BRPI0607428B1

BRPI0607428B1 - aparelhos de aquecimento por indução para aquecer uma chapa de metal e para aquecer uma chapa de metal móvel através de uma área de passagem dos mesmos

Info

Publication number: BRPI0607428B1
Application number: BRPI0607428A
Authority: BR
Inventors: Hirota Yoshiaki
Original assignee: Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp; Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-02-18
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2018-09-25
Also published as: WO2006088067A1; CA2597529C; KR20070112173A; TWI276689B; EP1854336A1; AU2006215075A1; DE602006004970D1; EP1854335B1; TW200637920A; KR100899253B1; BRPI0607428A2; WO2006088068A1; TW200632106A; US20080264932A1; KR20070111520A; TWI326713B; RU2007134211A; RU2358417C1; US8536498B2; CA2597530A1

Abstract

aparelho de aquecimento por indução para aquecer uma chapa de metal móvel. a presente invenção refere-se a um aparelho de aquecimento por indução para aquecer uma chapa de metal móvel que inclui uma bobina de indução (2) para envolver a chapa de metal. a bobina de indução (2) inclui uma porção superior (2a) a ser localizada acima da chapa de metal e uma porção inferior (2b) a ser localizada abaixo da chapa de metal. as porções superior e inferior (2a, 2b) da bobina de indução (2) são espaçadas entre si em um sentido longitudinal da chapa de metal pelo menos em uma posição em um sentido transversal da chapa de metal. a distância no sentido longitudinal da chapa de metal entre a porção superior e a porção inferior da bobina de indução (2) varia através de um sentido transversal da chapa de metal.

Description

(54) Título: APARELHOS DE AQUECIMENTO POR INDUÇÃO PARA AQUECER UMA CHAPA DE METAL E PARA AQUECER UMA CHAPA DE METAL MÓVEL ATRAVÉS DE UMA ÁREA DE PASSAGEM DOS MESMOS (51) Int.CI.: H05B 6/02; H05B 6/36 (30) Prioridade Unionista: 05/09/2005 JP 2005-256334, 18/02/2005 JP 2005-041944 (73) Titular(es): NIPPON STEEL & SUMITOMO METAL CORPORATION (72) Inventor(es): YOSHIAKI HIROTA (85) Data do Início da Fase Nacional: 14/08/2007

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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para APARELHOS DE AQUECIMENTO POR INDUÇÃO PARA AQUECER UMA CHAPA DE METAL E PARA AQUECER UMA CHAPA DE METAL MÓVEL ATRAVÉS DE UMA ÁREA DE PASSAGEM DOS MESMOS.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

1. CAMPO DA INVENÇÃO:

[001] A presente invenção refere-se a um aparelho de aquecimento por indução para uma chapa de metal, como, por exemplo, uma chapa de aço ou uma chapa de alumínio. A presente invenção se refere particularmente a um aparelho de aquecimento por indução que aquece uma chapa de metal por meio da geração de uma corrente induzida na mesma usando uma bobina de indução que envolve a chapa de metal. A presente invenção se refere ainda a um aparelho de aquecimento de indução, capaz de aquecer uma chapa de metal com alta eficiência independentemente da espessura da chapa de metal e independentemente se a chapa de metal é magnética ou não magnética. A presente invenção se refere ainda a um aparelho de aquecimento por indução que pode controlar a distribuição de temperatura no sentido lateral (largura) da chapa de metal independentemente de uma distribuição de temperatura preexistente antes de o aquecimento formar uma chapa de metal com uma distribuição de temperatura mais uniforme após o aquecimento.

2. DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA:

[002] Um aparelho de aquecimento indireto que usa gás ou eletricidade, ou um aparelho de aquecimento direto que usa aquecimento por indução foi usado para aquecer uma chapa de metal a fim de controlar a qualidade do material metálico no processo de tratamento térmico. Uma vez que um aparelho de aquecimento direto não possui inércia termal, diferentemente de um aparelho de aquecimento indireto, o aparelho de aquecimento direto pode economizar o tempo necesPetição 870170089512, de 21/11/2017, pág. 9/68

2/33 sário determinado por um aparelho de aquecimento indireto para atingir uma temperatura de forno estável, e pode facilmente controlar a taxa de aquecimento, por exemplo, quando uma espessura de chapa é modificada. Sendo assim, um aparelho de aquecimento direto não requer a mudança da velocidade de transporte de chapa de metal, o que impede a diminuição da produtividade.

[003] Existem dois tipos de aparelho de aquecimento por indução para uma chapa de metal. Um tipo é um aparelho do tipo LF (do tipo fluxo longitudinal), no qual uma chapa de metal é aquecida por meio da geração de uma corrente induzida na mesma em seção transversal usando uma bobina de indução, na qual é aplicada uma corrente alternada com uma freqüência variando normalmente de 1 kHz a 500 kHz, que envolve a chapa de metal. A figura 1 mostra um diagrama esquemático de um aparelho de aquecimento por indução do tipo LF. A figura 2 ilustra uma corrente induzida circular gerada na seção transversal usando um aparelho de aquecimento por indução do tipo LF. Na figura 1, uma bobina de indução 2 conectada a um suprimento de potência em CA 3 envolve uma chapa de metal 1. Quando uma corrente primária 5 passa pela bobina de indução 2, um fluxo 4 penetra na chapa de metal 1 de modo a gerar uma corrente induzida em torno do fluxo 4. Na figura 2, uma corrente induzida 6 gerada na seção transversal da chapa de metal 1 flui em uma direção oposta para a corrente primária 5 que corre através das bobinas de indução 2 que se localizam acima e abaixo da chapa de metal 1, respectivamente. O outro tipo é um aparelho do tipo TF (do tipo Fluxo Transversal), no qual bobinas de indução com um núcleo se localizam acima e abaixo da chapa de metal, respectivamente. Quando um suprimento de potência em CA para as bobinas é ligado, um fluxo penetra a chapa de metal entre os núcleos no sentido da espessura da chapa de modo a gerar uma corrente induzida, levando ao aquecimento da chapa de metal.

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3/33 [004] No aquecimento do tipo TF, a corrente induzida se concentra sobre uma área de extremidade lateral da chapa de metal e ao mesmo tempo a densidade de corrente nas proximidades da área de extremidade é baixada, o que facilmente provoca uma distribuição de temperatura não uniforme em um sentido lateral após o aquecimento. Em particular, torna-se mais difícil se prover um aquecimento uniforme quando a relação posicional entre o núcleo da bobina de indução e a chapa de metal muda ao se mudar uma largura da chapa de metal ou por meio de um arrasto da chapa de metal. Na técnica anterior, foi proposta uma tecnologia que utiliza uma bobina em forma de losango de modo que o fluxo possa sempre penetrar sobre toda a largura da chapa ao inclinar a bobina em forma de losango quando a largura da chapa de metal muda. No entanto, tendo em vista que esta tecnologia utiliza um fluxo de dispersão da bobina de indução, é necessário que a chapa de metal e a bobina de indução fiquem também próximas uma da outra. Além disso, a instalação de um mecanismo de rotação sobre o aparelho de aquecimento de indução no qual é suprida uma quantidade de corrente aumenta a dificuldade na execução da tecnologia em escala industrial.

[005] O aquecimento do tipo LF é um método para aquecer uma chapa de metal envolvida por uma bobina de indução, o que pode garantir que seja gerada uma corrente induzida circular na chapa de metal de modo a aquecer a chapa. Uma corrente induzida que é gerada na seção transversal da chapa de metal de um tipo LF se concentra a uma profundidade d expressada na seguinte expressão:

d[mm]=5,03x10+^sx(p/mrf)^.0,⁵ (1) [006] na qual d é a profundidade de penetração de corrente induzida [mm], p é a resistência específica [Wm], mr é a permeabilidade magnética relativa, e f é a freqüência [Hz] para o aquecimento.

[007] A profundidade de penetração de corrente induzida aumenPetição 870170089512, de 21/11/2017, pág. 11/68

4/33 ta conforme a temperatura do metal aumenta, uma vez que a resistência específica aumenta quando a temperatura do metal aumenta. A permeabilidade magnética relativa do material ferromagnético ou do material paramagnético diminui conforme a temperatura se aproxima do ponto de Curie, e finalmente chega a 1 em uma temperatura acima do ponto de Curie. Isto significa que a profundidade de penetração de corrente induzida aumenta conforme a temperatura aumenta. Uma vez que a permeabilidade magnética relativa de um material não magnético é 1, a sua profundidade de penetração de corrente induzida é maior em comparação à profundidade de um material magnético.

[008] No aquecimento de indução do tipo LF, quando a profundidade de penetração de corrente induzida é grande e, mesmo assim, uma espessura da chapa de metal é fina, a corrente induzida gerada em uma porção superior do metal e a corrente induzida gerada em uma porção inferior do metal se cancelam entre si. Isto resulta em um aquecimento de baixa eficácia.

[009] Por exemplo, quando é usada uma freqüência de aquecimento de 10 kHz, a profundidade de penetração de corrente induzida à temperatura ambiente é de cerca de 1 mm com um alumínio de material não magnético, de cerca de 4,4 mm com um aço inoxidável 304 (SUS304) e de cerca de 0,2 mm com um aço de material magnético. A profundidade de penetração de corrente de aço a uma temperatura acima do ponto de Curie (de cerca de 750^oC) é de cerca de 5 mm. A maior parte das chapas de aço para automóveis e aparelhos elétricos domésticos, que são os principais produtos comerciais que usam chapas de metal, possui uma espessura não superior a 2 mm. Sendo assim, é geralmente difícil se aquecer tal chapa de metal com uma alta eficácia sem que as correntes induzidas nas porções superior e inferior da chapa de metal sejam anuladas conforme acima mencionado. Pode-se pensar em aumentar a freqüência da CA suprida para o aparePetição 870170089512, de 21/11/2017, pág. 12/68

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Iho de aquecimento por indução do tipo LF para várias centenas de kHz a fim de tornar mais superficial a profundidade da penetração de corrente induzida, de modo que a anulação das correntes induzidas possa ser evitado; no entanto, não é muito prático se usar uma grande fonte de potência de corrente com tal alta freqüência em uma escala industrial.

[0010] Foi proposto se usar um aparelho de aquecimento por indução que utiliza uma bobina de indução que envolve uma chapa de metal, capaz de aquecer uma chapa de metal com alta eficácia mesmo que a chapa de metal esteja em uma alta temperatura e/ou seja uma chapa fina de metal. Em tal aparelho de aquecimento por indução, uma bobina de indução localizada acima da chapa de metal (a bobina de indução superior) e uma outra bobina de indução localizada abaixo da chapa de metal (a bobina de indução inferior) são dispostas paralelas uma à outra, de modo a ficarem definidas em posições diferentes em um sentido longitudinal da chapa de metal. Em outras palavras, duas imagens projetadas da bobina de indução superior e da bobina de indução inferior, que são respectivamente formadas por meio da projeção vertical das duas bobinas de indução sobre a chapa de metal, ficam paralelas entre si e em uma posição diferente do sentido longitudinal da chapa de metal.

[0011] A figura 3 é um diagrama esquemático do aparelho de aquecimento por indução acima mencionado no qual uma bobina de indução 2a localizada acima da chapa de metal 1 (a bobina de indução superior) e uma outra bobina de indução 2b localizada abaixo da chapa de metal 1 (bobina de indução inferior) são dispostas paralelas uma à outra e em uma posição diferente no sentido longitudinal da chapa de metal. Os numerais de referência 7 e 8 representam um elemento condutivo e um suprimento de potência em CA 8, respectivamente. As figuras 4A e 4B mostram o fluxo da corrente induzida na chapa de mePetição 870170089512, de 21/11/2017, pág. 13/68

6/33 tal 1 quando a bobina de indução superior e a bobina de indução inferior são dispostas em uma posição diferente no sentido longitudinal da chapa de metal. A figura 4A é um diagrama esquemático que ilustra o estado da corrente induzida vista de cima da chapa de metal. A figura 4B é uma vista em seção transversal tomada na linha 4B-4B da figura 4A. O numeral de referência 10 da figura 4A representa o fluxo da corrente induzida. Quando a bobina de indução superior e a bobina de indução inferior são dispostas de modo a ficarem definidas em uma posição diferente no sentido longitudinal da chapa de metal, o percurso superior e o percurso inferior da corrente induzida gerada na chapa de metal são também dispostos de modo a ficarem definidos respectivamente em posições diferentes no sentido longitudinal da chapa de metal. Sendo assim, é possível aquecer a chapa de metal com alta eficiência sem a anulação das correntes induzidas nas porções superior e inferior da chapa de metal embora a profundidade de penetração de corrente seja grande, mesmo quando a temperatura da chapa de metal é alta e/ou a chapa de metal é fina.

[0012] No entanto, no uso de tal aparelho de aquecimento por indução quando as bobinas de indução superior e inferior são definidas em posições diferentes no sentido longitudinal da chapa de metal, uma área de borda da chapa de metal no sentido da largura pode se superaquecer em comparação a uma área central da chapa de metal no sentido da largura. Isto pode resultar em uma distribuição de temperatura não uniforme como uma temperatura de acabamento no sentido transversal da chapa de metal.

[0013] Este fenômeno ocorre porque a largura do percurso de corrente induzida na área de borda da chapa de metal (correspondente à referência numérica d2 na figura 4a), na qual a corrente flui de uma porção superior para uma porção inferior na chapa de metal, é mais estreita que o percurso de corrente induzida nas porções superior e

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7/33 inferior da chapa de metal (correspondente à referência numérica d1 na figura 4A). Sendo assim, a densidade de corrente na área de borda da chapa de metal é maior que a densidade de corrente na área central. Um motivo para o estreitamento do percurso de corrente na área de borda é porque a corrente que flui na área de borda deve ser mudada no sentido da borda, de modo que a indutância entre a corrente induzida que flui na área de borda no sentido da espessura da chapa de metal e a corrente primária que flui através da bobina de indução disposta próxima da borda da chapa de metal no sentido da espessura da chapa de metal pode ser diminuída. Um outro motivo para o superaquecimento da área de borda é que o tempo de aquecimento na área de borda da chapa de metal (definida como d3/(a velocidade de passagem da chapa de metal), quando d3 é definido de acordo com a figura 4A) é maior que o tempo de aquecimento na área central (definida como d1/(a velocidade de passagem da chapa de metal), quando d1 é definido de acordo com a figura 4a).

[0014] No uso de tal aparelho de aquecimento de indução no qual as bobinas de indução superior e inferior são definidas em posições diferentes em um sentido longitudinal da chapa de metal, quando a temperatura na área de borda é menor que a da área central da chapa de metal antes de começar o aquecimento por indução, a não uniformidade na distribuição de temperatura pode ser reduzida após o aquecimento por indução. No entanto, quando a distribuição de temperatura é uniforme ou a temperatura da área de borda é maior que a da área central em função de um processo anterior, uma distribuição de temperatura não uniforme no sentido da largura será obtida após o aquecimento por indução.

[0015] A patente US-A-3031555 descreve um aparelho de aquecimento por indução do tipo LF explicado acima. A patente US-A-4751360 descreve um aparelho de aquecimento por indução do tipo TF explicaPetição 870170089512, de 21/11/2017, pág. 15/68

8/33 do acima.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0016] Um objetivo da presente invenção é solucionar alguns ou todos os problemas do aparelho de aquecimento por indução convencional acima mencionado. Uma modalidade da presente invenção é capaz de aquecer uma chapa de metal com alta eficiência, mesmo que a temperatura da chapa de metal esteja acima do ponto de Curie, que a chapa de metal seja fina e/ou que a chapa de metal seja feita de um metal não ferroso, não magnético, com uma baixa resistência específica, como, por exemplo, um alumínio ou cobre.

[0017] Uma modalidade da presente invenção é capaz de prover uma chapa de metal com uma distribuição de temperatura mais uniforme no sentido de largura, independente da distribuição de temperatura provida por um processo anterior. Uma modalidade da presente invenção pode facilitar a realização da desejada distribuição de temperatura, mesmo quando a largura da chapa de metal a ser aquecida é alterada, sem preparar uma pluralidade de bobinas de indução no sentido de atender a mudança de largura da chapa de metal. Uma modalidade da presente invenção pode também aperfeiçoar uma distribuição de temperatura não uniforme provocada pelo arrasto da chapa de metal. Uma outra modalidade da presente invenção provê uma tecnologia que apresenta uma grande flexibilidade na distância entre as bobinas de indução superior e inferior, na largura das bobinas de indução e no valor de liberação de calor no sentido longitudinal de uma chapa de metal.

[0018] O objetivo acima da presente invenção pode ser alcançado por meio de um aparelho de aquecimento por indução para aquecer uma chapa de metal móvel, compreendendo uma bobina de indução para envolver a chapa de metal, a bobina de indução incluindo uma porção superior a ser localizada acima da chapa de metal e uma porPetição 870170089512, de 21/11/2017, pág. 16/68

9/33 ção inferior a ser localizada abaixo da chapa de metal, as porções superior e inferior da bobina de indução sendo espaçadas entre si em um sentido longitudinal da chapa de metal pelo menos em uma posição em um sentido transversal da chapa de metal, na qual a distância no sentido longitudinal da chapa de metal entre a porção superior e a porção inferior varia através de um sentido transversal da chapa de metal, sendo que a porção da bobina de indução, em que as porções superior e inferior da bobina de indução se sobrepõem, está situada na borda ou fora da chapa de metal na direção transversal da chapa de metal.

[0019] Na presente invenção, o significado de uma chapa de metal móvel não se limita a uma chapa de metal móvel em uma direção, incluindo, ainda, um movimento alternativo da chapa de metal.

[0020] Na presente invenção, uma bobina de indução é um termo coletivo que inclui uma bobina formada por um tubo, um fio, uma chapa ou similares de um material condutivo elétrico que circunda uma chapa de metal em uma única espira ou mais. Além disso, o envolvimento da chapa de metal não se limita a uma forma específica, como, por exemplo, circular ou quadrada. Com relação aos materiais para o condutor elétrico, são preferíveis materiais não magnéticos e de baixa resistência, tais como, cobre, liga de cobre ou alumínio.

[0021] Com relação à chapa de metal da presente invenção, podem ser usados materiais magnéticos, como, por exemplo, aço, materiais não magnéticos, como, por exemplo, alumínio ou cobre e aço em um estado não magnético, a uma temperatura acima do ponto de Curie.

[0022] Na presente invenção, o sentido transversal da chapa de metal significa uma direção perpendicular a uma direção de passagem da chapa de metal, e o sentido longitudinal da chapa de metal significa a direção de passagem da chapa de metal.

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10/33 [0023] Na presente invenção, uma borda da chapa de metal é uma extremidade da chapa de metal em um sentido transversal. Uma área de borda da chapa de metal é a superfície superior (de topo) ou inferior (de fundo) da chapa de metal próxima ou na proximidade da borda da chapa de metal.

[0024] Na presente invenção, a largura de uma bobina de indução significa uma largura da bobina de indução no sentido longitudinal da chapa de metal.

[0025] Na presente invenção, uma distância no sentido longitudinal entre a bobina de indução localizada acima da chapa de metal e a bobina de indução localizada abaixo da chapa de metal é definida como uma distância entre as duas imagens projetadas da bobina de indução localizada acima e localizada abaixo da chapa de metal, respectivamente formadas por meio da projeção vertical de cada bobina de indução sobre a chapa de metal.

[0026] A figura 5 é um diagrama esquemático da seção transversal de um aparelho de aquecimento por indução da presente invenção em um sentido longitudinal de uma chapa de metal a ser aquecida. O numeral de referência 1 representa uma vista em seção transversal de uma chapa de metal estendida em seu sentido longitudinal, o numeral de referência 2 representa uma vista em seção transversal de uma bobina de indução localizada acima da chapa de metal 1, o numeral de referência 2b representa uma vista em seção transversal de uma bobina de indução localizada abaixo da chapa de metal 1, o numeral de referência 30a representa uma imagem projetada verticalmente da bobina de indução localizada acima da chapa de metal 1, e o numeral de referência 30b representa uma imagem projetada verticalmente da bobina de indução localizada abaixo da chapa de metal 1.

[0027] Doravante, uma bobina de indução localizada acima da chapa de metal pode ser referida como uma porção superior da boPetição 870170089512, de 21/11/2017, pág. 18/68

11/33 bina de indução ou simplesmente uma bobina de indução superior, e uma bobina de indução localizada abaixo da chapa de metal pode ser referida como uma porção inferior da bobina de indução ou simplesmente uma bobina de indução inferior.

[0028] Uma distância no sentido longitudinal entre as bobinas de indução superior e inferior é definida como L na figura 5.

[0029] No caso em que uma largura da bobina de indução superior e uma largura da bobina de indução inferior são diferentes, um ponto de partida a fim de determinar a distância L é uma borda (extremidade) da imagem projetada verticalmente da bobina de indução mais larga.

[0030] Outros objetivos de aplicabilidade da presente invenção tornar-se-ão aparentes a partir da descrição detalhada oferecida a seguir. No entanto, deve-se entender que a descrição detalhada e os exemplos específicos, embora indiquem as modalidades preferidas da presente invenção, são dados tão somente à guisa de ilustração, uma vez que várias mudanças e modificações dentro escopo da presente invenção ficarão aparentes aos versados na técnica a partir da presente descrição detalhada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0031] A presente invenção será entendida de uma forma mais completa a partir da descrição detalhada feita abaixo e dos desenhos em anexo, os quais são apresentados tão-somente à guisa de ilustração, e, portanto, não são limitativos da presente invenção, e nos quais: [0032] Figura 1 ilustra um diagrama esquemático de um aparelho de aquecimento por indução do tipo LF de acordo com a técnica anterior;

[0033] Figura 2 ilustra uma corrente induzida circular gerada na seção transversal da chapa de metal da figura 1;

[0034] Figura 3 é um diagrama esquemático de um aparelho de

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12/33 aquecimento por indução de acordo com a técnica anterior;

[0035] Figura 4A é um diagrama esquemático ilustrando o estado de um fluxo de corrente induzido em uma chapa de metal vista de cima da chapa de metal;

[0036] Figura 4B é uma vista em seção transversal tomada ao longo da linha 4B-4B da figura 4A;

[0037] Figura 5 é um diagrama explicativo que define a distância entre as bobinas de indução superior e inferior na presente invenção; [0038] Figura 6 é um diagrama esquemático de uma modalidade da presente invenção;

[0039] Figura 7 é um diagrama esquemático da vista em seção transversal tomada ao longo da linha 7-7 da figura 6;

[0040] Figura 8 é um diagrama esquemático ilustrando o estado do fluxo de corrente induzida na chapa de metal da figura 6 visto de cima da chapa de metal;

[0041] Figura 9 é um diagrama esquemático de uma modalidade da presente invenção;

[0042] Figura 10 é um diagrama esquemático de uma modalidade da presente invenção;

[0043] Figura 11 é um diagrama esquemático de uma modalidade da presente invenção;

[0044] Figura 12 é um diagrama esquemático de uma modalidade da presente invenção;

[0045] Figura 13 é um diagrama esquemático de uma modalidade da presente invenção;

[0046] Figura 14 é um diagrama esquemático de uma modalidade da presente invenção;

[0047] Figura 15 é um diagrama esquemático de uma modalidade da presente invenção;

[0048] Figura 16 é uma vista em seção transversal esquemática

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13/33 da figura 15;

[0049] Figura 17 é um diagrama esquemático de uma modalidade da presente invenção;

[0050] Figura 18 é um diagrama esquemático de uma vista em seção transversal tomada ao longo da linha 22-22 da figura 17;

[0051] Figura 19 é um diagrama esquemático de uma vista em seção transversal tomada ao longo da linha 23-23 da figura 17;

[0052] Figura 20 é um diagrama esquemático de uma modalidade da presente invenção;

[0053] Figura 21 é um diagrama esquemático de uma vista em seção transversal tomada ao longo da linha 25-25 da figura 20;

[0054] Figura 22 é um diagrama esquemático de uma vista em seção transversal tomada ao longo da linha 26-26 da figura 20;

[0055] Figura 23 é um diagrama esquemático de uma modalidade da presente invenção; e [0056] Figura 24 é um diagrama esquemático de uma modalidade da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS [0057] A presente invenção será descrita a seguir com referência aos desenhos em anexo. Todos os desenhos ilustram uma única espira da bobina de indução que envolve uma chapa de metal. No entanto, o número de espiras da bobina de indução na presente invenção não se limita a um número específico.

[0058] A figura 6 é um diagrama esquemático de uma vista em planta de um exemplo de um aparelho de aquecimento por indução da presente invenção. A figura 7 é um diagrama esquemático de uma vista em seção transversal tomada ao longo da linha 7-7 da figura 6. Na presente invenção, uma bobina de indução localizada acima da chapa de metal e uma outra bobina de indução localizada abaixo da chapa de metal se localizam de modo a ficarem distantes uma da outra no

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14/33 sentido longitudinal da chapa de metal pelo menos em uma posição no sentido transversal da chapa de metal. A distância entre a bobina de indução superior e a bobina de indução inferior distantes uma da outra no sentido longitudinal é definida como a distância entre as duas imagens projetadas da bobina de indução superior e da bobina de indução inferior, as quais são respectivamente formadas por meio da projeção vertical de cada bobina de indução sobre a chapa de metal. A distância entre as bobinas superior e inferior pode variar em diferentes posições no sentido transversal pelo menos uma porção no sentido longitudinal. Na figura 6, uma bobina de indução superior 2a e uma bobina de indução inferior 2b possuem formas curvadas específicas de modo que a distância entre as bobinas de indução superior e inferior pode ser menor na área de borda do que em uma área central no sentido transversal. O numeral de referência 7 representa um elemento condutivo, 8 representa um suprimento de potência em CA e 9 representa uma bobina de indução localizada próxima à borda (extremidade) da chapa de metal. Além disso, o símbolo de referência X representa uma largura da bobina de indução no sentido longitudinal da chapa de metal em uma área central no sentido transversal da chapa de metal e o símbolo de referência L representa a distância entre as bobinas de indução superior e inferior na área central.

[0059] Quando a bobina de indução superior e a bobina de indução inferior se localizam de modo a ficarem distantes uma da outra no sentido longitudinal da chapa de metal, em particular na área central mostrada na figura 6, os percursos superior e inferior da corrente induzida circular gerados na chapa de metal são também dispostos de modo a ficarem distantes entre si no sentido longitudinal da chapa de metal. Sendo assim, é possível aquecer a chapa de metal com alta eficiência sem a anulação das correntes induzidas nas porções superior e inferior da chapa de metal embora a profundidade de penetração

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15/33 de corrente induzida seja grande, mesmo quando a temperatura da chapa de metal é alta e/ou a chapa de metal é fina.

[0060] A distância máxima entre as bobinas de indução superior e inferior (na figura 6, correspondendo à distância L na área central) pode ser determinada com base no material da chapa de metal, na temperatura da chapa de metal, na largura da borda de indução e na largura da chapa de metal. A fim de efetivamente aquecer a chapa de metal depois da laminação a frio em uma região não magnética a uma temperatura acima do ponto de Curie, é preferível definir a distância L em 0,2 a 6 vezes a largura da bobina de indução, e, mais preferível, definir a distância de 0,6 a 4 vezes, considerando a largura da chapa de metal, a largura da bobina de indução e a velocidade de passagem da chapa de metal. Quando a distância fica menor que 0,2 vez a largura da bobina de indução, dá-se a anulação das correntes induzidas nas porções superior e inferior da chapa de metal, o que impede um aquecimento efetivo. Quando a distância é maior que 6 vezes a largura da bobina de indução, torna-se difícil reduzir a densidade de corrente na área de borda da chapa de metal e o tempo de aquecimento aumenta, resultando em um aumento de temperatura na área de borda. Além disso, a reatância também fica grande, o que requer um suprimento de potência em alta tensão, o que é difícil de se obter em uma escala industrial. Em seguida, quando uma largura da bobina de indução superior e uma largura da bobina de indução inferior são diferentes, a largura (no sentido longitudinal da chapa de metal), a menos que de outra forma definido, representa a largura maior da borda de indução.

[0061] Quando uma distância apropriada é definida na área central no sentido transversal da chapa de metal, a área central da chapa de metal pode ser efetivamente aquecida. No entanto, se a mesma distância for definida na área de borda da chapa de metal, a área de borPetição 870170089512, de 21/11/2017, pág. 23/68

16/33 da da chapa de metal se superaquece, conforme previamente mencionado, formando uma distribuição de temperatura não uniforme no sentido transversal da chapa de metal.

[0062] No exemplo mostrado na figura 6, a distância na área de borda da chapa de metal é menor que a distância da área central, de modo que o superaquecimento da área de borda possa ser efetivamente restringido. O superaquecimento da área de borda é restringido, uma vez que o cancelamento da distância menor das correntes induzidas nas porções superior e inferior da chapa de metal se torna proeminente, o que resulta em um aquecimento reduzido na área de borda. Além disso, o tempo de aquecimento é simplesmente diminuído, o que também leva a uma divergência térmica reduzida, uma vez que a divergência térmica pelo aparelho de aquecimento por indução é proporcional ao quadrado da densidade de corrente e ao tempo de aquecimento.

[0063] Na figura 6, uma bobina de indução superior e uma bobina de indução inferior possuem porções curvadas específicas, nas quais as bobinas de indução se estendem obliquamente através da chapa de metal com relação ao sentido transversal. Esta obliqüidade é também um dos motivos porque o superaquecimento da chapa de metal na área de borda é evitado.

[0064] A figura 8 é um diagrama esquemático ilustrando o estado do fluxo de corrente induzida na chapa de metal da figura 6 vista de cima da chapa de metal. Uma corrente induzida 10 sobre os lados superior e inferior da chapa de metal flui no sentido oposto a uma corrente primária através da bobina de indução na qual uma largura da corrente induzida é quase igual a uma largura de uma imagem projetada da bobina de indução.

[0065] A corrente induzida que passa próxima à borda da chapa de metal tende a seguir um percurso de fluxo mais próximo da área

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17/33 central da chapa de metal de modo que a indutância entre a corrente induzida e a corrente primária que corre através da bobina de indução localizada na borda da chapa de metal possa ser reduzida. Em outras palavras, a corrente induzida superior pela bobina de indução superior e a corrente induzida inferior induzida pela bobina de indução inferior tendem a se conectar uma à outra ao longo do percurso menor. Isto provê uma passagem relativamente mais larga do fluxo de corrente induzida próxima à borda da chapa de metal a fim de limitar o aumento da densidade de corrente próxima à borda. Deste modo, quando as bobinas de indução superior e inferior possuem uma porção que se estende no sentido oblíquo ao sentido transversal na área de borda, o superaquecimento da área de borda pode ser efetivamente limitado com relação a uma bobina de indução sem tal porção oblíqua.

[0066] Enquanto a manutenção da distância entre as bobinas de indução superior e inferior propicia um aquecimento eficiente à área central da chapa de metal, a distância relativamente menor e a disposição oblíqua da bobina de indução na área de borda da chapa de metal restringe o superaquecimento da área de borda. Como resultado, no exemplo da figura 6, ocorre um aquecimento uniforme no sentido transversal.

[0067] Uma distância ótima entre as bobinas de indução superior e inferior em diferentes posições no sentido transversal deve ser determinada depois de levar em consideração uma distribuição de temperatura preexistente da chapa de metal a ser aquecida. É possível se ter três padrões de distribuição de temperatura preexistentes representativos diferentes em uma chapa de metal, por exemplo, uma chapa de metal com uma distribuição plana da temperatura (a mesma temperatura na área central e na área de borda), uma chapa de metal com uma distribuição de temperatura ligeiramente menor na área de borda com relação à área central, ou uma chapa de metal com uma distribuiPetição 870170089512, de 21/11/2017, pág. 25/68

18/33 ção de temperatura ligeiramente maior na área de borda com relação à temperatura na área central.

[0068] Na presente invenção, uma parte superior da bobina de indução localizada acima da chapa de metal e uma parte inferior da bobina de indução localizada abaixo da chapa de metal são dispostas de modo a se localizar respectivamente em diferentes posições no sentido longitudinal da chapa de metal pelo menos em uma posição no sentido transversal da chapa de metal, em que a distância entre as diferentes posições varia no sentido transversal. A forma da bobina de indução não se limita àquela mostrada na figura 6. Por exemplo, a forma mostrada na figura 9, na qual um par de peças superior e inferior em forma de perna de cachorro da bobina de indução é colocado em um sentido inverso ou a forma mostrada na figura 10, na qual um par de peças superior e inferior em forma de arco da bobina de indução é colocado no sentido inverso pode ser usado na forma da bobina de indução. Várias outras configurações podem ser usadas como forma da bobina de indução. Por exemplo, a forma mostrada na figura 11 pode ser usada, na qual apenas uma bobina de indução superior é em forma de chapéu e a bobina de indução inferior é reta. Além disso, a forma mostrada na figura 12 pode ser usada, na qual um par de formas de perna de cachorro é colocado em um sentido inverso, mas as formas não são simétricas sobre uma linha de centro longitudinal da chapa de metal. Na figura 12, o numeral de referência 2a representa uma bobina de indução superior localizada acima de uma chapa de metal 1, o numeral de referência 2b representa uma bobina de indução inferior localizada abaixo da chapa de metal 1, e os numerais de referência 7, 8 e 9 representam um elemento condutivo, um suprimento de potência em CA e uma bobina de indução localizada próxima à borda da chapa de metal, respectivamente.

[0069] No exemplo mostrado na figura 13, a distância é menor na

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19/33 área central e a bobina de indução superior possui uma largura estreita na área central e uma porção oblíqua na área de borda. Os numerais de referência 7, 8 e 9 representam um elemento condutivo, um suprimento de potência em CA e uma bobina de indução localizada próxima da borda da chapa de metal, respectivamente. É conhecido que a divergência térmica por um aparelho de aquecimento por indução é proporcional ao quadrado da densidade de corrente e ao tempo de aquecimento. No exemplo da figura 13, a densidade de corrente na área central é maior que a densidade de corrente na área de borda, uma vez que a bobina de indução é estreita em largura na área central, o que leva a um aumento da divergência térmica na área central com relação à divergência térmica na área de borda.

[0070] Quando a chapa de metal a ser alimentada em um aparelho de aquecimento por indução tem uma distribuição de temperatura preexistente, na qual a temperatura da área de borda é ligeiramente maior que a da área central (a temperatura da área central é ligeiramente menor que a da área de borda), o aparelho da figura 13 pode ser de preferência usado para se obter uma chapa de metal com uma distribuição de temperatura mais uniforme após o aquecimento.

[0071] A figura 14 mostra um aparelho no qual uma bobina de indução superior 2a e uma bobina de indução inferior 2b possuem uma porção curvada respectivamente na área de borda, na qual cada uma das bobinas de indução se estira obliquamente através da chapa de metal com relação ao sentido transversal e a largura da bobina de indução é maior do que a da área central. Os numerais de referência 7, 8 e 9 representam um elemento condutivo, um suprimento de potência em CA e uma bobina de indução localizada próxima à borda da chapa de metal, respectivamente. Neste exemplo, a densidade de corrente na área central da chapa de metal é maior do que a da figura 6. Sendo assim, a divergência térmica na área central pode ser maior que na

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20/33 figura 6, uma vez que a divergência térmica é proporcional ao quadrado da densidade de corrente e ao tempo de aquecimento.

[0072] Para se obter uma divergência térmica necessária em uma operação prática do aparelho de aquecimento da presente invenção, é possível determinar a distância e/ou a largura da bobina de indução para cada posição no sentido transversal em avanço através de uma análise de campo eletromagnético. No entanto, em função de uma flutuação em um processo anterior, uma chapa de metal a ser alimentada no aparelho de aquecimento por indução da presente invenção pode ter uma variação de temperatura inicial. Sendo assim, a divergência térmica necessária pode não ser obtida mesmo que sejam adotadas a distância predeterminada e/ou a largura da bobina de indução.

[0073] Quando a distância entre as bobinas superior e inferior aumenta, a mesma ajuda a evitar a anulação das correntes induzidas na chapa de metal e o aumento no tempo de aquecimento, o que leva a um aumento da divergência térmica. Em uma outra modalidade da presente invenção, quando a distância é ajustável, é possível se obter uma temperatura desejada independentemente do estado de temperatura preexistente dado pelo processo anterior por meio do ajuste da distância à variação de temperatura do metal a ser alimentado.

[0074] A figura 15 mostra uma bobina de indução superior 2a e uma bobina de indução inferior 2b, cada uma das quais sendo montada de maneira deslizável sobre um par de trilhos de guia 11 fixados em um par de bases 12 que se estendem no sentido longitudinal da chapa de metal 1. A figura 16 é uma vista em seção transversal da figura 15. A bobina de indução pode ser movimentada por meios bem conhecidos (não mostrados na figura 15), como, por exemplo, por meio de um cilindro de ar, do cilindro hidráulico de um cilindro acionado a motor. Embora a figura 15 mostre que ambas as bobinas de indução superior e inferior são montadas de maneira móvel, é igualmente

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21/33 aceitável que apenas uma das bobinas superior ou inferior seja móvel. A base 12 e/ou o trilho 11 podem ser feitos de materiais de isolamento, tais como, cerâmica e/ou resinas, desde que os mesmos sejam colocados em um forte campo magnético nas proximidades da bobina de indução. Quando é usado um metal em algumas aplicações, é necessário que um metal não-magnético, por exemplo, aço inoxidável, bronze ou alumínio, seja usado. A base e o trilho devem se localizar tão distantes quanto possível da bobina de indução. Além disso, a base e o trilho devem ser resfriados à água de modo a impedir o aquecimento da corrente induzida. As bobinas de indução superior e inferior 2a, 2b são conectadas a um conector resfriado à água 9 por meio de um elemento condutivo móvel 13, como, por exemplo, um cabo resfriado à água. O numeral de referência 18 representa um terminal de conexão de uma chapa de cobre.

[0075] De acordo com alguns outros exemplos, a bobina de indução superior 2a e a bobina de indução inferior 2b da figura 15 são paralelas ao sentido transversal da área central e possuem uma porção curvada respectivamente na área de borda na qual cada uma das bobinas de indução se estira obliquamente através da chapa de metal com relação ao sentido transversal. Deste modo, a distância pode variar a diferentes posições no sentido transversal.

[0076] A divergência térmica é controlada por meio da mudança da quantidade de distância entre as bobinas de indução superior e inferior conforme apresentadas acima. Deste modo, por exemplo, a quantidade de distância pode ser modificada de acordo com a temperatura da chapa de metal medida por um termômetro localizado a montante do aparelho de aquecimento por indução.

[0077] Para se obter a divergência térmica necessária em cada posição no sentido transversal, é possível se determinar a distância e/ou a largura da bobina de indução para cada posição no sentido

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22/33 transversal em avanço através da análise do campo eletromagnético. No entanto, quando uma largura da chapa de metal é modificada de acordo com uma mudança de lote de fabricação, uma chapa de metal com distribuição uniforme de temperatura pode não ser obtida, mesmo que seja adotada uma quantidade acima predeterminada da distância para cada posição no sentido transversal da bobina de indução.

[0078] A figura 17 mostra uma outra modalidade para tornar a distância mutável para cada posição no sentido transversal, o que torna possível se obter uma distribuição uniforme de temperatura, mesmo quando acontece uma mudança na largura da chapa de metal a ser alimentada.

[0079] Na figura 17, uma bobina de indução superior inclui uma pluralidade de condutores de área de borda a-a' a i-i' e j-j' a r-r', cada um dos quais sendo isolados e independentes um do outro. Cada um dos condutores de área de borda a-a' a i-i' e j-j' a r-r' é seletivamente conectado a um condutor de conexão de área central 9b. A conexão selecionável pode ser feita usando-se um controlador de contato bem conhecido (não mostrado na figura 17), como, por exemplo, um elemento de contato eletromagnético, um cilindro de ar ou um cilindro acionado a motor.

[0080] Uma bobina de indução inferior inclui uma pluralidade de condutores de área de borda A-A' a I-I' e J-J' a R-R, cada um dos quais isolado e independente um do outro. Cada um dos condutores de área de borda A-A' a I-I' e J-J' a R-R' é seletivamente conectado a um condutor de conexão de área central 9f.

[0081] De acordo com outros exemplos, na modalidade da figura 17, existe uma distância entre a bobina de indução superior e a bobina de indução inferior no sentido longitudinal da chapa de metal em termos das imagens projetadas de ambas as bobinas. A distância entre as bobinas de indução superior e inferior pode variar em diferentes poPetição 870170089512, de 21/11/2017, pág. 30/68

23/33 sições no sentido transversal. As bobinas de indução superior e inferior são desenhadas de modo que a distância na área central da chapa de metal possa ser maior que a distância na área de borda da chapa de metal. Ambas as bobinas possuem uma porção curvada respectivamente na área de borda na qual cada uma das bobinas de indução se estira obliquamente através da chapa de metal com relação ao sentido transversal.

[0082] A figura 18 é uma vista em seção transversal tomada ao longo da linha 22-22 da figura 17. A figura 19 é uma vista em seção transversal tomada ao longo da linha 23-23 da figura 17.

[0083] Na modalidade mostrada na figura 17, a corrente que se afasta de um elemento condutivo 7 conectado a um suprimento de potência em CA 8 corre por um laço fechado das bobinas de indução, conforme mostrado abaixo. A corrente do condutor 7 corre, por sua vez, pelos condutores de conexão 9a, pelos condutores g-g' e h-h', pelo condutor de conexão de área central 9b, pelos condutores k-k' e II', pelo condutor de conexão 9c, pelo condutor de conexão 9d, pelo condutor de conexão 9e, (entra na região de bobina de indução inferior), através dos condutores K-K' e L-L', pelo condutor de conexão central 9f, pelos condutores G-G' e H-H', pelo condutor de conexão 9g, pelo elemento condutivo 7, e, em seguida, novamente para o suprimento de potência em CA. Os condutores e os condutores de conexão devem ser feitos de um excelente material condutivo, como, por exemplo, cobre.

[0084] A figura 20 é uma vista em planta de um aparelho de aquecimento por indução no qual uma chapa de metal mais larga é manipulada.

[0085] A figura 21 é uma vista em seção transversal tomada ao longo da linha 25-25 da figura 20.

[0086] A figura 22 é uma vista em seção transversal tomada ao

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24/33 longo da linha 26-26 da figura 20.

[0087] Em comparação ao caso mostrado na figura 17, os condutores energizados são modificados de g-g' e h-h' para a-a' e b-b' de kk' e I-I' para q-q' e r-r' (com a bobina de indução superior); de K-K' e LL' para Q-Q' e R-R', e de G-G' e H-H' para A-A' e B-B' (com a bobina de indução inferior). Uma conexão selecionável para mudar o condutor para energizado pode ser feita usando-se um controlador de contato bem conhecido, como, por exemplo, um elemento de contato eletromagnético, um cilindro de ar ou um cilindro acionado a motor.

[0088] Sendo assim, mesmo quando a largura da chapa de metal a ser aquecida muda de mais estreita para mais larga (do caso mostrado na figura 17 para o caso mostrado na figura 20), a distância pode ainda ser mantida igual a antes tanto na área central como na área de borda por meio da seleção de um condutor apropriado a ser energizado de acordo com a largura da nova chapa de metal. Isto torna possível a eliminação de problemas causados pela mudança de largura com relação à temperatura e à distância de temperatura da chapa de metal após aquecimento.

[0089] O aparelho de aquecimento por indução da presente invenção pode ser usado isoladamente, como um processo definido antes/após um preaquecimento de um forno de um tipo de aquecimento indireto ou como um processo combinado em séries com um aparelho de aquecimento do tipo LF (fluxo longitudinal) convencional de modo a impedir a interferência entre as bobinas de indução. O aparelho de aquecimento por indução da presente invenção pode ser usado com alta eficiência no aquecimento de uma chapa de metal mesmo na região de uma grande profundidade de penetração de corrente induzida a uma temperatura acima do ponto de Curie, uma vez que a bobina de indução superior e a bobina de indução inferior se localizam a uma distância uma da outra no sentido longitudinal da chapa de metal (existe

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25/33 uma distância entre as bobinas de indução superior e inferior em termos das imagens projetadas de ambas as bobinas). Tendo em vista o acima apresentado, o aparelho de aquecimento por indução da presente invenção pode ser usado mais preferivelmente em uma chapa de metal tendo uma temperatura acima do ponto de Curie, enquanto um forno de aquecimento indireto de baixo custo pode ser usado em uma chapa de metal tendo uma temperatura suficientemente menor que a do ponto de Curie.

MODALIDADE 1:

[0090] Um teste de aquecimento da presente invenção foi realizado com uma chapa de metal feita de uma chapa de aço SUS304 não magnética (espessura: 0,2 mm, largura: 600 mm). O teste será descrito com referência às figuras 23A e 23B. O suprimento de potência em CA (não mostrado) foi de 25 kHz, 100kW, e um capacitor que apresenta uma capacidade de se adequar à bobina de indução a ser usada. A bobina de indução usada foi uma bobina de indução de uma única espira (que envolve a chapa de aço a ser aquecida). Uma chapa de cobre resfriada à água foi construída de uma chapa de cobre tendo uma espessura de 5 mm e uma largura de 100 mm (diferente da largura definida para a presente invenção). Um tubo de cobre de resfriamento à água (de um diâmetro externo de 10 mm, e diâmetro interno de 8 mm) foi fixado à chapa de cobre sobre um lado (o lado externo) oposto à chapa de aço por meio de solda forte. Neste exemplo, a bobina de indução incluiu tanto uma chapa de cobre como um tubo de cobre de resfriamento à água, uma vez que a corrente elétrica também corre através do tubo de cobre. Uma abertura entre a chapa de aço a ser aquecida e a bobina de indução era de 50 mm. A distância entre a bobina de indução superior localizada acima da chapa de aço e uma bobina de indução inferior localizada abaixo da chapa de aço no sentido longitudinal da chapa de aço era de 200 mm na área central da

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26/33 chapa de aço no sentido transversal (isto é, uma distância máxima era de 200 mm).

[0091] A distância na área de borda da chapa de aço é ajustável ao mudar o ângulo oblíquo da bobina de indução na área de borda. Em termos mais específicos, conforme mostrado nas figuras 23A a 23D, a bobina de indução é construída de uma porção lateral esquerda, uma porção lateral direita e de uma chapa de cobre de conexão no meio a fim de conectar as porções esquerda e direita. A bobina de indução é fixada de maneira ajustável ao ângulo a uma placa de resina sintética (uma placa de baquelita) da base de suporte de bobina de indução através da chapa de cobre de conexão. Furos de ajuste ao ângulo são formados em posições predeterminadas na chapa de cobre resfriada à água (a bobina de indução) de modo a fixar as porções esquerda e direita juntamente com a chapa de cobre de conexão.

[0092] A figura 23A mostra o Exemplo A da presente invenção, no qual ambas as bobinas de indução são ajustadas com um ângulo de 5 graus a uma linha de borda da placa de baquelita (o ângulo entre a bobina de indução e o sentido transversal da chapa de aço a ser aquecida (o ângulo oblíquo) é de 5 graus). A figura 23B mostra o Exemplo B da presente invenção, no qual ambas as bobinas de indução são ajustadas com um ângulo de 10 graus à linha de borda da placa de baquelita (o ângulo entre a bobina de indução e o sentido transversal da chapa de aço a ser aquecida (o ângulo oblíquo) é de 10 graus). A figura 23C mostra o Exemplo C da presente invenção, no qual ambas as bobinas de indução são ajustadas com um ângulo de 15 graus à linha de borda da placa de baquelita (o ângulo entre a bobina de indução e o sentido transversal da chapa de aço a ser aquecida (o ângulo oblíquo) é de 15 graus). A figura 23D mostra o Exemplo D da presente invenção, no qual ambas as bobinas de indução são ajustadas com um ângulo de 20 graus à linha de borda da placa de

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27/33 baquelita (o ângulo entre a bobina de indução e o sentido transversal da chapa de aço a ser aquecida (o ângulo oblíquo) é de 20 graus). Em todos os casos acima, a velocidade de passagem da chapa de aço é 2 m/min.

[0093] A chapa de aço é aquecida pelo aparelho de aquecimento por indução, embora a distância na área de borda conforme descrito acima seja modificada, e a temperatura da chapa de aço tanto na área central como na área de borda (uma posição de 50 mm distante da borda da chapa de aço) foi medida na saída do aparelho de aquecimento por indução usando um termômetro infravermelho bidimensional para calcular um valor de {(a temperatura na área de borda) - (a temperatura na área central)}. Os resultados são mostrados na Tabela 1 abaixo.

TABELA 1

	Ângulo entre a bobina de indução e o sentido transversal da chapa de aço (ângulo oblíquo)	(temperatura na área de borda) (temperatura na área central)
Figura 23A	5 graus	220°C
Figura 23B	10 graus	30°C
Figura 23C	15 graus	2°C
Figura 23D	20 graus	-40°C

[0094] Pode-se observar, a partir dos resultados acima, que as temperaturas da área de borda e da área central podem mudar (a distribuição de temperatura pode ser alterada) ao se modificar a distância entre a bobina de indução superior e a bobina de indução inferior na área de borda. Na figura 23C, quando o ângulo entre a bobina de indução e o sentido transversal da chapa de aço for de 15 graus, as temperaturas na área central e na área de borda são praticamente iguais (uma distribuição uniforme da temperatura).

[0095] Na figura 23D, quando o ângulo entre a bobina de indução e o sentido transversal da chapa de aço é de 20 graus, o aquecimento na área de borda é menor. O uso desta condição é adequada para o

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28/33 tratamento de uma chapa de metal tendo uma distribuição de temperatura preexistente provida por um processo anterior no qual a temperatura na área de borda é maior que a da área central.

MODALIDADE 2:

[0096] Um teste de aquecimento da presente invenção foi igualmente realizado com relação a uma chapa de aço laminada fria (espessura: 0,6 mm, largura: 600 mm). O suprimento de potência em CA (não mostrado) foi de 50kHz, 200kW, e um capacitor que apresenta uma capacidade de se adequar à bobina de indução a ser usada. A velocidade de passagem da chapa de aço foi de 2 m/min.

[0097] Uma bobina de indução mostrada na figura 21 foi usada para o teste, no qual o suprimento de potência em CA e a conexão ao suprimento de potência não são mostrados. Na figura 21, uma bobina de indução superior inclui uma pluralidade de condutores de bobina de indução A-J, cada um dos quais sendo feitos de uma chapa de cobre resfriada à água (espessura: 10 mm, largura: 50 mm), isolados e independentes um do outro e colocados obliquamente ao sentido transversal da chapa de aço a ser aquecida (referidos como os condutores de bobina de indução oblíquos A-J). De maneira similar, uma bobina de indução inferior inclui uma pluralidade de condutores de bobina de indução K-T. Cada um dos condutores de bobina de indução A-J da bobina de indução superior pode ser (seletivamente) conectado aos condutores de bobina de indução U, V, W, X, Y, Z, A', B', C', cada um dos quais sendo também feito de uma chapa de cobre resfriada à água (largura: 50 mm, espessura: 10 mm) e colocado paralelo ao sentido transversal da chapa de aço a ser aquecida (referido como os condutores de bobina de indução de sentido paralelo para transversal). Os condutores de bobina de indução de sentido paralelo para transversal U-C' são localizados mais próximos da chapa de aço a ser aquecida com relação aos condutores oblíquos (isto é, os localizados abaixo dos

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29/33 condutores de bobina de indução oblíquos A-J) e a conexão elétrica entre quaisquer dos condutores U-C' e qualquer um dos condutores AJ é feito por meio da inserção de uma chapa de cobre de conexão entre a combinação selecionada de condutores. Ou seja, o lugar onde a chapa de cobre de conexão é inserida seleciona os condutores a serem energizados. Uma chapa de baquelita é inserida entre os outros condutores não selecionados e presa com um parafuso isolado. Da mesma maneira, cada um dos condutores de bobina de indução K-T da bobina de indução inferior pode ser (seletivamente) conectado aos condutores de bobina de indução D', E', F', G', H', I', J', K', L', cada um dos quais sendo também feito de uma chapa de cobre resfriada à água (largura: 50 mm, espessura: 10 mm) e colocado paralelo ao sentido transversal da chapa de aço a ser aquecida.

[0098] A temperatura da chapa de aço tanto na área central como na área de borda (em uma posição 50 mm distante da borda da chapa de aço) foi medida na saída das bobinas de indução usando um termômetro infravermelho.

[0099] Os resultados são mostrados na Tabela 2, na qual as combinações dos condutores de bobina de indução selecionados e a diferença resultante entre as temperaturas na área de borda e a área central, isto é, (a temperatura na área de borda) - (a temperatura na área central) são também mostradas. A bobina de indução superior e a bobina de indução inferior ficam distantes uma da outra no sentido longitudinal da chapa de metal. Sendo assim, o aquecimento em uma região não-magnética de 750^o C ou mais pode ser realizado.

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TABELA 2

	Condutores de bobina de indução oblíquos selecionados	Condutores de bobina de indução de sentido paralelo para transversal selecionados	(temperatura na área de borda) - (temperatura na área central)
da bobina de indução superior	da bobina de indução inferior	da bobina de indução superior	da bobina de indução inferior
Exemplo F	DEFJ	NOPQ	VWXYA’B’	J’K’E’F’H’I’	4°C
Exemplo G	CDGH	MNQR	VWXYA’B’	J’K’E’F’H’I’	18°C
Exemplo H	ABIJ	KLST	VWXYA’B’	J’K’E’F’H’I’	75°C
Exemplo I	CDEFGH	MNOPQR	VWXYA’B’	J’K’E’F’H’I’	6°C
Exemplo J	CDEFGH	MNOPQR	UVWXYZA’B’C’	D’E’F’G’H’I’J’K’L’	10°C
Exemplo K	CH	MR	UVWXYZA’B’C’	D’E’F’G’H’I’J’K’L’	50°C
Exemplo L	EF	OP	XWA	F’J’I’	-6°C

30/33

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31/33 [00100] No Exemplo F, dois condutores de bobina de indução de sentido paralelo para transversal e dois condutores de bobina de indução oblíquos são selecionados tanto com relação às bobinas de indução superior e inferior, em que os condutores oblíquos superior e inferior se intersectam (em termos das imagens projetadas) em uma posição dentro da largura da chapa de aço. No Exemplo G, de maneira similar ao Exemplo F, dois condutores de bobina de indução no sentido paralelo para transversal e dois condutores de bobina de indução oblíquos são selecionados. No entanto, os condutores oblíquos superior e inferior se intersectam (em termos das imagens projetadas) sobre (nas proximidades) da borda da chapa de aço. No Exemplo H, de maneira similar aos Exemplos F e G, dois condutores de bobina de indução no sentido paralelo para transversal e dois condutores de bobina de indução oblíquos são selecionados. No entanto, os condutores oblíquos superior e inferior se intersectam (em termos das imagens projetadas) fora da borda da chapa de aço. Nos Exemplos F, G e H, a seleção dos condutores é feita de modo que a distância entre as bobinas superior e inferior da área de borda da chapa de aço fique maior de F a H.

[00101] Como se pode entender a partir dos dados (a temperatura da área de borda) - (a temperatura na área central) da Tabela 2, a distribuição de temperatura no sentido transversal é mais uniforme no Exemplo F (onde os condutores oblíquos superior e inferior se intersectam na posição da largura da chapa de aço) do que no Exemplo H (onde os condutores oblíquos superior e inferior se intersectam fora da borda da chapa de aço).

[00102] No Exemplo I, dois condutores de bobina de indução no sentido paralelo para transversal e três condutores de bobina de indução oblíquos são selecionados com as bobinas de indução superior e inferior. No Exemplo J, três condutores de bobina de indução no sentiPetição 870170089512, de 21/11/2017, pág. 39/68

32/33 do paralelo para transversal e três condutores de bobina de indução oblíquos são selecionados com as bobinas de indução superior e inferior. Uma vez que a densidade de corrente na área central é maior no Exemplo I que no Exemplo J, a divergência térmica na área central é maior no Exemplo I que no Exemplo J. Como um resultado, (a temperatura na área de borda) - (a temperatura na área central) é menor no Exemplo I que no Exemplo J. No entanto, a temperatura na área de borda é ainda ligeiramente superaquecida.

[00103] No Exemplo K, três condutores de bobina de indução no sentido paralelo para transversal e dois condutores de bobina de indução oblíquos são selecionados com as bobinas de indução superior e inferior. No Exemplo L, um condutor de bobina de indução no sentido paralelo para transversal e dois condutores de bobina de indução oblíquos são selecionados com as bobinas de indução superior e inferior. Uma vez que a densidade de corrente na área central é maior no Exemplo L que no Exemplo K, a divergência térmica na área central é maior no Exemplo L que no Exemplo K. Como um resultado, (a temperatura na área de borda) - (a temperatura na área central) é menor no Exemplo L que no Exemplo K. No entanto, a temperatura na área de borda é ainda ligeiramente superaquecida.

[00104] Conforme descrito acima, várias distribuições de temperatura podem ser feitas ao se selecionar os condutores e o seu número. [00105] Conforme descrito acima, a presente invenção é capaz de aquecer uma chapa de metal com alta eficiência, mesmo quando a temperatura da chapa de metal está acima do ponto de Curie, a chapa de metal é fina e/ou a chapa de metal é feita de um metal não-ferroso não-magnético com uma baixa resistência específica, como, por exemplo, alumínio ou cobre. Ainda, a presente invenção é capaz de prover uma chapa de metal com uma distribuição de temperatura mais plana no sentido da largura independentemente de qualquer distribuiPetição 870170089512, de 21/11/2017, pág. 40/68

33/33 ção de temperatura inicial preexistente provida por um processo anterior. A presente invenção pode facilitar o controle de uma quantidade de divergência térmica de acordo com uma condição de temperatura inicial da chapa de metal a ser aquecida e/ou fazer uma desejada distribuição de temperatura, mesmo quando a largura da chapa de metal a ser aquecida é modificada.

[00106] De acordo com a presente invenção assim descrita, tornase óbvio que a mesma pode variar de muitas maneiras diferentes. Estas variações não devem ser consideradas como âmbito da presente invenção, e todas estas modificações conforme seriam óbvias a uma pessoa versada na técnica pretendem estar incluídas no âmbito das reivindicações a seguir.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho de aquecimento por indução para aquecer uma chapa de metal móvel, compreendendo:

uma bobina de indução (2) para envolver a chapa de metal (1), a bobina de indução incluindo uma porção superior (2a) a ser localizada acima da chapa de metal e uma porção inferior (2b) a ser localizada abaixo da chapa de metal, as porções superior e inferior (2a, 2b) da bobina de indução (2) sendo espaçadas entre si em um sentido longitudinal da chapa de metal pelo menos em uma posição em um sentido transversal da chapa de metal, na qual a distância no sentido longitudinal da chapa de metal entre a porção superior (2a) e a porção inferior (2b) da bobina de indução varia através de um sentido transversal da chapa de metal, caracterizado pelo fato de que a porção da bobina de indução, onde as porções superior e inferior da bobina de indução se sobrepõem, está situada na borda ou fora da chapa de metal na direção transversal da chapa de metal, sendo que em pelo menos uma borda da chapa de metal (1), a porção superior da bobina de indução (2a) e a porção inferior da bobina de indução (2b) se estendem de forma linear em direção ao exterior da chapa de metal (1) em um estado de sobreposição.
2. Aparelho de aquecimento por indução, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a distância máxima no sentido longitudinal da chapa de metal (1) entre as porções superior e inferior (2a, 2b) da bobina de indução (2) varia de 0,2 a 6 vezes uma largura mais ampla das porções superior e inferior das larguras da bobina de indução.
3. Aparelho de aquecimento por indução, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda meios de mudança de distância para mudar a distância no sentido lonPetição 870180057213, de 02/07/2018, pág. 8/14

2/3 gitudinal da chapa de metal entre as porções superior e inferior da bobina de indução pelo menos em uma posição no sentido transversal da chapa de metal.
4. Aparelho de aquecimento por indução, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende ainda meios de movimentação para movimentar pelo menos uma das porções superior e inferior da bobina de indução no sentido longitudinal da chapa de metal.
5. Aparelho de aquecimento por indução, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um trilho de guia (11) que se estende ao longo da chapa de metal no sentido longitudinal da chapa de metal, pelo menos uma das porções superior e inferior da bobina (2a, 2b) de indução (2) sendo montada de maneira móvel sobre o trilho de guia (11).
6. Aparelho de aquecimento por indução, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das porções superior e inferior (2a, 2b) da bobina de indução inclui uma porção construída de uma pluralidade de condutores, e no qual a distância no sentido longitudinal da chapa de metal pelo menos em uma posição no sentido transversal da chapa de metal pode ser modificada ao selecionar um condutor específico entre a pluralidade de condutores como o condutor a ser energizado por meio de uma corrente alternada.
7. Aparelho de aquecimento por indução, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda meios de variação da largura para variar uma largura de pelo menos uma das porções superior e inferior da bobina de indução através do sentido transversal da chapa de metal.
8. Aparelho de aquecimento por indução, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das

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3/3 porções superior e inferior (2a, 2b) da bobina de indução (2) inclui uma primeira porção que se estende no sentido transversal da chapa de metal (1) e uma segunda porção que se estende em um ângulo oblíquo ao sentido transversal da chapa de metal (1).
9. Aparelho de aquecimento por indução, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que ambas as porções superior e inferior (2a, 2b) da bobina de indução (2) incluem as primeira e segunda porções, e as segundas porções de cada uma das porções superior e inferior (2a, 2b) da bobina de indução (2) se estendem em direções opostas no sentido longitudinal da chapa de metal.
10. Aparelho de aquecimento por indução para aquecer uma chapa de metal móvel de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:

uma fonte de potência em CA (8), cada uma das porções superior e inferior (2a, 2b) da bobina de indução (2) sendo conectada em uma extremidade da mesma à fonte de potência em CA (8).
11. Aparelho de aquecimento por indução, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a bobina de indução (2) compreende ainda uma porção de borda conectando-se entre as porções superior e inferior da bobina de indução nas extremidades das porções superior e inferior da bobina de indução oposta à fonte de potência em CA, a dita porção de borda a ser localizada em uma borda da chapa de metal.

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