00048] Em alguns casos, elementos de focalização de fluxo magnético podem ser usados adjacentes aos ímãs giratórios para redirecionar o fluxo magnético para longe de ou para certas regiões. Um elemento de focalização de fluxo magnético pode ser qualquer material adequado com capacidade para redirecionar o fluxo magnético, incluindo a concentração do fluxo magnético. Os elementos de focalização de fluxo magnético podem receber fluxo magnético de fontes magnéticas nos ímãs giratórios que não estão próximos ou diretamente voltados para o artigo e redirecionam esse fluxo magnético em direção ao artigo (por exemplo, em uma direção perpendicular a uma superfície de topo ou de fundo do artigo). Elementos de focalização de fluxo magnético também podem fornecer blindagem magnética entre o ímã giratório e o equipamento adjacente que não seja o artigo metálico sendo aquecido. Por exemplo, elementos de focalização de fluxo magnético podem permitir que ímãs giratórios deslocados longitudinalmente, adjacentes sejam colocados próximos uns dos outros com menos interação magnética entre os dois. Os elementos de focalização de fluxo magnético podem ser produzidos a partir de qualquer material adequado, incluindo aço ligado com silício (por exemplo, aço elétrico). Um elemento de focalização de fluxo magnético pode compreender múltiplas laminações. Os elementos de focalização de fluxo magnético podem ser desviadores de fluxo ou controladores de fluxo. Quando são usados elementos de focalização de fluxo magnético, os ímãs giratórios podem ter capacidade para alcançar resultados eficientes em velocidades de rotação mais baixas e os ímãs podem poder ser colocados mais longe do artigo metálico.
[00049] Ímãs giratórios também podem ser usados para controlar a tensão no artigo metálico. Um ímã giratório que gira em uma direção a jusante pode aplicar força a jusante no artigo metálico, enquanto um ímã giratório que gira em uma direção a montante pode aplicar força sobre o artigo metálico. Múltiplos ímãs giratórios separados longitudinalmente podem compensar alguma ou toda tensão induzida no artigo metálico um em relação ao outro. Por exemplo, um primeiro ímã giratório que gira para induzir a tensão longitudinal em um artigo metálico pode ser separado de um segundo ímã giratório que gira em uma direção oposta de tal modo que a tensão longitudinal possa ser reduzida ou eliminada. Assim, a tensão no artigo metálico pode ser controlada através do controle dos ímãs giratórios, conforme descrito no presente documento (por exemplo, posição, velocidade, direção, resistência, folga entre os rolos opostos e outros desses parâmetros).
[00050] Em alguns casos, o aparelho de aquecimento pode manter uma atmosfera inerte em torno do artigo metálico durante o aquecimento na zona de aquecimento e/ou a imersão na zona de flutuação. A atmosfera inerte pode conter gases inertes, tais como nitrogênio ou argônio, ou pode conter gases minimamente reativos, tal como o ar seco. A atmosfera inerte pode ser contida dentro das paredes do próprio aparelho de aquecimento ou dentro de uma câmara separada. Nos casos em que o aparelho de aquecimento é um aparelho de aquecimento não contínuo, a câmara pode ser totalmente fechada, embora isso não seja necessário. Nos casos em que o aparelho de aquecimento é um aparelho de aquecimento contínuo, a câmara pode permanecer aberta em uma extremidade a montante e em uma extremidade a jusante, permitindo que o artigo metálico entre e saia da câmara continuamente. As paredes de topo e de fundo da câmara (por exemplo, paredes adjacentes e paralelas com as superfícies de topo ou de fundo do artigo metálico, ou paredes perpendiculares à espessura do artigo metálico) e, opcionalmente, as paredes laterais (por exemplo, paredes perpendiculares à largura lateral do artigo metálico) e opcionalmente as paredes de extremidade (por exemplo, paredes perpendiculares a um eixo geométrico longitudinal do artigo metálico), se presentes, podem ser feitas de materiais não condutores e resistentes ao calor, como Kevlar® ou outros para-aramidas. Os ímãs giratórios podem ser posicionados fora da câmara e os campos magnéticos variáveis induzidos pelos ímãs giratórios podem passar através das paredes da câmara para proporcionar aquecimento e/ou levitação do artigo metálico em seu interior. Gases inertes ou gases minimamente reativos podem ser alimentados na câmara nas extremidades e/ou em pontos de inserção ao longo da câmara. Esses gases podem ser distribuídos na câmara através de bocais. Em alguns casos, esses bocais podem ser posicionados para fornecer os gases de uma maneira projetada para facilitar a flutuação do artigo metálico dentro da câmara.
[00051] Em alguns casos, gases quentes podem ser fornecidos para suprir aquecimento a partir dos ímãs giratórios. Esses gases quentes podem ser gases inertes ou minimamente reativos. Os gases quentes podem ser fornecidos através de portas direcionadas destinadas a regiões em que o aquecimento magnético não aquece totalmente o artigo metálico. Os gases quentes podem facilitar a equalização da temperatura no artigo metálico, bem como proporcionar a atmosfera inerte ou minimamente reativa dentro do aparelho de aquecimento ou dentro da câmara.
[00052] Em alguns casos, uma fonte de vácuo pode ser acoplada à câmara para estabelecer um vácuo total ou parcial na câmara. Em alguns casos, os rolos de vedação podem ser usados para estabelecer uma vedação nas extremidades a montante e a jusante da câmara. Em alguns casos, os rolos de vedação podem estar localizados a montante da zona de aquecimento e a jusante da zona de arrefecimento brusco.
[00053] Em alguns casos, outras técnicas podem ser usadas para suplementar ou substituir o aquecimento dos ímãs giratórios na zona de aquecimento. Em alguns casos, o aquecimento na zona de aquecimento pode ser fornecido através do uso de aquecimento por indução para complementar ou substituir o aquecimento por meio de ímãs giratórios.
[00054] Opcionalmente, os bocais de refrigerante podem ser posicionados dentro do aparelho de aquecimento para distribuir o refrigerante no artigo metálico. O refrigerante distribuído pode ajudar a manter a temperatura desejada no artigo metálico. Por exemplo, o segundo arranjo de ímãs giratórios responsáveis por levitar o artigo metálico pode fornecer uma certa quantidade de calor ao artigo metálico, o qual pode ser neutralizado através da aplicação de refrigerante. Como outro exemplo, o refrigerante distribuído pode ser direcionado para porções do artigo metálico que podem experimentar temperaturas elevadas durante o aquecimento magnético, tal como bordas do artigo metálico. Em alguns casos, os bocais de refrigerante podem ser posicionados apenas dentro da zona de flutuação do aparelho de aquecimento, embora em outros casos os bocais de refrigerante possam ser posicionados ao longo do aparelho de aquecimento, tal como na zona de aquecimento. Em alguns casos, a aplicação de refrigerante pode ser predefinida antes do início de um processo de aquecimento. Em alguns casos, a aplicação de refrigerante pode ser controlada dinamicamente com base na retroalimentação a partir de um sensor, tal como um sensor de temperatura. O refrigerante pode ser qualquer fluido adequado para resfriar o artigo metálico, incluindo um gás refrigerante (por exemplo, uma porção resfriada do gás inerte) ou um líquido refrigerante (por exemplo, água).
[00055] Opcionalmente, os gases de tratamento podem ser fornecidos (por exemplo, para a câmara), além dos gases da atmosfera inerte. Por exemplo, gases de tratamento, tais como metano ou um gás silano, podem ser fornecidos para induzir a passivação da superfície do artigo metálico dentro do aparelho de aquecimento.
[00056] Em alguns casos, uma zona de aquecimento com um ou mais rotores magnéticos pode ser emparelhada com uma zona de flutuação tradicional, como uma zona de flutuação com o uso de bocais de ar quente para levitar o artigo metálico. Em tais casos, os rotores magnéticos podem ser adequados para aquecer rapidamente a tira metálica e podem ser usados para alcançar uma tensão desejável na tira metálica adequada para flutuação com o uso de bocais de ar quente ou outras técnicas tradicionais.
[00057] Durante um processo de aquecimento, o sentido de rotação dos ímãs e/ou a velocidade de rotação pode ser alterada para fornecer força para auxiliar o avanço do artigo metálico através do aparelho de aquecimento, ou para alterar as forças de tensão ou compressão no artigo metálico. Por exemplo, uma leve tensão pode ser desejável para artigos metálicos finos (por exemplo, 0,5 mm a 10 mm), mas uma leve força de compressão pode ser desejável para artigos metálicos mais grossos (por exemplo, acima de 10 mm) para evitar a quebra do artigo metálico em temperaturas extremamente altas.
[00058] Certos aspectos e características da presente revelação proporcionam um aparelho de aquecimento com capacidade para proporcionar um aquecimento mais rápido do que os fornos de convecção, como aproximadamente cinco vezes mais rápido do que os fornos de convecção e com alta eficiência energética (por exemplo, aproximadamente 80% de eficiência). Além disso, os ímãs giratórios podem fornecer controle de ligar/desligar quase instantâneo do calor. Adicionalmente, certos aspectos e características da presente revelação proporcionam a capacidade de fazer o artigo metálico flutuar durante o aquecimento e/ou imersão do artigo metálico, otimizando, desse modo, a qualidade de superfície e, opcionalmente, dentro de uma atmosfera inerte. Certos aspectos e características da presente revelação também são capazes de proporcionar vários benefícios em um tamanho muito compacto. Não só o comprimento longitudinal do aparelho de aquecimento pode ser minimizado devido ao rápido aquecimento magnético, mas o aquecimento e a levitação magnéticos podem permitir que uma câmara que contém a atmosfera inerte seja muito pequena, melhorando assim a eficiência de uso de gás. Em alguns casos, certos aspectos e características da presente revelação são capazes de proporcionar outros benefícios metalúrgicos ao artigo metálico, tais como oxidação de superfície reduzida e dissolução ou redistribuição mais rápida de fases intermetálicas. Em alguns casos, certos aspectos e características da presente revelação são capazes de minimizar a migração de magnésio indesejável durante certos processos de aquecimento, o que pode ocorrer se o artigo metálico estiver sobreaquecido. Por exemplo, como o aquecimento de um artigo metálico com rotores magnéticos induz a geração de calor a partir do próprio artigo metálico (por exemplo, devido a correntes parasitas), a dependência de aquecimento externo (por exemplo, aquecimento de ar na superfície do artigo metálico) pode ser minimizada ou evitada. O aquecimento externo pode acarretar um risco substancial de superaquecimento do artigo metálico, especialmente quando a velocidade é priorizada, uma vez que o calor deve ser transferido da superfície do artigo metálico para o centro do artigo metálico para aquecimento uniforme. Evitando ou minimizando o uso de aquecimento externo, certos aspectos e características da presente descrição permitem que um artigo metálico seja aquecido com risco mínimo ou nulo de sobreaquecimento e, portanto, mínima ou nenhuma migração de magnésio indesejável.
[00059] Certos aspectos e características da presente revelação podem ser usados com várias linhas de processamento metálico, tais como linhas de tratamento térmico de solução de recozimento contínuo (CASH) compactas. Certos aspectos e características da presente revelação podem ser usados para vários fins, tais como para homogeneizar ou recozer um artigo metálico. Os aparelhos de aquecimento revelados no presente documento são descritos em uma orientação horizontal, embora possam ser igualmente usados em qualquer orientação adequada, tal como vertical, inclinada ou curva. Os aparelhos de aquecimento revelados no presente documento podem ser operados a qualquer temperatura adequada, embora possa ser desejável operar a temperaturas de aproximadamente 560 °C, 565 °C, 570 °C, 575 °C, 580 °C, 585 °C, 590 °C, 595 °C ou 600 °C ou inferior quando se tratam ligas de alumínio e ainda mais desejavelmente a aproximadamente 565 °C.
[00060] Em alguns casos, certos aspectos e características da presente revelação podem ser especialmente úteis para o tratamento de um artigo metálico imediatamente ou logo após a saída de um dispositivo de fundição contínuo. Um artigo metálico, como uma chapa metálica (por exemplo, uma chapa com aproximadamente 16 mm de espessura) ou tira metálica, pode entrar no aparelho de aquecimento a aproximadamente 450 °C, após sair de um dispositivo de fundição contínuo e ser opcionalmente arrefecido de modo brusco e pode ser aquecido a uma temperatura de aproximadamente 560 °C a aproximadamente 570 °C. Após o processo de aquecimento pós- fundição, o artigo metálico pode sofrer uma redução de espessura, tal como por laminação a quente. Em alguns casos, a redução da espessura pode ser de aproximadamente 70% de redução na espessura, embora possam ser usadas reduções maiores ou menores na espessura.
[00061] No presente relatório descritivo, é feita referência a ligas identificadas por números AA e outras designações relacionadas, como “série” ou “7xxx”. Para um entendimento do sistema de designação de número mais comumente usado na nomenclatura e identificação de alumínio e suas ligas, consultar “International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys” ou “Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical Compositions Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot”, ambos publicados pela The Aluminum Association.
[00062] Conforme usado no presente documento, uma placa geralmente tem uma espessura em uma faixa de 5 mm a aproximadamente 50 mm. Por exemplo, uma chapa pode se referir a um produto de alumínio com uma espessura de aproximadamente 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm, 25 mm, 30 mm, 35 mm, 40 mm, 45 mm, 50 mm.
[00063] Conforme usado no presente documento, um laminado (também denominado chapa de folha) geralmente tem uma espessura de cerca de 4 mm a cerca de 15 mm. Por exemplo, um laminado pode ter uma espessura de 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, 11 mm, 12 mm, 13 mm, 14 mm ou 15 mm.
[00064] Conforme usado no presente documento, uma folha se refere geralmente a um produto de alumínio com uma espessura inferior a cerca de 4 mm. Por exemplo, uma folha pode ter uma espessura inferior a 4 mm, inferior a 3 mm, inferior a 2 mm, inferior a 1 mm, inferior a 0,5 mm, inferior a 0,3 mm ou inferior a 0,1 mm.
[00065] Conforme usado no presente documento, o significado de “temperatura ambiente” pode incluir uma temperatura de cerca de 15 °C a cerca de 30 °C, por exemplo, cerca de 15 °C, cerca de 16 °C, cerca de 17 °C, cerca de 18 °C, cerca de 19 °C, cerca de 20 °C, cerca de 21 °C, cerca de 22 °C, cerca de 23 °C, cerca de 24 °C, cerca de 25 °C, cerca de 26 °C, cerca de 27 °C, cerca de 28 °C, cerca de 29 °C ou cerca de 30 °C. Conforme usado no presente documento, o significado de “condições ambientais” pode incluir temperaturas próximas à temperatura ambiente, umidade relativa de cerca de 20% a cerca de 100% e pressão barométrica de cerca de 0,0975 MPa (975 milibar, mbar) a cerca de 0,1050 MPa (1.050 mbar). Por exemplo, a umidade relativa pode ser cerca de 20%, cerca de 21%, cerca de 22%, cerca de 23%, cerca de 24%, cerca de 25%, cerca de 26%, cerca de 27%, cerca de 28%, cerca de 29%, cerca de 30%, cerca de 31%, cerca de 32%, cerca de 33%, cerca de 34%, cerca de 35%, cerca de 36%, cerca de 37%, cerca de 38%, cerca de 39%, cerca de 40%, cerca de 41%, cerca de 42%, cerca de 43%, cerca de 44%, cerca de 45%, cerca de 46%, cerca de 47%, cerca de 48%, cerca de 49%, cerca de 50%, cerca de 51%, cerca de 52%, cerca de 53%, cerca de 54%, cerca de 55%, cerca de 56%, cerca de 57%, cerca de 58%, cerca de 59%, cerca de 60%, cerca de 61%, cerca de 62%, cerca de 63%, cerca de 64%, cerca de 65%, cerca de 66%, cerca de 67%, cerca de 68%, cerca de 69%, cerca de 70%, cerca de 71%, cerca de 72%, cerca de 73%, cerca de 74%, cerca de 75%, cerca de 76%, cerca de 77%, cerca de 78%, cerca de 79%, cerca de 80%, cerca de 81%, cerca de 82%, cerca de 83%, cerca de 84%, cerca de 85%, cerca de 86%, cerca de 87%, cerca de 88%, cerca de 89%, cerca de 90%, cerca de 91%, cerca de 92%, cerca de 93%, cerca de 94%, cerca de 95%, cerca de 96%, cerca de 97%, cerca de 98%, cerca de 99% ou cerca de 100% ou qualquer outra entre esses extremos. Por exemplo, a pressão barométrica pode ser de cerca de 0,0975 MPa (975 mbar), cerca de 0,0980 MPa (980 mbar), cerca de 0,0985 MPa (985 mbar), cerca de 0,0990 MPa (990 mbar), cerca de 0,0995 MPa (995 mbar), cerca de 0,1 MPa (1.000 mbar), cerca de 0,1005 MPa (1005 mbar), cerca de 0,101 MPa (1.010 mbar), cerca de 0,1015 MPa (1.015 mbar), cerca de 0,102 MPa (1.020 mbar), cerca de 0,1025 MPa (1.025 mbar), cerca de 0,103 MPa (1.030 mbar), cerca de 0,1035 MPa (1.035 mbar), cerca de 0,104 MPa (1.040 mbar), cerca de 0,1045 MPa (1.045 mbar), cerca de 0,1050 MPa (1.050 mbar), ou em qualquer ponto entre eles.
[00066] Todas as faixas reveladas no presente documento abrangem todas e quaisquer subfaixas incluídas nas mesmas. Por exemplo, uma faixa declarada de “1 a 10” inclui quaisquer e todas as subfaixas entre (e inclusive) o valor mínimo de 1 e o valor máximo de 10; ou seja, todas as subfaixas que começam com um valor mínimo de 1 ou mais, por exemplo, 1 a 6,1, e terminam com um valor máximo de 10 ou menos, por exemplo, 5,5 a 10. Salvo indicação em contrário, a expressão “até” quando se refere à quantidade de composição de um elemento significa que o elemento é opcional e inclui uma composição de zero por cento desse elemento em particular. Salvo indicação em contrário, todas as percentagens de composição estão em porcentagem em peso (% em peso).
[00067] Conforme usado no presente documento, o significado de “uma”, “um”, “o” e “a” inclui referências no singular e no plural, a menos que o contexto indique claramente o contrário.
[00068] Nos exemplos a seguir, os produtos de liga de alumínio e seus componentes são descritos em termos da sua composição elementar em porcentagem em peso (% em peso). Em cada liga, o restante é de alumínio com um % em peso máximo. de 0,15% para a soma de todas as impurezas.
[00069] Elementos incidentais, tais como refinadores de grão e desoxidantes, ou outros aditivos podem estar presentes na invenção e podem adicionar outras características por si mesmos sem se afastarem ou alterarem significativamente a liga descrita no presente documento ou as características da liga descritas no presente documento.
[00070] Impurezas inevitáveis, incluindo materiais ou elementos, podem estar presentes na liga em quantidades menores devido às propriedades inerentes do alumínio ou à lixiviação do contato com o equipamento de processamento. Algumas impurezas normalmente encontradas no alumínio incluem ferro e silício. A liga, conforme descrito, pode conter não mais que cerca de 0,25% em peso de qualquer elemento além dos elementos de liga, elementos incidentais e impurezas inevitáveis.
[00071] As ligas descritas no presente documento podem ser fundidas com o uso de qualquer método de fundição adequado àqueles de habilidade comum na técnica. Como alguns exemplos não limitantes, o processo de fundição pode incluir um processo de fundição de Resfriamento Direto (Direct Chill - DC) ou um processo de Fundição Contínua (Continuous Casting - CC). O sistema de fundição contínua pode incluir um par de superfícies de fundição em movimento (por exemplo, correias opostas móveis, rolos ou blocos), uma cavidade de fundição entre o par de superfícies de fundição opostas móveis e um injetor metálico fundido. O injetor metálico fundido pode ter uma abertura de extremidade a partir da qual o metal fundido pode sair do injetor metálico fundido e ser injetado na cavidade de fundição. Em alguns casos, aspectos da presente revelação podem ser especialmente adequados para uso com um artigo metálico fundido contínuo.
[00072] Os produtos de liga de alumínio descritos no presente documento podem ser usados em aplicações automotivas e outras aplicações de transporte, incluindo aplicações em aeronaves e ferrovias. Por exemplo, os produtos de liga de alumínio revelados podem ser usados para preparar peças estruturais automotivas, como para-choques, vigas laterais, vigas, vigas transversais, reforços de pilares (por exemplo, pilares A, pilares B e pilares C), painéis internos, painéis externos, painéis laterais, capas internas, capas externas ou painéis de tampa do porta-malas. Os produtos de liga de alumínio e métodos revelados também podem ser usados em aplicações de aeronaves, veículos ferroviários, para preparar, por exemplo, painéis externos e internos. Certos aspectos e características da presente revelação podem proporcionar artigos metálicos com qualidades de superfície melhoradas e metalurgia, o que pode resultar em uma melhor capacidade de colagem e formabilidade, o que pode ser especialmente desejável para qualquer uma das aplicações no presente documento mencionadas, bem como outras.
[00073] Os produtos e métodos de liga de alumínio descritos no presente documento também podem ser usados em aplicações eletrônicas. Por exemplo, os produtos e métodos de liga de alumínio descritos no presente documento podem ser usados para preparar caixas para dispositivos eletrônicos, incluindo telefones celulares e computadores tipo tablet. Em alguns exemplos, os produtos de liga de alumínio podem ser usados para preparar caixas para o revestimento externo de telefones móveis (por exemplo, smartphones), chassis de fundo de mesa e outros eletrônicos portáteis.
[00074] Estes exemplos ilustrativos são apresentados para apresentar o leitor à matéria geral discutida no presente documento e não pretendem limitar o escopo dos conceitos revelados. As seções seguintes descrevem vários recursos e exemplos adicionais com referência aos desenhos nos quais números semelhantes indicam elementos semelhantes, e descrições direcionais são usadas para descrever as modalidades ilustrativas, mas, tal como as modalidades ilustrativas, não devem ser usadas para limitar a presente revelação. Os elementos incluídos nas ilustrações do presente documento podem não estar desenhados em escala e determinadas dimensões podem ser exageradas com propósitos ilustrativos.
[00075] A Figura 1 é um diagrama esquemático que representa uma vista lateral de um aparelho de aquecimento, sem contato, contínuo 100 de acordo com certos aspectos da presente revelação. O aparelho de aquecimento 100 pode incluir uma zona de aquecimento 102 e uma zona de flutuação 104. Um artigo metálico 110 (por exemplo, uma chapa metálica ou uma tira metálica) pode passar através do aparelho de aquecimento 100 em uma direção a jusante 112 (por exemplo, uma direção de processamento). O artigo metálico 110 pode entrar em uma entrada 106 em uma extremidade a montante do aparelho de aquecimento 100 e sair em uma saída 108 em uma extremidade a jusante do aparelho de aquecimento 100.
[00076] O artigo metálico 110 pode passar através de uma zona de aquecimento 102 e de uma zona de flutuação 104 sem entrar em contato fisicamente com quaisquer estruturas de suporte dentro da zona de aquecimento 102 ou da zona de flutuação 104. Na zona de aquecimento 102, o artigo metálico 110 pode ser aquecido a uma temperatura desejada do ponto de ajuste. Na zona de flutuação 104, o artigo metálico 110 pode ser mantido à temperatura nominal desejada (por exemplo, a ou dentro de 0,5%, 0,6%, 0,7%, 0,8%, 0,9%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10% ou 15% da temperatura nominal desejada). O comprimento da zona de flutuação 104 e a velocidade que o artigo 110 metálico se desloca na direção 112 a jusante pode ditar a duração do tempo (por exemplo, tempo de imersão) que uma seção transversal particular do artigo metálico 110 gasta na temperatura nominal desejada. Por exemplo, uma zona de flutuação de 30 metros 104 pode proporcionar 3 minutos de tempo de imersão para uma placa metálica que se desloca a 10 metros por minuto.
[00077] Em alguns casos, antes de entrar na zona de aquecimento 102, o artigo metálico 110 pode ser resfriado para facilitar o fornecimento de um perfil de temperatura uniforme (por exemplo, homogêneo) ao longo da largura lateral do artigo metálico 110. Entretanto, o resfriamento não precisa ocorrer antes de entrar na zona de aquecimento 102.
[00078] A zona de aquecimento 102 pode conter quaisquer dispositivos de aquecimento adequados. Conforme representado na Figura 1, a zona de aquecimento 102 inclui um arranjo de ímãs giratórios 114 configurados para aquecer o artigo metálico 110. Opcionalmente, um laço de indução 118 pode envolver o artigo metálico 110 dentro da zona de aquecimento 102 para fornecer calor suplementar ao artigo metálico 110. Em alguns casos, a zona de aquecimento 102 inclui o circuito de indução 118 e não inclui o arranjo de ímãs giratórios 114 para aquecimento. Em tais casos, a zona de aquecimento 102 pode incluir ímãs giratórios adicionais para fins de levitação, conforme descrito em maiores detalhes em relação à zona de flutuação 104. Em alguns casos, um ou mais laços de indução 118 podem fornecer aquecimento suplementar para melhorar a homogeneidade da temperatura lateral na tira metálica, tal como para corrigir quaisquer pontos frios formados durante o aquecimento magnético.
[00079] A zona de flutuação 104 pode incluir um arranjo de ímãs giratórios 116 configurados para levitar o artigo metálico 110. O arranjo de ímãs giratórios 116 para levitação pode estar localizado apenas dentro da zona de flutuação 104, ou pode opcionalmente também estar localizado dentro da zona de aquecimento 102. Em alguns casos, bocais de refrigerante opcionais 122 podem estar localizados dentro da zona de flutuação 104 para fornecer controle de temperatura adicional para manter o artigo metálico 110 na temperatura nominal desejada, apesar de qualquer calor adicionado a partir do arranjo de ímãs giratórios 116. Cada um dos bocais de refrigerante 122 pode ter controles individuais (por exemplo, válvulas) para controlar a aplicação de refrigerante ao artigo metálico 110.
[00080] Em alguns casos, uma zona de flutuação 104 pode incluir elementos de flutuação tradicionais, tais como bocais de ar ou outros elementos para levitar uma tira metálica com o uso de técnicas não magnéticas. Esses elementos podem ser usados em vez de ou além da levitação magnética.
[00081] Um arranjo de ímãs giratórios configurados para aquecer o artigo metálico 110 pode incluir ímãs dimensionados e posicionados para elevar eficientemente a temperatura do artigo metálico 110, tal como rotores magnéticos que se estendem aproximadamente na largura total do artigo metálico 110 ou mais. Um arranjo de ímãs giratórios configurados para levitar o artigo metálico 110 pode incluir ímãs dimensionados e posicionados para levitar eficientemente o artigo metálico 110 sem fornecer calor substancial ao artigo metálico 110, tal como rotores magnéticos que contêm um ou mais ímãs giratórios que ocupam menos que a largura total do artigo metálico 110 (por exemplo, em aproximadamente 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15% ou 10% ou menos da largura lateral do artigo metálico 110).
[00082] Um ou mais sensores 124 podem ser colocados dentro do aparelho de aquecimento 100, tal como dentro da zona de aquecimento 102 e/ou zona de flutuação 104 para medir as características do artigo metálico 110, tal como a temperatura do artigo metálico 110 ou características da atmosfera dentro do aparelho de aquecimento 100. Medições dos sensores 124 podem ser fornecidas a um controlador 126. Em alguns casos, o controlador 126 pode usar medições dos sensores 124 para fornecer controle dinâmico a aspectos do aparelho de aquecimento 100, tal como o arranjo de ímãs giratórios 114 ou o laço de indução 118 na zona de aquecimento 102 e/ou os bocais de refrigerante 122 na zona de flutuação 104. O controlador 126 pode usar a forma de retroalimentação dos sensores 124 para assegurar que a temperatura nominal desejada seja alcançada na zona de aquecimento 102 e mantida na zona de flutuação 104.
[00083] Em alguns casos, o aparelho de aquecimento 100 pode incluir uma câmara opcional 120 que contém uma atmosfera inerte. As portas de gás 128 podem fornecer gás inerte ou gás minimamente reativo à câmara 120 a partir de um fornecimento de gás, mantendo, desse modo, uma atmosfera inerte em torno do artigo metálico 110. A câmara 120 pode se estender a partir da entrada 106 até a saída 108. A cara 120 pode ser produzida a partir de qualquer material adequado, tal como um material eletricamente não condutor e/ou termicamente isolante. Em alguns casos, a câmara 120 pode ser produzida a partir de Kevlar® ou materiais semelhantes.
[00084] A Figura 2 é um diagrama esquemático que representa uma vista lateral de um aparelho de aquecimento sem contato, não contínuo 200 de acordo com certos aspectos da presente revelação. O aparelho de aquecimento 200 pode incluir uma zona combinada de aquecimento e flutuação 203. Um artigo metálico 210 (por exemplo, uma chapa metálica ou uma tira metálica) pode ser posicionado dentro do aparelho de aquecimento 200. A zona de aquecimento e flutuação 203 pode ter uma abertura na qual o artigo metálico 210 pode ser inserido e recuperado, ou pode se mover entre uma posição aberta e fechada para permitir que o artigo metálico 210 seja colocado dentro do aparelho de aquecimento 200, aquecido e imerso e depois removido do mesmo. O aparelho de aquecimento sem contato não contínuo 200 pode permitir o processamento por lotes de artigos metálicos 210 de uma maneira não contínua.
[00085] Dentro da zona de aquecimento e flutuação 203, o artigo metálico 210 pode ser levitado e aquecido sem entrar em contato fisicamente com quaisquer estruturas de suporte dentro da zona de aquecimento e flutuação 203. Em alguns casos, o artigo metálico 210 pode ser suportado apenas nas suas extremidades e pode ser levitado com o uso de ímãs giratórios. Na zona de aquecimento e flutuação 203, o artigo metálico 210 pode ser aquecido até uma temperatura desejada e mantido à temperatura desejada (por exemplo, a ou dentro de 0,5%, 0,6%, 0,7%, 0,8%, 0,9%, 2%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 20% ou 25% da temperatura nominal desejada) por um período de tempo desejado (por exemplo, tempo de imersão).
[00086] A zona de aquecimento e flutuação 202 pode conter quaisquer dispositivos de aquecimento adequados, tais como ímãs giratórios e/ou bobinas de indução. Conforme representado na Figura 2, a zona de aquecimento e flutuação 203 inclui um arranjo de ímãs giratórios 214 configurados para aquecer o artigo metálico 210 e levitar o artigo metálico 210 dentro da zona de aquecimento e flutuação 203. Em alguns casos, um arranjo adicional de ímãs giratórios configurado para levitar o artigo metálico 210 pode ser posicionado dentro da zona de aquecimento e flutuação 203. Um arranjo de ímãs giratórios configurados para aquecer o artigo metálico 210 pode incluir ímãs dimensionados e posicionados para elevar eficientemente a temperatura do artigo metálico 210, tal como rotores magnéticos que se estendem aproximadamente na largura total do artigo metálico 210 ou mais. Um arranjo de ímãs giratórios configurados para levitar o artigo metálico 210 pode incluir ímãs dimensionados e posicionados para levitar levemente o artigo 210 metálico sem fornecer calor substancial ao artigo metálico 210, como rotores magnéticos que contêm um ou mais ímãs giratórios que ocupam menos do que a largura total do artigo metálico 210 (por exemplo, a aproximadamente 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15% ou 10% ou menos da largura lateral do artigo metálico 210).
[00087] Em alguns casos, os bocais de refrigerante opcionais 222 podem estar localizados dentro da zona de aquecimento e flutuação 203 para proporcionar um controle de temperatura adicional para manter o artigo metálico 210 à temperatura nominal desejada. Cada um dos bocais de refrigerante 222 pode ter controles individuais (por exemplo, válvulas) para controlar a aplicação de refrigerante no artigo metálico 210.
[00088] Um ou mais sensores 224 podem ser colocados dentro da zona de aquecimento e flutuação 203 para medir características do artigo metálico 210, tal como uma temperatura do artigo metálico 210 e/ou características da atmosfera dentro do aparelho de aquecimento 200. Medições dos sensores 224 podem ser fornecidas a um controlador 226. Em alguns casos, o controlador 226 pode usar medições dos sensores 224 para fornecer controle dinâmico a aspectos do aparelho de aquecimento 200, tal como o arranjo de ímãs giratórios 214 ou outro dispositivo de aquecimento ou os bocais de refrigerante 222. O controlador 226 pode usar a forma de retroalimentação dos sensores 224 para assegurar que a temperatura nominal desejada seja alcançada e mantida durante um processo de aquecimento.
[00089] Em alguns casos, o aparelho de aquecimento 200 pode incluir uma câmara opcional 220 que contém uma atmosfera inerte. As portas de gás 228 podem fornecer gás inerte ou gás minimamente reativo à câmara 220 a partir de um fornecimento de gás, mantendo, desse modo, uma atmosfera inerte em torno do artigo metálico 210. A cara 220 pode ser produzida a partir de qualquer material adequado, tal como um material eletricamente não condutor e/ou termicamente isolante. Em alguns casos, a câmara 220 pode ser produzida a partir de Kevlar® ou materiais semelhantes.
[00090] A Figura 3 é um diagrama esquemático e um gráfico de temperatura em combinação 340 que representa um aparelho de aquecimento contínuo 300 que usa ímãs giratórios de acordo com certos aspectos da presente revelação. O gráfico de temperatura 340 está alinhado com o aparelho de aquecimento 300 para exibir uma temperatura aproximada 342 do artigo metálico 310 em distâncias diferentes ao longo do aparelho de aquecimento 300. O círculo pontilhado é um indicador para uma vista em primeiro plano representada na Figura 4. O aparelho de aquecimento 300 da Figura 3 pode ser o aparelho de aquecimento 100 da Figura 1. Um artigo metálico 310, tal como uma tira metálica ou uma chapa metálica pode se deslocar através do aparelho de aquecimento 300 em uma direção a jusante 312.
[00091] O aparelho de aquecimento 300 inclui uma zona de aquecimento 302 e uma zona de flutuação 304. Na zona de aquecimento 302, um arranjo de ímãs giratórios 314 pode aquecer o artigo metálico 310 para elevar uma temperatura do artigo metálico 310. O arranjo de ímãs giratórios 314 inclui seis pares de rotores magnéticos 336 espaçados longitudinalmente uns dos outros, sendo que cada par de rotores magnéticos 336 inclui rotores de topo e de fundo em lados opostos do artigo metálico 310. Em alguns casos, o arranjo de ímãs giratórios 314 pode incluir outros números de ímãs giratórios (por exemplo, outros números de rotores) em outras configurações e/ou orientações. O gráfico de temperatura 340 mostra que a temperatura 342 do artigo metálico 310 aumenta à medida que o artigo metálico 310 passa cada um dos pares de rotores magnéticos 336. A temperatura 342 do artigo metálico 310 aumenta de uma temperatura de entrada 346 para uma temperatura de referência desejada 344 dentro da zona de aquecimento 302.
[00092] Na zona de flutuação, 304, um arranjo de ímãs giratórios 316 levita o artigo metálico 310, o que permite que o artigo metálico 310 seja imerso à temperatura nominal desejada 344 durante um período de tempo desejado. Os distribuidores de refrigerante opcionais (tais como os bocais de refrigerante 122 da Figura 1) podem ser usados para ajudar a manter a temperatura 342 à temperatura nominal desejada 344, apesar de quaisquer efeitos de aquecimento do arranjo de ímãs giratórios 316. O arranjo de ímãs giratórios 316 pode incluir vários rotores 334, tais como 31 rotores 334. Cada rotor 334 pode incluir um ou mais ímãs giratórios espaçados lateralmente afastados que ocupam menos do que a largura total do artigo metálico 310 (por exemplo, a aproximadamente 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15% ou 10% ou menos da largura lateral do artigo metálico 310).
[00093] Uma câmara para conter uma atmosfera inerte pode ser definida em parte por uma parede de topo 330 e uma parede de fundo 332, bem como paredes laterais (não mostradas). Cada uma das paredes de topo 330 e parede de fundo 332, bem como, opcionalmente, as paredes laterais, podem ser produzidas a partir de material eletricamente não condutor e termicamente isolante. Em alguns casos, uma porção ou a totalidade de uma ou ambas as paredes de topo 330, a parede de fundo 332 e as paredes laterais podem ser produzidas a partir de um material condutor e/ou magnético ou podem ter um material condutor e/ou magnético acoplado às mesmas. Esse material condutor e/ou magnético pode ajudar a desviar o fluxo magnético (por exemplo, como um direcionador de fluxo) de um ou mais rotores magnéticos, tal como os rotores magnéticos 336 da zona de aquecimento 302, da maneira desejada. Se não existirem paredes, o fluxo magnético pode ser desviado de um ou mais rotores magnéticos, tais como os rotores magnéticos 336 da zona de aquecimento 302, de outro modo.
[00094] O artigo metálico 310 pode passar entre a parede de topo 330 e a parede de fundo 332 à medida que o mesmo se desloca através do aparelho de aquecimento 300. Os rotores 336 do arranjo de ímãs giratórios 314 na zona de aquecimento 302 e os rotores 334 do arranjo de ímãs giratórios 316 na zona de flutuação 304 podem ser posicionados do lado de fora da câmara, em frente à parede de topo 330 e/ou parede de fundo 332 formam o artigo metálico 310.
[00095] A Figura 4 é um diagrama de vista lateral esquemática em primeiro plano que representa uma porção 400 do aparelho de aquecimento 300 da Figura 3 de acordo com certos aspectos da presente revelação. A porção 400 da Figura 4 é identificado por um círculo pontilhado na Figura 3. Os rotores 336 da zona de aquecimento estão posicionados acima e abaixo do artigo metálico 310 e posicionados do lado de fora da câmara 420 formada pela parede de topo 330 e pela parede de fundo 332. Os rotores 334 da zona de flutuação estão posicionados unicamente abaixo do artigo metálico 310 e posicionados do lado de fora da câmara 420, abaixo da parede de fundo 332.
[00096] A Figura 5 é uma vista lateral em corte de um rotor magnético permanente 500 de acordo com certos aspectos da presente revelação. O rotor magnético permanente 500 é um exemplo de um rotor adequado para ser um rotor de qualquer um dos arranjos de ímãs giratórios 114, 116 da Figura 1 ou arranjo de ímãs giratórios 214 da Figura 2. O rotor magnético 500 pode incluir uma ou mais fontes magnéticas 550. Conforme visto na Figura 5, o rotor magnético 500 inclui oito fontes magnéticas 550 que são ímãs permanentes. Os ímãs podem ser dispostos em qualquer orientação adequada. As fontes magnéticas 550 podem ser dispostas de tal modo que os ímãs permanentes adjacentes proporcionem diferentes polos voltados radialmente para fora (por exemplo, alternando N, S, N, S, N, S, N, S). Qualquer ímã permanente adequado pode ser usado, como o samário-cobalto, o neodímio ou outros ímãs. Em alguns casos, os ímãs de samário cobalto podem ser desejáveis em relação aos ímãs de neodímio, visto que os ímãs de samário cobalto podem cair em relação à força de campo magnético mais lentamente com calores mais intensos. No entanto, em alguns casos, os ímãs de neodímio podem ser desejáveis em relação aos ímãs de samário cobalto, visto que os ímãs de neodímio têm forças de campo mais fortes em temperaturas mais baixas.
[00097] As fontes magnéticas 550 podem ser envolvidas por um invólucro 552. O invólucro 552 pode ser qualquer material adequado com capacidade para permitir passagem de fluxo magnético. Em alguns casos, o invólucro 552 pode ser produzido a partir de ou pode incluir ainda um revestimento não metálico. Em alguns casos, o invólucro 552 pode incluir um revestimento de Kevlar®.
[00098] Em alguns casos, o rotor magnético 500 pode incluir um núcleo ferromagnético 554 que tem um eixo central 556. O rotor magnético 500 pode incluir outras disposições internas adequadas para suportar as fontes magnéticas 550. Pode ser usado qualquer número adequado de fontes magnéticas 550, no entanto, verificou-se que podem ser obtidos resultados eficientes com um número par de fontes magnéticas 550, tais como seis ou oito fontes magnéticas 550.
[00099] As fontes magnéticas 550 podem ser dimensionadas para cobrir qualquer porcentagem da circunferência do rotor magnético 500. Resultados eficientes podem ser obtidos com fontes magnéticas 550 dimensionadas para ocupar aproximadamente 40% a 95%, 50% a 90% ou 70% a 80% da circunferência do rotor magnético 500.
[000100] O rotor magnético 500 pode ser formado de qualquer tamanho adequado, no entanto, verificou-se que resultados eficazes podem ser conseguidos com um rotor com um diâmetro entre 200 mm e 600 mm, pelo menos 300 mm, pelo menos 400 mm, pelo menos 500 mm ou pelo menos 600 mm.
[000101] A espessura de cada fonte magnética 550 pode ser qualquer espessura adequada com capacidade para se encaixar dentro do rotor magnético 500, no entanto, verificou-se que resultados eficientes podem ser obtidos com espessuras de ímã permanente de pelo menos 15 mm, 15 a 100 mm, 15 a 40 mm, 20 a 40 mm, 25 a 35 mm, 30 mm ou 50 mm. Outras espessuras podem ser usadas.
[000102] Através de testes e experimentação, foi determinado que potência de aquecimento altamente eficiente pode ser obtida com o uso de seis ou oito ímãs posicionados ao redor de um único rotor, embora outros números de ímãs possam ser usados. Quando muitos ímãs são usados, a potência de aquecimento pode cair. Em alguns casos, o número de ímãs pode ser selecionado para minimizar o custo de instalação e/ou manutenção (por exemplo, o número de ímãs a serem comprados). Em alguns casos, o número de ímãs pode ser selecionado para minimizar as oscilações de tensão que ocorrem na tira metálica devido ao movimento dos ímãs adjacentes à tira metálica. Por exemplo, muito poucos ímãs podem causar oscilações de tensão maiores e/ou mais longas, enquanto que mais ímãs podem causar oscilações menores e/ou mais curtas. Através de teste e experimentação, foi determinado que potência de aquecimento altamente eficiente pode ser obtida quando os ímãs ocupam 40% a 95% da circunferência do rotor, ou mais especificamente 50% a 90% ou 70% a 80% da circunferência do rotor. Através de teste e experimentação, foi determinado que potência de aquecimento altamente eficiente pode ser obtida quando o diâmetro do rotor é grande, tal como ou maior que 200, 300, 400, 500 ou 600 mm. Além disso, o uso de rotores maiores pode ajudar a minimizar os custos do ímã. Através de teste e experimentação, foi determinado que potência de aquecimento altamente eficiente pode ser obtida quando o diâmetro do rotor é grande, tal como ou maior que 200, 300, 400, 500 ou 600 mm. Além disso, o uso de rotores maiores pode ajudar a minimizar os custos do ímã. Em alguns casos, rotores menores (por exemplo, com 600, 500, 400, 300 ou 200 mm ou menos de diâmetro) podem ser especialmente adequados para levitar o artigo metálico, enquanto os rotores maiores podem ser especialmente adequados para aquecer o artigo metálico.
[000103] À medida que a velocidade do rotor aumenta, a potência de aquecimento tende a aumentar. No entanto, em alguns casos, se a velocidade do rotor atingir um limite, aumentos maiores na velocidade afetarão negativamente a eficiência de aquecimento devido às características inerentes de indutância e resistividade da tira metálica. Foi determinado que a ou aproximadamente a 1.800 rotações por minuto (por exemplo, dentro de 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 15%, ou 20% de 1.800 rotações por minuto) pode ser uma velocidade desejável em parte devido à simplicidade no controle de motores de rotor na frequência de 60 Hz encontrada na rede elétrica em vários locais. Em alguns casos, outras frequências podem ser selecionadas com base no motor de rotor usado e/ou na alimentação elétrica fornecida. Foi determinado que, embora a velocidade de rotor possa ser um método útil para controlar a quantidade de energia térmica aplicada à tira metálica, pode ser vantajoso manter uma velocidade de rotor constante e usar o controle de folga vertical e outros controles para ajustar a quantidade de energia de calor aplicada à tira metálica.
[000104] Por teste e experimentação, determinou-se que potência de aquecimento altamente eficiente pode ser obtida quando as espessuras dos ímãs permanentes no rotor estão entre 15 e 40 mm, 20 e 40 mm ou 25 e 35 mm, ou aproximadamente a 30 mm. Enquanto forte potência de aquecimento pode ser obtida com ímãs mais grossos, o uso de ímãs dentro das faixas acima pode fornecer potência de aquecimento suficientemente forte enquanto simultaneamente mantêm baixos os custos de instalação/manutenção dos ímãs.
[000105] A Figura 6 é um diagrama esquemático e um gráfico em combinação que representam um arranjo de ímãs giratórios 600 para aquecimento magnético e controle de tensão de acordo com certos aspectos da presente revelação. O arranjo de ímãs giratórios 600 pode incluir múltiplos rotores 608, 610 com capacidade para aquecer o artigo metálico 602, bem como induzir mudanças de tensão no artigo metálico 602. Aquecimento magnético e controle de tensão conforme descrito com referência à Figura 6 podem ser usados com quaisquer rotores adequados, incluindo rotores para aquecer e rotores para levitação. Pode ocorrer aquecimento magnético na zona de aquecimento de um aparelho de aquecimento, tal como o aparelho de aquecimento 100 da Figura 1, e o controle de tensão pode ocorrer em qualquer lugar dentro do aparelho de aquecimento.
[000106] A parte esquerda da Figura 6 representa os rotores 608 posicionados imediatamente em lados opostos de um artigo metálico 602. Quando o artigo metálico 602 entra na folga entre o primeiro par de rotores 608, a tensão pode inicialmente ser relativamente alta, conforme visto na linha de tensão 609 da Figura 6. Ao girar cada um dos rotores 608 em uma direção a montante, os rotores 608 podem conferir ajustes de tensão enquanto simultaneamente aumentam a temperatura do artigo metálico 602, conforme visto na linha de temperatura 601 da Figura 6. Cada rotor sucessivo 608 operado na direção a montante pode diminuir a tensão da tira metálica enquanto aumenta a temperatura da tira metálica. Essa técnica pode ser especialmente benéfica à medida que a temperatura do artigo metálico 602 aumenta, a tensão excessiva e/ou o contato físico podem ser indesejáveis e podem causar defeitos no artigo metálico 602. O uso de um rotor magnético 608 para aumentar a temperatura e diminuir a tensão no artigo metálico 602 pode ser realizado sem fazer contato físico entre o artigo metálico 602 e o rotor 608.
[000107] A porção direita da Figura 6 ilustra os rotores 610 que operam para aumentar a tensão enquanto simultaneamente fornecem aquecimento. Quando o artigo metálico 602 passa através das folgas dos rotores 610, a tensão pode inicialmente ser relativamente baixa e pode ser aumentada. Portanto, um rotor magnético 610, conforme descrito no presente documento, pode ser especialmente útil tanto para aumentar a temperatura do artigo metálico 602 quanto aumentar a tensão no artigo metálico 602 sem necessidade de entrar em contato o artigo metálico 602. Ao girar os rotores magnéticos 610 em uma direção a jusante, os rotores 610 podem aumentar a tensão no artigo metálico 602 enquanto simultaneamente aumentam a temperatura do artigo metálico 602.
[000108] Ao levitar, rotores são usados em vez de rotores de aquecimento, os rotores de levitação podem aumentar ou diminuir a tensão sem fornecer aquecimento significativo ao artigo metálico.
[000109] A Figura 7 é um diagrama esquemático que representa um sistema de fundição contínua parcialmente desacoplado 700 que usa um aparelho de aquecimento 717 de acordo com certos aspectos da presente revelação. Um aparelho de aquecimento 717, tal como o aparelho de aquecimento 100 da Figura 1, pode ser especialmente útil em um sistema de fundição contínuo totalmente ou parcialmente desacoplado.
[000110] O sistema de fundição contínuo parcialmente desacoplado 700 inclui um dispositivo de fundição contínua, tal como um rodízio em correia dupla contínua 708, embora possam ser usados outros dispositivos de fundição contínua, tais como rodízios de rolo duplo. O rodízio de correia contínua 708 inclui correias opostas com capacidade para extrair calor do metal líquido 736 a uma taxa de resfriamento suficiente para solidificar o metal líquido 736 que, uma vez sólido, sai do rodízio de correia contínua 708 como artigo metálico 710. A espessura do artigo metálico 710 que sai do rodízio de correia contínua 708 pode ser de aproximadamente 16 mm, embora outras espessuras possam ser usadas. O rodízio de correia contínua 708 pode operar a uma velocidade de fundição desejada. As correias opostas podem ser produzidas a partir de qualquer material adequado, no entanto, em alguns casos, as correias são produzidas a partir de cobre ou alumínio. Os sistemas de resfriamento no rodízio de correia contínua 708 podem extrair calor suficiente do metal líquido 736, de tal modo que o artigo metálico 710 que sai do rodízio de correia contínua 708 tenha uma temperatura entre 200 °C e 530 °C, embora outras faixas possam ser usadas.
[000111] Em alguns casos, um aparelho de aquecimento 717 (por exemplo, aparelho de aquecimento 100 da Figura 1) pode ser posicionado a jusante do rodízio de correia contínua 708 perto da saída do comutador de correia contínua 708. Em alguns casos, um rolo de aperto opcional 715 pode ser posicionado entre o rodízio de correia contínua 708 e o aparelho de aquecimento 717. O aparelho de aquecimento 717 pode aumentar a temperatura do artigo metálico 710 para uma temperatura de referência desejada que pode ser de aproximadamente 570 °C (por exemplo, 500 a 570 °C, 520 a 560 °C, ou aproximadamente 560 °C ou 570 °C) e manter essa temperatura por um período de tempo desejado. O aparelho de aquecimento 717 pode ser de comprimento suficiente para permitir que o artigo metálico 710 passe através do aparelho de aquecimento 717 entre ou aproximadamente entre 1 minutos a 10 minutos, ou mais preferencialmente entre 1 minuto e 7 minutos, enquanto se move na velocidade de saída do rodízio contínuo 708.
[000112] Em alguns casos, um suporte de laminação a quente 784 pode ser opcionalmente posicionado a jusante do aparelho de aquecimento 717 e a montante de um aparelho de bobinagem. O suporte de laminação a quente 784 pode reduzir a espessura do artigo metálico 710 em pelo menos 70%, ou mais preferencialmente 50% e 75%. Em alguns casos, um moinho de desbaste pode ser usado no lugar de um suporte de laminação a quente 784. Um arrefecimento pós- laminação 719 pode reduzir a temperatura do artigo metálico 710 depois que o mesmo sair do suporte de laminação a quente 784. O arrefecimento pós-laminação 719 pode transmitir características metalúrgicas benéficas. Em alguns casos, um arrefecimento pré- laminação opcional 713 pode reduzir a temperatura do artigo metálico 710 entre o aparelho de aquecimento 717 e o suporte de laminação a quente 784 que pode conferir características metalúrgicas benéficas no artigo metálico 710. O arrefecimento pré-laminação 713 e/ou arrefecimento pós-laminação 719 podem reduzir a temperatura do artigo metálico 710 a uma velocidade de aproximadamente 200 °C/seg. Antes de bobinar, o artigo metálico 710 pode passar por corte de borda por um aparador de bordas 721. Durante o bobinamento, o artigo metálico 710 pode ser enrolado em uma bobina intermediária 712 (por exemplo, uma banda quente) e um corte 723 pode dividir o artigo metálico 710 quando a bobina intermediária 712 tiver atingido um comprimento ou tamanho desejado. Esta bobina intermediária 712 pode depois ser processada posteriormente em um laminador a uma velocidade mais desejável para o laminador. Portanto, a velocidade do laminador e a velocidade do rodízio contínuo podem ser desacopladas e não precisam ser limitadas uma pela outra.
[000113] Em outros casos, no entanto, o artigo metálico 710 pode ser ainda processado sem ser primeiro bobinado em uma bobina intermediária 712.
[000114] As Figuras 8 a 11 são diagramas esquemáticos de vista lateral que representam um procedimento de carregamento ou de rosqueamento.
[000115] A Figura 8 é um diagrama esquemático que representa um aparelho de aquecimento 800 em uma configuração aberta antes de rosquear um artigo metálico de acordo com certos aspectos da presente revelação. O aparelho de aquecimento 800 pode ser semelhante ao aparelho de aquecimento 300 da Figura 3. O aparelho de aquecimento 800 pode incluir um arranjo de ímãs giratórios 814 em uma zona de aquecimento e um arranjo de ímãs giratórios 816 em uma zona de flutuação. Quando na posição aberta, uma parede de topo 830 da câmara para a atmosfera inerte pode ser elevada para longe da parede de fundo 832. Os rotores de topo 836 do arranjo de ímãs giratórios 814 podem ser elevados juntamente com a parede de topo 830. Em alguns casos, em vez de elevar a parede de topo 830 e os rotores 836, a parede de topo 830 e os rotores 836 podem, de outro modo, ser afastados da parede de fundo 832. O enroscamento do artigo metálico pode começar por inserir o artigo metálico a partir da extremidade a montante do aparelho de aquecimento 800 enquanto gira os ímãs giratórios dos arranjos de ímãs giratórios 814, 816 para rosquear o artigo metálico enquanto levita o artigo metálico.
[000116] A Figura 9 é um diagrama esquemático que representa um aparelho de aquecimento 900 em uma configuração aberta enquanto um artigo metálico 910 está sendo roscado no aparelho de aquecimento 900 de acordo com certos aspectos da presente revelação. O aparelho de aquecimento 900 pode ser o aparelho de aquecimento 800 da Figura 8 enquanto um artigo metálico 810 está a ser roscado. A rosca do artigo metálico 910 ocorre quando o artigo metálico 910 é inserido a partir da extremidade a montante do aparelho de aquecimento 900 enquanto os ímãs giratórios dos arranjos de ímãs giratórios 914, 916 são girados, rosqueando, desse modo, o artigo metálico 910 enquanto levita o artigo metálico 910.
[000117] A Figura 10 é um diagrama esquemático que representa um aparelho de aquecimento 1000 em uma configuração aberta depois de um artigo metálico 1010 ter sido roscado no aparelho de aquecimento 1000 de acordo com certos aspectos da presente revelação. O aparelho de aquecimento 1000 pode ser o aparelho de aquecimento 800 da Figura 8 quando o artigo metálico 1010 tiver sido roscado, mas antes de colocar o aparelho de aquecimento 800 na posição fechada. Depois de o artigo metálico 1010 ter sido totalmente roscado, o artigo metálico 1010 pode continuar a ser levitado com o uso dos arranjos de ímãs giratórios 1014, 1016.
[000118] A Figura 11 é um diagrama esquemático que representa um aparelho de aquecimento 1100 em uma configuração fechada com um artigo metálico 1110 roscado de acordo com certos aspectos da presente revelação. O aparelho de aquecimento 1100 pode ser o aparelho de aquecimento 800 da Figura 8 depois de um artigo metálico 1110 ter sido roscado e o aparelho de aquecimento 800 ter sido movido para uma posição fechada. Depois de o artigo 1110 metálico ter sido roscado, tal como representado em relação à Figura 10, a parede de topo 1130 da câmara para a atmosfera inerte pode ser movida de volta para a sua posição de funcionamento normal adjacente à parede de fundo 1132 para formar a câmara. Os rotores de topo 1136 do arranjo de ímãs giratórios 1114 podem ser baixados ou de outro modo movidos de novo para a posição juntamente com a parede de topo 1130. Uma vez na configuração fechada com um artigo metálico 1110 roscado no mesmo, o aparelho de aquecimento 1100 pode funcionar conforme descrito no presente documento.
[000119] A Figura 12 é um fluxograma que representa um processo 1200 para aquecer um artigo metálico de acordo com certos aspectos da revelação pré-estabelecida. O processo 1200 pode ser realizado com o uso dos aparelhos de aquecimento descritos no presente documento, tal como o aparelho de aquecimento 100 da Figura 1 ou aparelho de aquecimento 200 da Figura 2.
[000120] No bloco 1202, um artigo metálico pode ser posicionado dentro de uma zona de aquecimento. No caso de um aparelho de aquecimento não contínuo, o posicionamento do artigo metálico na zona de aquecimento pode incluir a inserção do artigo metálico em uma abertura permanente ou temporária na zona de aquecimento. No caso de um aparelho de aquecimento contínuo, o posicionamento do artigo metálico na zona de aquecimento pode incluir inserir continuamente o artigo metálico em uma entrada da zona de aquecimento.
[000121] No bloco 1204, o artigo metálico pode ser aquecido na zona de aquecimento. O aquecimento pode ocorrer rapidamente. O aquecimento pode ocorrer com base em um dispositivo de aquecimento que pode ou não ser controlado dinamicamente através da retroalimentação de sensor de temperatura. Exemplos de dispositivos de aquecimento adequados incluem aquecedores de indução e/ou arranjos de ímãs giratórios. O uso de um arranjo de ímãs giratórios para aquecer o artigo metálico pode ter resultados benéficos.
[000122] No bloco 1206, o artigo metálico é levitado em uma zona de flutuação com o uso de um arranjo de ímãs giratórios. No caso de um aparelho de aquecimento não contínuo, a zona de flutuação pode ser a mesma que a zona de aquecimento e pode assim ocupar o mesmo espaço. Em tais casos, alguns ou todos os arranjos de ímãs giratórios usados para levitação também podem fornecer calor como o dispositivo de aquecimento do bloco 1204. No caso de um aparelho de aquecimento contínuo, a zona de flutuação pode ser localizada imediatamente após a zona de aquecimento e o artigo metálico pode ser direcionado para a zona de flutuação a partir da zona de aquecimento.
[000123] No bloco 1208, o ponto de ajuste de temperatura pode ser mantido por uma duração desejada na zona de flutuação. No caso de um aparelho de aquecimento não contínuo, a duração pode ser estabelecida pelo tempo ou por outras técnicas similares. No caso de um aparelho de aquecimento contínuo, a duração pode ser estabelecida por uma combinação de velocidade de deslocamento do artigo metálico e comprimento da zona de flutuação.
[000124] Em um bloco opcional 1210, o artigo metálico pode ser roscado em uma câmara (por exemplo, uma câmara preenchida com gás ou preenchida com gás inerte). Rosquear o artigo metálico pode incluir separar uma parede de topo e de uma parede de fundo da câmara, inserindo o artigo metálico entre as mesmas e reajustando a parede de topo e a parede de fundo na posição para formar a câmara.
[000125] Os exemplos a seguir servirão para ilustrar adicionalmente os exemplos descritos, sem, ao mesmo tempo, no entanto, constituir qualquer limitação dos mesmos. Pelo contrário, deve ser claramente entendido que o recurso pode ter vários exemplos, modificações e equivalentes do mesmo, os quais, depois de ler o relatório descritivo apresentado no presente documento, podem ser sugeridos aos versados na técnica sem que se afaste do espírito da invenção. Durante os estudos descritos nos exemplos a seguir, os procedimentos convencionais foram seguidos, salvo indicação em contrário. Alguns dos procedimentos são descritos abaixo para fins ilustrativos.
[000126] Em um primeiro teste exemplificativo, uma tira de 1 mm de espessura de alumínio da série 6xxx foi enviada através de um arranjo de ímãs giratórios para aquecimento, incluindo quatro rotores dispostos em dois pares longitudinalmente separados de rotores opostos (por exemplo, rotores colocados acima e abaixo da tira metálica). A tira metálica foi passada através do arranjo de ímãs giratórios a uma velocidade de 60 m/min. A tira entrou no arranjo de ímãs giratórios a aproximadamente 30 °C e saiu a aproximadamente 170 °C. O arranjo de ímãs giratórios operou com uma eficiência de aproximadamente 75% a aproximadamente 80% e ocupou menos de 1 metro de espaço longitudinal. Em comparação, um aparelho de aquecimento similar em uma linha de processamento CASH padrão ocuparia mais de 5 metros e poderia operar com uma eficiência de aproximadamente 50%, se aquecido por aquecimento por indução. O arranjo de ímãs giratórios do primeiro teste exemplificativo pode ser adequado para implementação como toda ou parte de uma zona de aquecimento de um aparelho de aquecimento conforme descrito no presente documento.
[000127] Em um segundo teste exemplificativo, uma chapa de alumínio de 16 mm de espessura foi passada através de um aparelho de aquecimento sem contato a 10 m/min. O aparelho de aquecimento incluía uma zona de aquecimento de 3 ou 4 metros de comprimento, seguida por uma zona de flutuação de aproximadamente 30 metros. A zona de aquecimento incluiu seis pares afastados longitudinalmente de rotores opostos com capacidade para conferir um aumento de temperatura de 80 °C na chapa metálica. A temperatura nominal desejada foi atingida na zona de aquecimento e mantida durante 30 minutos na zona de flutuação, tudo dentro de um aparelho de aquecimento que tinha aproximadamente 33 a aproximadamente 34 metros de comprimento. A zona de flutuação incluía 31 rotores longitudinalmente separados posicionados apenas abaixo da chapa metálica. Cada um dos rotores continha seis ou sete ímãs giratórios lateralmente separados, com rotores sequenciais que têm ímãs giratórios deslocados entre si, formando um arranjo escalonado de ímãs giratórios dentro da zona de flutuação. Dispositivos auxiliares de resfriamento (por exemplo, distribuidores de refrigerante) foram usados na zona de flutuação para manter a temperatura da chapa metálica dentro de 5 °C da temperatura nominal.
[000128] A descrição anterior das modalidades, incluindo modalidades ilustradas foi apresentada apenas para fins de ilustração e descrição e não pretende ser exaustiva ou limitativa às formas precisas reveladas. Inúmeras modificações, adaptações e usos das mesmas serão evidentes para os versados na técnica.
[000129] Conforme usado abaixo, qualquer referência a uma série de exemplos deve ser entendida como uma referência a cada um desses exemplos de forma disjuntiva (por exemplo, “Exemplos 1 a 4” deve ser entendido como “Exemplos 1, 2, 3 ou 4”).
[000130] O exemplo 1 é um aparelho de aquecimento que compreende: uma zona de aquecimento para aceitar um artigo metálico, em que a zona de aquecimento compreende pelo menos um dispositivo de aquecimento para aumentar a temperatura do artigo metálico; e uma zona de flutuação acoplada à zona de aquecimento para manter a temperatura do artigo metálico, em que a zona de flutuação compreende um arranjo de dispositivos de flutuação para levitar o artigo metálico, em que pelo menos um do pelo menos um dispositivo de aquecimento e o arranjo de dispositivos de flutuação compreendem um arranjo de rotores magnéticos posicionados adjacentes ao artigo metálico.
[000131] O exemplo 2 é o aparelho de aquecimento do exemplo 1, em que cada rotor magnético do arranjo de rotores magnéticos compreende pelo menos um ímã permanente.
[000132] O exemplo 3 é o aparelho de aquecimento dos exemplos 1 ou 2, em que a zona de aquecimento e a zona de flutuação se sobrepõem uma à outra.
[000133] O exemplo 4 é o aparelho de aquecimento do exemplo 3, em que ambos do pelo menos um dispositivo de aquecimento e o arranjo de dispositivos de flutuação compreendem o arranjo de rotores magnéticos.
[000134] O exemplo 5 é o aparelho de aquecimento dos exemplos 1 ou 2, em que a zona de flutuação está localizada imediatamente após a zona de aquecimento em uma direção a jusante, em que a zona de aquecimento inclui uma entrada para aceitar continuamente o artigo metálico e em que a zona de flutuação inclui uma saída para produzir continuamente o artigo metálico.
[000135] O exemplo 6 é o aparelho de aquecimento dos exemplos 1 a 3 ou 5, em que o pelo menos um dispositivo de aquecimento compreende o arranjo de rotores magnéticos.
[000136] O exemplo 7 é o aparelho de aquecimento do exemplo 6, em que o arranjo de dispositivos de flutuação compreende um arranjo adicional de rotores magnéticos.
[000137] O exemplo 8 é o aparelho de aquecimento dos exemplos 1 a 4 ou 5, em que o arranjo dos dispositivos de flutuação compreende o arranjo de rotores magnéticos.
[000138] O exemplo 9 é o aparelho de aquecimento do exemplo 8, em que o arranjo de rotores magnéticos compreende uma pluralidade de rotores, sendo que cada um compreende uma pluralidade de ímãs afastados lateralmente.
[000139] O exemplo 10 é o aparelho de aquecimento dos exemplos 1 a 9 que compreende adicionalmente: um sensor de temperatura posicionado para medir uma temperatura do artigo metálico; e um controlador acoplado ao sensor de temperatura e ao pelo menos um dispositivo de aquecimento para controlar o pelo menos um dispositivo de aquecimento com base em uma temperatura detectada.
[000140] O exemplo 11 é o aparelho de aquecimento dos exemplos 1 a 10 que compreende ainda pelo menos um de: um ou mais bocais de resfriamento acoplados a uma fonte de fluido refrigerante e posicionados para distribuir o fluido refrigerante sobre o artigo metálico; e um ou mais bocais de aquecimento.
[000141] O exemplo 12 é o aparelho de aquecimento do exemplo 11 que compreende ainda: um sensor de temperatura posicionado para medir uma temperatura do artigo metálico; e um controlador acoplado ao sensor de temperatura e um ou mais bocais de resfriamento para controlar uma quantidade de fluido refrigerante distribuída por um ou mais bocais de resfriamento.
[000142] O exemplo 13 é o aparelho de aquecimento do exemplo 11 que compreende ainda: um sensor de temperatura posicionado para medir uma temperatura do artigo metálico; e um controlador acoplado ao sensor de temperatura e um ou mais bocais de aquecimento para controlar uma quantidade de calor aplicada pelo um ou mais bocais de resfriamento.
[000143] O exemplo 14 é o aparelho de aquecimento dos exemplos 1 a 13, em que o arranjo de rotores magnéticos gira em torno de um eixo geométrico de rotação que é paralelo a uma largura lateral do artigo metálico e perpendicular a uma direção a jusante.
[000144] O exemplo 15 é o aparelho de aquecimento dos exemplos 1 a 14 que compreende ainda uma câmara, em que o artigo metálico é posicionado dentro da câmara em pelo menos uma zona de flutuação ou zona de aquecimento, e em que o arranjo de rotores magnéticos está posicionado em oposição a uma parede da câmara do artigo metálico.
[000145] O exemplo 16 é o aparelho de aquecimento do exemplo 15, em que a câmara inclui uma parede de topo separável de uma parede de fundo para facilitar o rosqueamento do artigo metálico na pelo menos uma da zona de aquecimento e na zona de flutuação.
[000146] O exemplo 17 é o aparelho de aquecimento do exemplo 15 ou 16, em que a câmara é produzida a partir de um material termicamente isolante, eletricamente não condutor.
[000147] O exemplo 18 é o aparelho de aquecimento dos exemplos 15 a 17, em que a câmara compreende uma ou mais portas que ligam a câmara a uma fonte de gás inerte.
[000148] O exemplo 19 é um método que compreende: posicionar um artigo metálico em uma zona de aquecimento de um aparelho de aquecimento; aquecer o artigo metálico até uma temperatura nominal na zona de aquecimento; levitar o artigo metálico em uma zona de flutuação, em que pelo menos um de aquecer o artigo metálico e levitar o artigo metálico compreende girar pelo menos um rotor magnético para gerar campos magnéticos variáveis adjacentes ao artigo metálico; e manter a temperatura nominal por um período enquanto o artigo metálico está sendo levitado na zona de flutuação.
[000149] O exemplo 20 é o método do exemplo 19, em que cada um dos pelo menos um rotor magnético compreende um ou mais ímãs permanentes giratórios em torno de um eixo geométrico de rotação comum.
[000150] O exemplo 21 é o método dos exemplos 19 ou 20, em que a zona de aquecimento e a zona de flutuação se sobrepõem uma à outra.
[000151] O exemplo 22 é o método dos exemplos 19 a 21, em que tanto o aquecimento do artigo metálico quanto levitar do artigo metálico compreendem a rotação do pelo menos um rotor magnético.
[000152] O exemplo 23 é o método dos exemplos 19 a 22 que compreende ainda dirigir o artigo metálico da zona de aquecimento para a zona de flutuação, em que a zona de flutuação está localizada imediatamente após a zona de aquecimento em uma direção a jusante, em que posiciona o artigo metálico na zona de aquecimento zona compreende aceitar continuamente o artigo metálico na zona de aquecimento.
[000153] O exemplo 24 é o método dos exemplos 19 a 23, em que o aquecimento do artigo metálico compreende a rotação de um ou mais de pelo menos um rotor magnético.
[000154] O exemplo 25 é o método do exemplo 24, em que o levitar o artigo metálico compreende a rotação de um arranjo de rotores magnéticos adicionais.
[000155] O Exemplo 26 é o método dos exemplos 19 a 25, em que levitar o artigo metálico compreende a rotação do pelo menos um rotor magnético.
[000156] O Exemplo 27 é o método do exemplo 26, em que cada um dos pelo menos um dos rotores magnéticos compreende uma pluralidade de ímãs afastados lateralmente, giratórios em torno de um eixo geométrico de rotação comum.
[000157] O Exemplo 28 é o método dos exemplos 19 a 27 que compreende ainda: medir uma temperatura do artigo metálico com o uso de um sensor de temperatura; e controlar o dispositivo de aquecimento com base na temperatura medida.
[000158] O exemplo 29 é o método dos exemplos 19 a 28 que compreende ainda: fornecer fluido refrigerante ao artigo metálico com o uso de um ou mais bocais de resfriamento.
[000159] O Exemplo 30 é o método do exemplo 29 que compreende ainda: medir uma temperatura do artigo metálico com o uso um sensor de temperatura; e controlar a distribuição do fluido refrigerante com base na temperatura medida.
[000160] O Exemplo 31 é o método dos exemplos 19 a 30 que compreende ainda: aquecer o artigo metálico com o uso do um ou mais bocais de aquecimento.
[000161] O exemplo 32 é o método do exemplo 31 que compreende ainda: medir uma temperatura do artigo metálico com o uso um sensor de temperatura; e controlar o aquecimento do artigo metálico com base na temperatura medida.
[000162] O exemplo 33 é o método dos exemplos 19 a 32, em que cada um dos pelo menos um rotor magnético gira em torno de um eixo geométrico de rotação que é paralelo a uma largura lateral do artigo metálico e perpendicular a uma direção a jusante do artigo metálico.
[000163] O exemplo 34 é o método dos exemplos 19 a 33 em que levitar o artigo metálico compreende levitar o artigo metálico dentro de uma câmara e gerar os campos magnéticos variáveis através da câmara. Em alguns casos, a geração de campos magnéticos variáveis através da câmara inclui gerar campos magnéticos variáveis a partir do pelo menos um rotor magnético posicionado do lado oposto a uma parede da câmara do artigo metálico.
[000164] O exemplo 35 é o método do exemplo 34 que compreende ainda rosquear o artigo metálico na câmara, em que o rosqueamento do artigo metálico compreende: separar uma parede de topo e uma parede de fundo da câmara; inserir o artigo metálico entre a parede de topo e a parede de fundo; e redefinir a parede de topo e a parede de fundo juntas.
[000165] O exemplo 36 é o método dos exemplos 34 ou 35, em que a levitação do artigo metálico compreende gerar os campos magnéticos variáveis através de material não condutor, termicamente isolante da câmara.
[000166] O exemplo 37 é o método dos exemplos 34 a 36 que compreende ainda o fornecimento de gás inerte à câmara.
[000167] O exemplo 38 é o método dos exemplos 34 a 37, em que a câmara é uma câmara isolada.
[000168] O exemplo 39 é o método dos exemplos 34 a 38, em que a câmara é uma câmara preenchida com gás.

Claims (22)

1. Aparelho de aquecimento (300; 800; 900; 1000, 1100), compreendendo: uma zona de aquecimento (302) para aceitar um artigo metálico (310; 810; 910; 1010; 1110), em que a zona de aquecimento (302) compreende pelo menos um dispositivo de aquecimento para aumentar uma temperatura do artigo metálico (310; 810; 910; 1010; 1110); e uma zona de flutuação (304) acoplada à zona de aquecimento (302) para manter a temperatura do artigo metálico (310; 810; 910; 1010; 1110), em que a zona de flutuação (304) compreende um arranjo de dispositivos de flutuação para levitar o artigo metálico (310; 810; 910; 1010; 1110), em que pelo menos um dos pelo menos um dispositivo de aquecimento e o arranjo de dispositivos de flutuação compreende um arranjo (314, 316; 814, 816; 914, 916; 1014, 1016; 1114,1116) de rotores magnéticos (334, 336) posicionados adjacentes ao artigo metálico (310; 810; 910; 1010; 1110); o aparelho de aquecimento (300; 800; 900; 1000; 1100) compreende adicionalmente uma câmara (420) compreendendo uma parede de topo (330; 830; 1130) e uma parede de fundo (332; 832; 1132), em que o material metálico (310; 810; 910; 1010; 1110) é posicionado dentro da câmara (420) em pelo menos uma da zona de flutuação (304) e da zona de aquecimento (302), caracterizado pelo fato de que o aparelho de aquecimento (300; 800; 900; 1000; 1100) é adaptado para ser ajustado entre uma configuração aberta e uma configuração fechada, de maneira que na configuração aberta, a parede de topo (330; 830; 1130) seja separada da parede de fundo (332; 832; 1132) por uma distância maior do que na configuração fechada para facilitar o rosqueamento do artigo de metal (310; 810; 910; 1010; 1110) em pelo menos uma da zona de flutuação (304) e da zona de aquecimento (302).
2. Aparelho de aquecimento (300; 800; 900; 1000; 1100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada rotor magnético (334, 336) do arranjo (314, 316; 814, 816; 914, 916; 1014, 1016; 1114, 1116) de rotores magnéticos compreende pelo menos um ímã permanente (550).
3. Aparelho de aquecimento (300; 800; 900; 1000; 1100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a zona de aquecimento (302) e da zona de flutuação (304) se sobrepõem uma a outra.
4. Aparelho de aquecimento (300; 800; 900; 1000; 1100) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que tanto o pelo menos um dispositivo de aquecimento quanto o arranjo dos dispositivos de flutuação compreendem o arranjo (314, 316; 814, 816; 914, 916; 1014, 1016; 1114, 1116) dos rotores magnéticos (334, 336).
5. Aparelho de aquecimento (300; 800; 900; 1000; 1100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a zona de flutuação (304) está localizada imediatamente depois da zona de aquecimento (302) em uma direção a jusante, em que a zona de aquecimento (302) inclui uma entrada para aceitar continuamente o artigo metálico (310, 810; 910, 1010; 1110), e em que a zona de flutuação (304) inclui uma saída para produzir continuamente o artigo metálico (310; 810; 910; 1010; 1110).
6. Aparelho de aquecimento (300; 800; 900; 1000; 1100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um dispositivo de aquecimento compreende o arranjo (314, 814, 914; 1014; 1114) de rotores magnéticos (336).
7. Aparelho de aquecimento (300; 800; 900; 1000; 1100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o arranjo de dispositivos de flutuação compreende o arranjo (316; 816; 916; 1016; 1116) de rotores magnéticos (334).
8. Aparelho de aquecimento (300; 800; 900; 1000; 1100) de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o arranjo (316; 816; 916; 1016; 1116) de rotores magnéticos (334) compreende uma pluralidade de rotores, cada um compreendendo uma pluralidade de ímãs separados lateralmente.
9. Aparelho de aquecimento (300; 800; 900; 1000; 1100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda pelo menos um dos seguintes: (a) um ou mais bocais de resfriamento acoplados a uma fonte de fluido refrigerante e posicionados de modo a distribuir o fluido refrigerante sobre o artigo metálico; e (b) um ou mais bocais de resfriamento para aquecer o artigo metálico.
10. Aparelho de aquecimento (300; 800; 900; 1000; 1100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o arranjo (314, 316; 814, 816; 914, 916; 1014, 1016; 1114; 1116) de rotores magnéticos (334, 336) gira em torno de um eixo geométrico de rotação que é paralelo a uma largura lateral do artigo metálico (310; 810; 910; 1010; 1110) e perpendicular a uma direção a jusante (312).
11. Aparelho de aquecimento (300) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a câmara (420) compreende uma ou mais portas que conectam a câmara (420) a um fornecimento de gás inerte.
12. Método de aquecimento (1200), compreendendo: posicionar (1202) um artigo metálico (310; 810; 910; 1010; 1110) em uma zona de aquecimento (302) de um aparelho de aquecimento (300); aquecer (1204) o artigo metálico (310; 810; 910; 1010; 1110) até uma temperatura nominal na zona de aquecimento (302); levitar (1206) o artigo metálico (310; 810; 910; 1010; 1110) em uma zona de flutuação (304), em que pelo menos um de aquecer (1204) o artigo metálico (310; 810; 910; 1010; 1110) e levitar (1206) do artigo metálico (310; 810; 910; 1010; 1110) compreende girar pelo menos um rotor magnético (334, 336) para gerar campos magnéticos variáveis adjacentes ao artigo metálico (310; 810; 910; 1010; 1110); e manter (1208) a temperatura nominal por uma duração enquanto o artigo metálico (310; 810; 910; 1010; 1110) está sendo levitado na zona de flutuação (304); em que levitar o artigo metálico (1206) compreende levitar o artigo de metal (310; 810; 910; 1010; 1110) dentro de uma câmara (420) e gerar campos magnéticos através da câmara (420), em que o método compreende adicionalmente rosquear (1210) o artigo metálico (310; 810; 910; 1010; 1110) na câmara (420), caracterizado pelo fato de que o rosqueamento (1210) do artigo metálico (310; 810; 910; 1010; 1110) na câmara (420) compreende: separar uma parede de topo (330; 830; 1130) e uma parede de fundo (332; 832; 1132) da câmara (420); inserir o material metálico (310; 810; 910; 1010, 1110) entre a parede de topo (330; 830; 1130) e a parede de fundo (332; 832; 1132); e reconfigurar a parede de topo (330; 930; 1130) e a parede de fundo (332; 832; 1132) juntas.
13. Método (1200) de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que cada um do pelo menos um rotor magnético (334, 336) compreende um ou mais ímãs permanentes (550) giratórios em torno de um eixo geométrico de rotação comum (556).
14. Método (1200) de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a zona de aquecimento (302) e a zona de flutuação (304) se sobrepõem entre si.
15. Método (1200) de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que tanto aquecer (1204) o artigo metálico (310; 810; 910; 1010; 1110) quanto levitar (1206) o artigo metálico (310; 810; 910; 1010; 1110) compreendem girar o pelo menos um rotor magnético (334, 336).
16. Método (1200) de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente direcionar o artigo metálico a partir da zona de aquecimento (302) para a zona de flutuação (304), em que a zona de flutuação (304) é localizada imediatamente após a zona de aquecimento (302) em uma direção a jusante (312), em que o posicionamento do artigo metálico (310; 810; 910; 1010; 1110) na zona de aquecimento (302) compreende aceitar continuamente o artigo metálico (310; 810; 910; 1010; 1110) na zona de aquecimento (302).
17. Método (1200) de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que cada um dos pelo menos um rotores magnéticos (334, 336) compreendem uma pluralidade de ímãs separados lateralmente giratórios em torno de um eixo geométrico de rotação comum.
18. Método (1200) de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente fornecer fluido refrigerante ao artigo metálico (310; 810; 910; 1010; 1110) usando um ou mais bocais refrigerantes.
19. Método (1200) de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente medir uma temperatura do artigo metálico (310; 810; 910; 1010; 1110) com o uso de um sensor de temperatura; e controlar, com base na temperatura medida, a zona de aquecimento (302) ou a distribuição do fluido refrigerante.
20. Método (1200) de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: fornecer calor ao artigo metálico (310; 810; 910; 1010; 1110) usando um ou mais bocais de aquecimento; medir uma temperatura do artigo metálico (310; 810; 910; 1010; 1110) usando um sensor de temperatura; e controlar o calor fornecido ao artigo metálico (310; 810; 910; 1010; 1110) por um ou mais bocais de aquecimento com base na temperatura medida.
21. Método (1200) de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que cada um dos pelo menos um rotores magnéticos (334, 336) gire sobre um eixo geométrico de rotação que é paralelo a uma largura lateral do artigo metálico (310; 810; 910; 1010; 1110) e perpendicular a uma direção a jusante (312) do artigo metálico (310; 810; 910; 1010; 1110).
22. Método (1200) de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente o fornecimento de gás inerte na câmara (420).
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