BRPI0818160B1

BRPI0818160B1 - Método para monitorar, determinar, controlar, ou combinações dos mesmos, pelo menos uma propriedade de um material fundido ou semifundido que é submetido a um campo eletromagnético formado por pelo menos uma bobina de indução

Info

Publication number: BRPI0818160B1
Application number: BRPI0818160-8A
Authority: BR
Inventors: Alan A. Koch
Original assignee: Ajax Tocco Magnethermic Corporation
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2019-09-17
Also published as: JP5579610B2; KR20100082847A; US8728196B2; EP2207638B1; US20120227542A1; US8241390B2; KR101530106B1; CA2701236A1; RU2497059C2; RU2010119027A; JP2011501701A; EP2207638A1; WO2009049118A1; US20100251854A1; CN101827671B; EP2207638A4; CN101827671A; CA2701236C

Abstract

"método de otimização de uma sequência nucleotídica para expressão em um organismo alvo". a presente invenção é delineada por métodos para desenhar sequências nucleotídicas sintéticas que codificam polipeptídeos de interesse. os métodos envolvem a organização de um banco de dados de sequências como grupo de sequências de oligômero de comprimento n e a compilação de uma lista de escores de probabilidade para cada sequência de comprimento n. os escores de probabilidade são usados para substituir uma ou mais sequências de escore mais alto na sequência nucleotídica parental para gerar uma sequência otimizada. a sequência nucleotídica de interesse pode ser ainda otimizada pela remoção tanto das regiões de leitura abertas não intencionais como de elementos de dna curtos indesejados, e/ou substituição de sequências de oligômero para alcançar um conteúdo g:c específico. estes métodos podem ser usados para otimizar a expressão de genes heterólogos em qualquer organismo, particularmente em plantas. o método gera sequências sintéticas com uma composição similar àquela de um banco de dados alvo. estas sequências sintéticas podem ser usadas, por exemplo, para regular a atividade pesticida ou a resistência à herbicida em organismos, particularmente plantas ou células vegetais.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO PARA MONITORAR, DETERMINAR, CONTROLAR, OU COMBINAÇÕES DOS MESMOS, PELO MENOS UMA PROPRIEDADE DE UM MATERIAL FUNDIDO OU SEMIFUNDIDO QUE É SUBMETIDO A UM CAMPO ELETROMAGNÉTICO FORMADO POR PELO MENOS UMA BOBINA DE INDUÇÃO.

[001] A presente invenção reivindica a prioridade sobre o Pedido de Patente US Provisório n- de série 60/979.511 depositado em 12 de outubro de 2007, que é presentemente incorporado em sua totalidade por referência.

[002] A invenção refere-se geral mente a um dispositivo e a um método para processar metal fundido e/ou semifundido, particularmente a um dispositivo e a um método para pelo menos parcialmente monitorar e/ou controlar o aquecimento, o resfriamento e/ou a agitação do material fundido e/ou semifundido; mais particularmente a um dispositivo e a um método para pelo menos parcialmente monitorar e/ou controlar o aquecimento, o resfriamento e/ou a agitação do material fundido e/ou semifundido e detectar a condição do material fundido e/ou semifundido; e ainda mais particularmente a um dispositivo e a um método para pelo menos parcialmente monitorar e/ou controlar o aquecimento, o resfriamento e/ou a agitação do material fundido e/ou semifundido e detectar a condição do material fundido e/ou semifundido, e fornecer um arranjo para transferir o material fundido e/ou semifundido a um dispositivo de conformação.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [003] O processamento e a conformação de metal é um processo industrial importante. É com frequência desejável formar ou moldar um produto de metal que está em um estado fundido que não é inteiramente líquido. Ao mesmo tempo, é desejável controlar as propriedades selecionadas de controle do material, tal como a viscosidade. Um

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2/60 processo conhecido de controle de propriedades de material consiste em cisalhar uma liga fundida com um aparelho de agitação, enquanto ao mesmo tempo resfriar o metal através da faixa de temperatura do semissólido da liga (isto é, a temperatura na faixa entre a temperatura liquidus e a temperatura solidus) em que durante este tempo o material terá uma fração de sólidos (fs) variada, mas terá uma consistência mais sólida do que líquida. A temperatura liquidus é a temperatura mínima em que todos os componentes de uma mistura (tal como uma liga de metal) podem estar em um estado líquido. Abaixo da temperatura liquidus, a mistura será parcialmente ou inteiramente sólida. A temperatura solidus é a temperatura máxima em que todos os componentes de uma mistura (tal como uma liga de metal) podem estar em um estado sólido. Acima de temperatura solidus, alguma ou toda a mistura estará em um estado líquido.

[004] Este tipo de processamento de metal resulta em iniciar a nucleação na mistura quando a temperatura de fusão da mistura caiu abaixo da temperatura liquidus, deste modo prevenindo a formação de ocorrência normal de um dendrítico (isto é, estrutura cristalina no material, semelhante a agulha). Durante este tipo de processamento de metal e quando o material semissólido está em uma fração de sólidos específica, o material de liga de múltiplos constituintes tem uma estrutura consistindo em α-partículas sólidas, esferoidais (isto é, partículas sólidas tendo um constituinte primário de ponto de fusão mais alto) que são circundadas por um líquido eutético (isto é, um líquido compreendendo constituintes de ponto de fusão mais baixo). Como tal, durante o processamento da mistura, o material semissólido, daqui em diante referido como SSM tem uma viscosidade que possibilita a mistura ser manipulada como uma massa semirrígida. Tal massa semirrígida da mistura pode ser injetada em um molde sob as condições de fluxo laminar, diferente do fluxo turbulento usualmente caracterizando

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3/60 um processo de injeção e conformação de ligas completamente fundida convencionais.

[005] A injeção de SSM em um molde sob fluxo laminar pode eliminar muitos defeitos comuns associados com um processo de metal fundido convencional para produzir moldagens de matriz, moldagens de moldes permanentes e outros métodos de moldagem. Estes defeitos incluem porosidade de encolhimento, formação de óxidos e porosidade de gás. Cada um destes defeitos pode causar propriedades mecânicas reduzidas da mistura formada, tal como resistência diminuída, período de fadiga reduzida, e/ou capacidade reduzida de moldagens para ser satisfatoriamente tratada com calor, que é tipicamente empregado para aperfeiçoar a resistência e o alongamento do produto moldado.

[006] Outro aspecto benéfico de um processo que inclui o cisalhamento de uma liga fundida é que após o processamento do SSM, o material pode ser permitido solidificar completamente, e no reaquecimento subsequente, o material retém a estrutura do SSM de apartícula esferoidal por toda a sua faixa de temperatura de semissólido. Este último processo de reaquecimento tem sido uma prática comum e preferida devido à capacidade de criar um estoque de metal tendo a estrutura do SSM através de uma operação de moldagem de barra de volume elevado. As barras podem ser prontamente embarcadas para uma instalação de produção, cortadas em um tamanho selecionado, e então reaquecidas em uma condição de semissólido na preparação para uma operação de conformação ou de moldagem. No entanto, este processo é caro devido aos custos associados com o equipamento usado para reaquecer o SSM e moldar o estoque de barras processado, bem como a incapacidade de reciclar o material processado e sucateado no sítio enquanto retendo a estrutura do SSM.

[007] A fusão, resfriamento e processamento do material SSM no

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4/60 sítio a partir do estoque de metal bruto padrão podem resultar em economias tanto em equipamento como na reciclagem do material comparado ao processo de reaquecimento, em grande parte devido a equipamento de reaquecimento caro não ser requerido, e grandes quantidades de material não são mantidas no material de processo que pode tornar-se imprestável se uma interrupção do processo de aquecimento ou de conformação puder ocorrer. Este processo de metal padrão é efetuado com fornos e equipamento de transferência de metal fundido padrão. O metal sucateado pode ser prontamente reciclado e reprocessado em uma condição do SSM no sítio, como necessário. Algum custo é incorrido para uma unidade de processamento no sítio, mas este é tipicamente significativamente menor do que o custo total de todo o equipamento especializado necessário para o processo de reaquecimento.

[008] Em ambos o processo de reaquecimento e de produção convencional, a meta é criar uma microestrutura selecionada no metal acabado. Um benefício significativo do processo do SSM e a subsequente conformação do material em produtos acabados é a capacidade de o material SSM fluir em um aspecto laminar em um molde, que minimiza a ocorrência de defeitos.

[009] Os benefícios deste processo incluem as propriedades mecânicas e do período de fadiga melhorados, baseado na minimização de óxidos, porosidade de gás e porosidade de encolhimento. Os componentes críticos seguros e sensíveis à pressão são os candidatos principais para estes processos de conformação de SSM.

[0010] Convencionalmente, a condição de SSM desejada é determinada pela temperatura da carga de metal fundido usando um termopar. O termopar tanto é imerso no material, ou embutido no recipiente retendo o material. Um método alternativo é recuperar uma amostra do material, e cortar ou amassar o material com uma espátula para obter

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5/60 uma sensação de viscosidade. No entanto, tais métodos alternativos são imprecisos, destrutivos e envolvem uma etapa de processo separada que não está em linha com o processo de fundição e de moldagem essencial. O termopar tem limitações devido a ser efetivamente sacrificante, e pode degradar-se, erodir ou tornar-se sujo durante o uso.

[0011] Outros métodos de controle de processo são efetuados em uma base de tempo, programada por um algoritmo que leva em conta somente a temperatura do metal fundido inicial através do sensor do termopar, e as características térmicas conhecidas da liga de metal. Este método de controle é não relativo devido não levar em conta todas as variáveis, tais como as temperaturas do recipiente e as temperaturas ambiente. Os métodos existentes também não possibilitam a monitoração contínua da condição do material SSM por todas as etapas de carregamento, processamento, liberação e transferência do processo de conformação.

[0012] Um material semilíquido, daqui em diante referido como SLM, também tem uma temperatura na faixa entre a temperatura liquidus e a temperatura solidus, mas com uma consistência mais líquida do que sólida. O SLM também é utilizado para as operações de conformação e de moldagem. Os métodos SLM existentes também sofrem de limitações. Tais métodos não contam os tempos de ciclo de conformação irregulares causados pelas interrupções da máquina a jusante, as interrupções do operador, ou as interrupções de manutenção em curto prazo. Se o ciclo de resfriamento padrão é retardado ou interrompido, a carga de SLM precisa ser sucateada, e outra carga de metal precisa ser processada quando a interrupção da máquina é resolvida. Isto pode resultar em material de refugo, e com custos aumentados do atendente. Também, os métodos SLM existentes são incapazes de controlar o processo de SLM de um modo que assegure que as

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6/60 condições de temperatura e de viscosidade da carga de SLM são consistentemente as mesmas para cada carga de metal.

[0013] Em vista do atual estado da técnica, há uma necessidade de um aparelho e método que superem as deficiências do passado associadas com o processamento de SSM/SLM. Em particular, há uma necessidade de um aparelho e método que possam ser usados para controlar o processo de SSM/SLM de um modo que assegurem que as condições de temperatura e/ou de viscosidade da carga de SSM/SLM sejam consistentemente as mesmas para cada carga de metal, e que o aparelho e método permitam a monitoração contínua das condições do material SSM/SLM por todas as etapas de carregamento, processamento e liberação ou transferência de um processo de conformação.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0014] A presente invenção é dirigida a um dispositivo de processamento e de detecção de metal semilíquido (SLM) e/ou um metal semissólido (SSM) que supere as deficiências do passado associadas com o processamento de SSM/SLM. Como usados aqui, os termos SSM e SLM serão usados intercambiavelmente, e ambos referem-se a um metal ou liga de metal que está em uma temperatura na faixa entre a temperatura liquidus e a temperatura solidus do metal ou liga de metal.

[0015] Em uma modalidade não-limitante da invenção, é fornecido um dispositivo de processamento e de detecção que inclui um cadinho ou sistema de recipiente que é pelo menos parcialmente circundado por pelo menos uma bobina de indução. A condição do semilíquido de metal ou liga de metal no cadinho ou sistema de recipiente pode ser projetada ser detectada e/ou ser ativamente controlada pelo suprimento de energia por análise em tempo real ou em tempo-não-real dos sinais de realimentação elétricos que são obtidos a partir da pelo menos

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7/60 uma bobina de indução. Em um aspecto não-limitante desta modalidade, a uma ou mais bobinas de aquecimento com indução podem ser bobinas de indução de solenoides resfriadas com água; no entanto, isto não é requerido. Em outro aspecto não-limitante e/ou alternativo desta modalidade, a uma ou mais bobinas de indução podem ser projetadas para gerar um campo eletromagnético de energia variável e/ou de frequência variável que pode ser modulado para controlar o resfriamento de uma carga de metal fundida no cadinho ou sistema de recipiente a partir da temperatura do metal fundido líquido em um teor de calor selecionado, resistividade e/ou viscosidade abaixo da temperatura liquidus do material. Ainda em outro aspecto alternativo e/ou nãolimitante desta modalidade, a uma ou mais bobinas de indução pode ser projetada para criar um campo eletromagnético que induz a agitação toroidal da carga de metal no cadinho ou sistema de recipiente. Ainda em outro aspecto alternativo e/ou não-limitante desta modalidade, a uma ou mais bobinas de indução pode ser projetada para criar uma zona crítica de aquecimento e/ou de agitação no cadinho ou sistema de recipiente, ou bobinas de indução múltiplas podem ser usada para criar as múltiplas zonas de aquecimento e/ou de agitação do cadinho ou sistema de recipiente. Vários arranjos da técnica anterior do aparelho e método que podem ser usados na presente invenção para processar metais e ligas de metais entre a temperatura liquidus e a temperatura solidus do metal ou da liga de metal são descritos nas Patentes US n-s 7.216.690; 7.169.350; 7.132.077; 6.991.970; 6.932.938; 6.796.362; 6.637.927; 6.443.216; 6.432.160; 6.402.367; 6.399.017; 5.219.018; e 4.434.837; e a Publicação US n² 2007/0187060; todos os quais são presentemente incorporados completamente por referência. Por exemplo, as Patentes US n²s 7.169.350; 6.991.970; e 6.432.160 descrevem um aparelho e método para produzir um material semissólido em demanda para uso em um processo de moldagem. O aparePetição 870180024226, de 26/03/2018, pág. 12/74

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Iho pode incluir várias estações que têm os componentes requisitos e os arranjos estruturais que devem ser usados como parte do processo. O aparelho e método incluem o uso de agitação eletromagnética e as várias técnicas de controle de temperatura e controle de resfriamento e um aparelho que é usado para facilitar na produção do material semissólido dentro de um tempo de ciclo comparativamente curto. O aparelho e método também incluem os arranjos e técnicas estruturais que são usados para descarregar o material semissólido diretamente em uma manga de disparo da máquina de moldagem. O aparelho e método descritos nas Patentes US n-s 7.169.350; 6.991.970; e 6.432.160 podem ser completamente ou parcialmente usados na presente invenção. As Patentes US n-s 7.132.077; 6.932.938; 6.796.362; 6.443.216; e 6.399.017 descrevem um cadinho ou sistema de recipiente para reter os metais e as ligas de metais entre a temperatura liquidus e a temperatura solidus do metal ou da liga de metal. O cadinho ou sistema de recipiente pode incluir um sistema de ejeção mecânica ou eletromagnética para descarregar o metal ou liga de metal processado a partir do cadinho ou sistema de recipiente. O cadinho ou sistema de recipiente pode incluir um arranjo de resfriamento e/ou um arranjo de isolamento. O cadinho ou sistema de recipiente descrito nas Patentes US n²s 7.132.077; 6.932.938; 6.796.362; 6.443.216; e 6.399.017 pode ser completamente ou parcialmente usado na presente invenção. As Patentes US n-s 7.169.350; 6.991.970; 6.637.927; 6.432.160; 6.402.367; 5.219.018; e 4.434.837 divulgam um aparelho e método para a agitação mecânica ou eletromagnética de metais e ligas de metais entre a temperatura liquidus e a temperatura solidus do metal ou liga de metal que está contido em um cadinho ou sistema de recipiente. Os arranjos de agitação descritos nas Patentes US n-s 7.169.350; 6.991.970; 6.637.92227; 6.432.160; 6.402.367; 5.219.018; e 4.434.837 podem ser completamente ou parcialmente usados na

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9/60 presente invenção.

[0016] Em outra modalidade alternativa e/ou não-limitante da invenção, é fornecido um dispositivo de processamento e de detecção que inclui o uso de um cadinho ou sistema de recipiente que está pelo menos parcialmente circundado por pelo menos uma bobina de indução e que a temperatura do metal ou da liga de metal no cadinho pode ser determinada por análise em tempo real ou em tempo-não-real dos sinais de realimentação elétricos que são obtidos a partir da pelo menos uma bobina de indução. Em tal arranjo, o uso de termopares da técnica anterior pode ser eliminado. Como descrito acima, os termopares da técnica anterior eram termopares de contato posicionados em ou próximos a um cadinho ou sistema de recipiente. Tal termopar da técnica anterior tinha uma tendência a erodir com o tempo, fornecendo assim leituras imprecisas que podem resultar em temperaturas impróprias no cadinho ou sistema de recipiente. Adicionalmente, a manutenção destes termopares da técnica anterior poderia ser difícil, consumir tempo, e cara.

[0017] Em outra modalidade alternativa e/ou não-limitante da invenção, é fornecido um dispositivo de processamento e de detecção que inclui o uso de um cadinho ou sistema de recipiente que está pelo menos parcialmente circundado por pelo menos uma bobina de indução e que a bobina de indução pode ser projetada para ser detectada e ser ativamente controlada pelo suprimento de energia de indução por análises em tempo real ou em tempo-não-real dos sinais de realimentação elétricos que são obtidos a partir da pelo menos uma bobina de indução. Como tal, o método da técnica anterior de controle do processo de aquecer, resfriar e/ou dispensar um metal ou liga de metal a partir de um cadinho ou sistema de recipiente baseado em uma base de tempo predeterminada, e/ou um algoritmo pré-programado que leva em conta somente a temperatura do metal inicial ou da liga de metal

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10/60 como tal metal ou liga de metal é inicialmente colocado no cadinho ou sistema de recipiente é eliminado pelo processo da presente invenção. Tal processo de controle da técnica anterior não é confiável uma vez que o processo da técnica anterior não faz e não pode levar em conta todas as variáveis associadas com o metal ou a liga de metal no cadinho ou sistema de recipiente (por exemplo, a temperatura do recipiente, a temperatura ambiente, etc.). O sistema de controle de acordo com a presente invenção tem a capacidade de monitorar constantemente ou periodicamente a temperatura do metal ou da liga de metal no cadinho ou sistema de recipiente e deste modo fornece o controle em tempo real ou próximo ao tempo real da temperatura do metal ou da liga de metal no cadinho ou sistema de recipiente por todos os estágios de carregamento, processamento e liberação/transferência do metal ou da liga de metal. Os sistemas de controle da técnica anterior não têm nenhum modo de contar os tempos de ciclo de conformação irregulares causados por interrupções da máquina a jusante, interrupções do operador ou interrupções da manutenção em curto prazo. Como tal, o ciclo de resfriamento padrão é retardado ou interrompido, o metal ou a liga de metal no cadinho ou sistema de recipiente deverá ser provavelmente sucateado e outra carga processada quando a máquina está pronta para iniciar a moldagem. O sistema de controle de acordo com a presente invenção tem a capacidade de monitorar e manter a temperatura do metal ou da liga de metal no cadinho ou sistema de recipiente durante tais interrupções de modo que o metal ou a liga de metal não devem ser sucateados e o metal ou a liga de metal é liberada na manga de moldagem e/ou de disparo na temperatura desejada. Os sistemas de controle da técnica anterior não têm nenhum modo satisfatório para controlar a temperatura do metal ou da liga de metal no cadinho ou sistema de recipiente de modo a garantir que a condição/consistência/viscosidade do metal ou da liga de metal disPetição 870180024226, de 26/03/2018, pág. 15/74

11/60 pensado do cadinho ou sistema de recipiente tenha as mesmas características físicas (por exemplo, temperatura, viscosidade, etc.). O sistema de controle de acordo com a presente invenção tem a capacidade de monitorar e manter as características físicas do metal ou da liga de metal cada vez que o metal ou a liga de metal é dispensado do cadinho ou sistema de recipiente. Como tal, o sistema de controle de acordo com a presente invenção supera muitas das deficiências dos sistemas de controle da técnica anterior e fornece um sistema de controle que é mais econômico, repetível e robusto do que o atualmente praticado na indústria de moldagem.

[0018] Em um arranjo específico não-limitante da presente invenção, é fornecido um sistema de controle que inclui um gerador (isto é, um dispositivo de processamento), cujo sistema de controle é projetado para 1) detectar periodicamente ou continuamente a condição de um metal ou de uma liga de metal no gerador a partir do momento em que o metal ou a liga de metal é introduzido no gerador até o momento em que o metal ou a liga de metal é despejado de ou de outro modo expelido do gerador para um receptáculo de uma máquina de conformação (isto é, uma manga de disparo, um jito, um funil, etc.), 2) controlar o resfriamento, o aquecimento e/ou a agitação (para a homogeneidade térmica) do metal ou da liga de metal no gerador de modo a assegurar que o metal ou a liga de metal liberado da máquina de conformação seja de condição repetível, térmica consistente, microestrutural e viscosa de disparo a disparo, e/ou 3) fornecer um meio contínuo para a transferência do material (por exemplo, após o metal ou a liga de metal fundido ser introduzido no gerador) a partir do gerador na máquina de conformação. O gerador pode ser desacoplado tanto da fonte de metal fundido e/ou do receptáculo da máquina de conformação; no entanto, isto não é requerido; no entanto, deve ser apreciado que o gerador é fisicamente acoplado à fonte de metal fundido e/ou ao

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12/60 receptáculo de máquina de conformação. Em um projeto não-limitante, o gerador inclui uma câmara geralmente cilíndrica ou cadinho (por exemplo, grafita, cerâmica/refratário, combinação de metal e grafita e/ou cerâmica, etc.) que retém o metal fundido (por exemplo, alumínio fundido, liga de alumínio fundido, etc.) que é inicialmente despejado ou de outro modo inserido no gerador. A câmara geralmente cilíndrica ou cadinho pode ser pelo menos parcialmente circundada no exterior a cerca de 0,000254-0,0254 m (0,01-1 polegada) da superfície externa da câmara geralmente cilíndrica ou cadinho por uma bobina de indução de solenoides. Esta bobina é geralmente fixada a uma distância geralmente uniforme a partir da superfície externa da câmara geralmente cilíndrica ou cadinho com espaçadores refratários de modo a assegurar uma centralização da câmara geralmente cilíndrica ou do cadinho dentro da bobina de indução; no entanto, isto não é requerido. A altura da bobina enrolada é geralmente suficiente para encerrar a câmara geralmente cilíndrica inteira ou cadinho, e pode incluir uma extensão além do comprimento do cadinho no topo e/ou fundo da câmara geralmente cilíndrica ou cadinho a uma distância de até um terço da câmara geralmente cilíndrica ou altura do cadinho (por exemplo um cadinho de 0,1524 m (6 polegadas) de altura, o comprimento total da bobina de indução pode ser de até 0,254 m (10 polegadas) de comprimento)). Esta superextensão da bobina de indução, quando usada, facilita em 1) o aquecimento uniforme da câmara geralmente cilíndrica ou cadinho no topo e no fundo da câmara geralmente cilíndrica ou cadinho, e/ou 2) a agitação apropriada do metal ou metal no interior da câmara geralmente cilíndrica ou cadinho pela força eletromagnética do campo de indução gerado pela bobina de indução. O espaço anular entre a bobina de indução e a câmara geralmente cilíndrica ou cadinho pode ser pelo menos parcialmente preenchido tanto com material refratário seco socado/compactado, papel de mica, ou moldagem no lo

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13/60 cal dentro da bobina de indução usando um cimento do tipo refratário; no entanto, isto não é requerido. A finalidade do material refratário seco socado/compactado, papel de mica, ou cimento do tipo refratário de moldagem, quando usados, é fornecer um contato íntimo entre a bobina de indução e a câmara geralmente cilíndrica ou cadinho. Este contato íntimo, quando criado, possibilita a extração de calor a partir da câmara geralmente cilíndrica ou cadinho para a bobina de indução resfriada com água, enquanto ao mesmo tempo o aquecimento do metal ou da liga de metal na câmara geralmente cilíndrica ou cadinho pode ser fornecido pela bobina de indução. O efeito total da capacidade de resfriamento da bobina de indução e da capacidade de aquecimento da bobina de indução é fornecer um método de resposta rápida para controlar a temperatura, a viscosidade e/ou o teor de sólidos na fração (f_s) do metal ou da liga de metal na câmara geralmente cilíndrica ou cadinho. A capacidade de controlar a taxa de resfriamento e a temperatura do metal ou da liga de metal na câmara geralmente cilíndrica ou cadinho possibilita a liberação de uma carga de metal ou de liga de metal em um aspecto repetível para um dispositivo de conformação, mesmo no caso de um retardo de ciclo ou de interrupção de produção. A montagem do cadinho e da bobina inteira pode estar contida dentro de um alojamento protetor, eletricamente não condutivo para a segurança e proteção do equipamento; no entanto, isto não é requerido. A bobina de indução é geralmente alimentada por um suprimento de energia de frequência variável (por exemplo, 10-10.000 Hz, etc.). Este suprimento de energia pode ser projetado para operar em uma faixa de frequência única ou em um modo de frequência múltiplo simultâneo para melhorar a agitação toroidal para a homogeneidade e/ou o melhor controle do processo de aquecimento/resfriamento. O sistema de controle para o gerador pode ser projetado para 1) detectar a condição da carga de metal ou da liga de metal fundido/semissólido/líquido no

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14/60 gerador, e/ou 2) controlar as taxas de aquecimento e/ou de resfriamento da carga de metal ou da liga de metal no gerador baseado no sinal de controle da bobina de indução. Em um arranjo não-limitante, um sinal de realimentação ou de controle é obtido a partir da bobina de indução que está fazendo o aquecimento ou resfriamento. Este sinal pode ser também ou alternativamente obtido a partir de uma segunda bobina de solenoides não alimentada em íntima proximidade com a carga de metal ou da liga de metal no gerador. Como tal, o sinal de realimentação ou de controle pode ser obtido a partir do contato direto com a bobina de indução ou indiretamente (isto é, uma fonte sem contato) a partir da bobina de indução. Por exemplo, a placa de controle da unidade de energia de indução pode ser equipada com o condicionamento do sinal que monitora (por exemplo, continua mente, periodicamente) a carga na bobina de indução. Esta carga é a bobina de indução e o material condutivo no interior da bobina de indução. O material condutivo pode ser considerado a carga de metal ou de liga de metal no gerador e o gerador propriamente dito se o material do gerador é condutivo (por exemplo, grafita, metal, etc.). As trocas eletricamente detectadas na carga são devidas às trocas térmicas e trocas metalúrgicas na carga de metal ou da liga de metal no gerador à medida que o metal ou a liga de metal resfria e aquece. Uma das trocas de parâmetros elétricos que podem ser detectadas é a troca de resistividade na carga de metal ou da liga de metal no gerador, que produz uma troca na voltagem da bobina de indução. Como pode ser apreciado, outros ou os parâmetros elétricos adicionais podem ser detectados para o fim de monitorar e/ou controlar a operação do gerador. Este um ou mais parâmetros elétricos detectados podem ser usados para pelo parcialmente determinar, monitorar e/ou controlar uma propriedade da carga de metal inclui, mas não está limitado a, uma resistência de carga no interior de uma região que é parcialmente circundada pela bobiPetição 870180024226, de 26/03/2018, pág. 19/74

15/60 na de indução, uma resistividade da carga de metal, uma temperatura da carga de metal, uma fração de sólidos da carga de metal, e/ou uma fração de líquidos da carga de metal. Como pode ser apreciado, outras propriedades da carga de metal podem ser monitoradas, determinadas e/ou controladas pela detecção de um ou mais parâmetros elétricos. Esta troca de voltagem pode ser usada como um sinal de realimentação para controlar o processo de aquecimento e de resfriamento para a carga de metal ou da liga de metal no gerador. Usando os vários aspectos de condicionamento de sinal no sistema de controle de indução, este sinal de voltagem e/ou outros sinais disponíveis refletindo a condição da carga de metal ou da liga de metal no gerador pode ser usado para modular e controlar o processo físico de resfriar, aquecer e/ou reter a temperatura da carga de metal ou da liga de metal no gerador. O sistema de controle de indução pode ser projetado para fornecer o sinal e trilhar o sinal mesmo quando modulando a entrada de energia. Portanto, o controle do processo de aquecimento e de resfriamento da carga de metal ou da liga de metal no gerador pode ser 1) contínuo, 2) de sem contato (isto é, nenhum termopar requerido no metal ou na liga de metal fundido ou parede do cadinho), 3) possibilitar ser ajustado em um ponto de operação desejado, e/ou 4) possibilitar a liberação da carga de metal ou da liga de metal no gerador na estação de conformação. O sistema de controle de aquecimento e de resfriamento para a carga de metal ou da liga de metal no gerador pode ser usado em conjunto com um dos outros métodos de produção de SSM/SLM. Por exemplo, algum outro sistema de controle pode ser usado para iniciar o processo de nucleação do metal ou da liga de metal e então o controle do processo pode ser usado para controlar o aquecimento e o resfriamento do metal ou da liga de metal no gerador para assegurar uma temperatura homogênea para o metal ou a liga de metal. O sistema de controle também pode ser usado para obter e enPetição 870180024226, de 26/03/2018, pág. 20/74

16/60 tão manter, se necessário, uma temperatura desejada do metal ou da liga de metal no gerador no ponto em que o metal ou a liga de metal é liberado na estação de conformação. Dependendo do projeto da máquina de conformação e sua carga repetível, o gerador pode ser projetado para ser inclinado de modo a despejar uma carga dentro de uma manga de disparo verticalmente ou horizontalmente orientada. O gerador e os fios condutores da energia de indução em conexão podem ser afixados em um braço robô/mecânico de múltiplos eixos geométricos (por exemplo, tipicamente 3 ou mais eixos geométricos); no entanto, isto não é requerido. Este braço robô, quando usado, pode ter um movimento suficiente para mover o gerador em uma posição para aceitar uma carga de metal fundido (por exemplo, de uma concha, uma bomba de metal, um forno de dosagem, etc.). O braço robô pode ser projetado para mover o gerador e os fios condutores da energia de indução em conexão em uma posição intermediária para criar a estrutura de SLM em um dispositivo de nucleação separado ou para criar a estrutura de SLM pelo gerador internamente em trânsito para o ponto de liberação na estação de conformação. O braço robô pode então ser projetado para mover o gerador e os fios condutores de energia de indução em conexão para uma estação de conformação sendo que o gerador é inclinado para despejar ou deslizar a carga de metal ou da liga de metal ou é ativamente engatado por um pistão/êmbolo para injetar a carga de metal ou da liga de metal na câmara de conformação ou de injeção da máquina de conformação. O suprimento de energia de indução pode ser tanto uma parte integral da unidade de liberação ou colocada separadamente, afastada do braço robô e da área de processo. Como pode ser apreciado, o gerador pode ser parte de uma unidade completamente acoplada. Em tal arranjo, o gerador aceita uma carga medida através de um tubo de transferência aquecido diretamente de um forno de dosagem ou bomba de metal fundido. O metal

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17/60 fundido passa através do gerador sendo que a carga é resfriada e agitada. A bobina de indução pode ser um solenoide único alimentado por um gerador de frequência única ou uma bobina independente enrolada em triplo suprida por um gerador de indução de frequência trifásico para melhorar o movimento do metal através do gerador. A carga pode ser mantida na seção do gerador em uma condição controlada. Quando o ciclo chama o metal para injeção, o dispositivo de suprimento de metal (bomba ou unidade de dosagem) é atuado e o gerador prossegue para mover a carga junto ao conduite aquecido na câmara de conformação/injeção à medida que um novo volume de metal fundido é introduzido no gerador. Alguns dos aspectos não-limitantes do sistema de controle são:

[0019] O equipamento e método do processo podem ser projetados para detectar continuamente ou intermediariamente o grau de material semissólido/líquido que está presente em um volume de material em processo sem o contato físico com uma carga de metal.

[0020] O dispositivo de confinamento ou cadinho pode ser feito de grafita.

[0021] O dispositivo de confinamento ou cadinho pode ser feito de ligas de aço inoxidável e forrado com grafita, nitreto de silício, e/ou outros materiais cerâmicos refratários.

[0022] O dispositivo de confinamento ou cadinho pode ser um refratário de cerâmica.

[0023] O dispositivo de confinamento ou cadinho pode ser afixado dentro da bobina de aquecimento/resfriamento de solenoides socado com o material refratário seco.

[0024] O dispositivo de confinamento ou cadinho pode ser afixado dentro da bobina de aquecimento/resfriamento de solenoides por meio de um cimento refratário de moldagem.

[0025] A bobina de indução de solenoides circundando o cadinho

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18/60 pode servir como um dispositivo de resfriamento.

[0026] A bobina de indução de solenoides circundando o cadinho pode servir como um dispositivo de aquecimento.

[0027] A bobina de indução de solenoides circundando o cadinho pode servir como um dispositivo de detecção.

[0028] A invenção pode ser usada para processar as ligas nãoferrosas.

[0029] As ligas de alumínio são o material de carga preferido para o gerador.

[0030] A invenção pode ser utilizada para processar as ligas ferrosas.

[0031] A detecção de um sinal de controle de processo pode ser realizada por realimentação da bobina de aquecimento/resfriamento por indução para o suprimento de energia de indução.

[0032] A detecção de um sinal de controle de processo pode ser feita por uma bobina de solenoides separada na proximidade da carga. [0033] O equipamento e o método podem controlar o processo usado para produzir e reter o material de um modo que uma carga semissólida do material pode ser liberada a um dispositivo de conformação no sólido de fração desejado repetidamente, ciclo a ciclo.

[0034] O gerador pode ser anexado a um braço robô de múltiplos eixos geométricos para evitar quaisquer transferências de material em processo que possa introduzir contaminação na carga.

[0035] O equipamento pode ser acoplado diretamente a um fornecimento de metal fundido e/ou um dispositivo de conformação de metal.

[0036] O equipamento pode ser utilizado de um modo desacoplado de uma fonte de metal e do dispositivo de conformação.

[0037] O metal ou a liga de metal no gerador pode ser usado para monitorar continuamente a fração de sólidos e/ou a fração de líquidos

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19/60 da carga de metal.

[0038] O sistema de controle para o gerador pode ser projetado para controlar continuamente a condição metalúrgica da carga de metal para uma condição selecionada de um modo repetível.

[0039] A mistura da carga de metal no gerador pode ser uma mistura toroidal.

[0040] O gerador desacoplado pode ser encerrado na abertura de topo de modo que um gás inerte pode ser introduzido sobre a carga de metal para limitar ou prevenir a geração de óxido.

[0041] É um objetivo não-limitante da presente invenção fornecer um aparelho e método que podem determinar, monitorar e/ou controlar uma ou mais propriedades físicas de um metal ou uma liga de metal em um cadinho ou sistema de recipiente pela análise de um ou mais parâmetros elétricos detectados (por exemplo, sinais de realimentação elétricos obtidos a partir de pelo menos uma bobina de indução que está posicionada pelo menos parcialmente próximo ao cadinho ou sistema de recipiente, etc.).

[0042] É outro objetivo não-limitante e/ou alternativo da presente invenção fornecer um aparelho e método que podem determinar a temperatura, fração de sólidos e/ou fração de líquidos de um metal ou uma liga de metal em um cadinho ou sistema de recipiente pela análise dos sinais de realimentação elétricos obtidos a partir de pelo menos uma bobina de indução que está posicionada pelo menos parcialmente próximo do cadinho ou sistema de recipiente.

[0043] É ainda outro objetivo alternativo e/ou não-limitante da presente invenção fornecer um aparelho e método que podem determinar e/ou controlar a temperatura de um metal ou uma liga e metal em um cadinho ou sistema de recipiente pela análise dos sinais de realimentação elétricos obtidos a partir de pelo menos uma bobina de indução que está posicionada pelo menos parcialmente próximo ao cadinho ou

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20/60 sistema de recipiente.

[0044] É ainda outro objetivo alternativo e/ou não-limitante da presente invenção fornecer um aparelho e método que podem controlar o processamento de um metal ou de uma liga de metal a partir do momento em que o metal ou a liga de metal é despejado em um cadinho ou sistema de recipiente no momento em que o metal ou a liga de metal é despejado do ou ejetado do cadinho ou sistema de recipiente, e sendo que pelo menos uma parte da informação para tal controle de processamento é obtida a partir da análise dos sinais de realimentação elétricos obtidos a partir de pelo menos uma bobina de indução que está posicionada pelo menos parcialmente próxima ao cadinho ou sistema de recipiente.

[0045] É ainda outro objetivo alternativo e/ou não-limitante da presente invenção fornecer um aparelho e método que podem determinar a temperatura de um metal ou de uma liga de metal em um cadinho ou sistema de recipiente sem o uso de um termopar.

[0046] É ainda outro objetivo alternativo e/ou não-limitante da presente invenção fornecer um aparelho e método que podem determinar e controlar a temperatura de um metal ou de uma liga de metal em um cadinho ou sistema de recipiente sem o uso de um termopar.

[0047] É ainda outro objetivo alternativo e/ou não-limitante da presente invenção fornecer um aparelho e método que podem determinar, monitorar e/ou controlar pelo menos uma propriedade de uma carga de metal em um gerador que é submetido a um campo eletromagnético formado por pelo menos uma bobina de indução usando um arranjo de detecção para detectar diretamente e/ou detectar indiretamente pelo menos um parâmetro elétrico, cujo pelo menos um parâmetro elétrico pode ser usado para pelo menos parcialmente determinar uma resistência de carga no interior de uma região que é pelo menos parcialmente circundada pela pelo menos uma bobina de indução, uma rePetição 870180024226, de 26/03/2018, pág. 25/74

21/60 sistividade da carga de metal, uma temperatura da carga de metal, uma fração de sólidos da carga de metal, e/ou uma fração de líquidos da carga de metal.

[0048] É ainda um objetivo alternativo e/ou não-limitante da presente invenção fornecer um aparelho e método que incluem o uso de um controlador para pelo menos parcialmente controlar um nível de energia em pelo menos uma bobina de indução baseado em pelo menos um parâmetro elétrico detectado.

[0049] É ainda outro aspecto alternativo e/ou não-limitante da presente invenção fornecer um aparelho e método que incluem o uso de um controlador para pelo menos parcialmente controlar uma redução da temperatura de uma carga de metal a partir de uma temperatura liquidus da carga de metal para uma temperatura maior do que uma temperatura solidus da carga de metal de modo que a carga de metal tem uma certa fração de sólidos e fração de líquidos logo antes de um momento em que a carga de metal é despejada de ou de outro modo ejetada de um gerador.

[0050] É ainda outro objetivo alternativo e/ou não-limitante da presente invenção fornecer um aparelho e método que detectam um parâmetro elétrico a partir da realimentação de pelo menos uma bobina de indução.

[0051] É ainda outro objetivo alternativo e/ou não-limitante da presente invenção fornecer um aparelho e método que detectam pelo menos um parâmetro elétrico a partir de uma bobina de solenoides na proximidade de pelo menos uma bobina de indução.

[0052] É ainda outro objetivo alternativo e/ou não-limitante da presente invenção fornecer um aparelho e método que manipulam matematicamente (por exemplo, tomando os derivados dos parâmetros, correlacionando os dados, ajustando a curva, etc.) pelo menos um parâmetro elétrico detectado, pelo menos parcialmente usado para dePetição 870180024226, de 26/03/2018, pág. 26/74

22/60 terminar uma ou mais tendências nas propriedades físicas (por exemplo, a temperatura da carga de metal com o passar do tempo, a resistividade da carga de metal com o passar do tempo, a resistência de carga encontrada pela bobina de indução com o passar do tempo, a resistividade da carga de metal para alimentar a bobina de indução, a resistividade da carga de metal à temperatura da carga de metal, etc.) da carga de metal.

[0053] Estes e outros objetivos e vantagens serão aparentes aos versados na técnica quando da leitura e seguindo esta descrição tomada junto com os desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0054] Referência pode ser feita aos desenhos, que ilustram várias modalidades da invenção, podem tomar a forma física e em certas partes e arranjos de partes, sendo que:

[0055] A figura 1 é uma representação esquemática de uma montagem de moldagem de metal não-limitante compreendendo um dispositivo de detecção e de processamento de metal semilíquido de acordo com a invenção;

[0056] a figura 2 é uma representação esquemática do dispositivo de detecção e de processamento de metal semilíquido não-limitante ilustrado na figura 1, ilustrado como uma vista secional;

[0057] a figura 3 é uma representação de um teor de calor exemplar não-limitante vs. curva de tempo e uma temperatura exemplar vs. curva de tempo para um metal ou liga de metal processado no dispositivo de detecção e de processamento de metal semilíquido nãolimitante da figura 1;

[0058] a figura 4 é uma representação da técnica anterior de uma resistividade exemplar vs. curva de teor de calor para um metal ou uma liga de metal processado no dispositivo de detecção e de processamento de metal semilíquido da figura 1;

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23/60 [0059] a figura 5 é uma representação esquemática similar à figura 2 do dispositivo de detecção e de processamento de metal semilíquido, ilustrando o fluxo toroidal de um dispositivo de detecção e de processamento de metal semilíquido de um metal ou uma liga de metal fundido;

[0060] a figura 6 é uma representação da técnica anterior de uma viscosidade exemplar vs. curva de temperatura para uma carga de liga de metal compreendendo uma liga de alumínio grau A356 tendo cerca de 7% de silício;

[0061] a figura 7 é uma representação da técnica anterior de uma temperatura exemplar vs. curva de fração de sólidos para uma carga de liga de metal compreendendo uma liga de alumínio grau A356;

[0062] a figura 8 é uma representação da técnica anterior de uma família exemplar de viscosidade vs. curvas da taxa de cisalhamento para uma liga de alumínio do tipo A356 tendo frações de sólidos diferentes;

[0063] a figura 9 é um gráfico ilustrando a relação entre a temperatura versus dados de resistividade e temperatura versus a resistência total em uma bobina de indução;

[0064] a figura 10 é um gráfico ilustrando a relação entre a temperatura e a carga atual na bobina de indução durante certo período de tempo;

[0065] a figura 11 é um diagrama de fluxo de processo ilustrando um arranjo de processo não-limitante de acordo com a presente invenção; e, [0066] a figura 12 é uma ilustração do processo simples nãolimitante para o processamento de uma carga de metal de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES NÃO-LIMITANTES DA INVENÇÃO

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24/60 [0067] Referindo-se agora em maior detalhe aos desenhos, sendo que as exibições são para o fim de ilustrar as várias modalidades da invenção somente, e não para o fim de limitar a invenção, a presente invenção é dirigida a um dispositivo de detecção e processamento de SML/SSM, daqui em diante também referido como um gerador, para preparar SML/SSM para uso nas operações de moldagem ou conformação de metal. Em geral, o processo inclui o resfriamento da carga de metal na temperatura do metal fundido líquido da carga de metal após a carga de metal ter sido inserida dentro do gerador, então ainda resfriando a carga de metal de um modo controlado com agitação eletromagnética e/ou outros tipos de agitação a fim de minimizar a formação de uma estrutura cristalina dendrítica, e/ou facilitar a formação ou nucleação de uma estrutura de α-partículas esferoidais na carga de metal. A taxa de resfriamento e a condição da carga de metal fundida abaixo da temperatura liquidus podem ser pelo menos parcialmente determinadas medindo o teor de calor da carga de metal fundida. De acordo com um aspecto não-limitativo da presente invenção, o teor de calor do metal fundido e/ou SML/SSM no gerador pode ser pelo menos parcialmente determinado indiretamente determinando a resistividade elétrica da carga de metal fundido e/ou SML/SSM no gerador medindo a voltagem de troca, a corrente, resistência, e/ou a energia que é refletida na realimentação da bobina de aquecimento/resfriamento como a condição e temperatura da carga de metal fundido e/ou trocas de SML/SSM no gerador. De acordo com outro aspecto não-limitante da presente invenção, a carga de metal fundido e/ou de SML/SSM no gerador pode ser agitada expondo a carga de metal fundido e/ou de SML/SSM a um campo eletromagnético alternativo. De acordo ainda com outro aspecto não-limitante da presente invenção, o SML/SSM no gerador pode ser mantido dentro de uma faixa de temperatura desejada e/ou mantido para ter as propriedades físicas desejadas até o ponto

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25/60 de liberação do SML/SSM em um aparelho de conformação e de moldagem.

[0068] Referindo-se à figura 1, é ilustrado um gerador 10 de acordo com a presente invenção. O gerador 10 compreende parte de uma montagem de conformação de metal 12 compreendendo um forno 14 conhecido (por exemplo, um forno de dosagem, etc.) para suprir o metal fundido. Como ilustrado na figura 1, o metal fundido é suprido ao gerador 10 pelo uso de uma montagem de baço robótico 16. Como pode ser apreciado, o metal fundido pode ser suprido ao gerador por outros meios ou meios alternativos tal como, mas não limitado a um dispositivo de transferência de uma concha, um dispositivo para inclinar o gerador 10 para despejar a carga de SLM/SSM, e/ou um aparelho de conformação ou de moldagem conhecido para aceitar a carga de SLM/SSM. O uso e o tipo de um forno para fundir uma carga de metal são bem-conhecidos na técnica, assim não serão descritos em detalhe presentemente. Do mesmo modo, a formação de uma carga de metal em um aparelho de conformação ou de moldagem é bemconhecida na técnica, assim também não será descrito em detalhe presentemente. Os tipos não-limitantes de dispositivos de processamento que incluem o uso de um forno e do aparelho de conformação ou de moldagem que podem ser usados na presente invenção são divulgados nas Patentes US n-s 7.169.350; 6.991.970; e 6.432.160, todos os quais incorporados presentemente por referência.

[0069] Referindo-se à figura 2, o gerador 10 é ilustrado como compreendendo um cadinho 20 aberto no topo adaptado para reter uma carga de metal 22 de metal fundido e ou de SML/SSM tal como, mas não limitado a alumínio ou a uma liga de alumínio. O cadinho tem uma cavidade tendo uma forma em seção transversal geral mente circular; no entanto, pode ser apreciado que outras formas em seção transversal podem ser usadas. A forma externa do cadinho também

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26/60 tem uma forma em seção transversal geralmente circular; no entanto, pode ser apreciado que outras formas em seção transversal também podem ser usadas. A área em seção transversal da cavidade do cadinho e/ou a forma externa pode ser constante ou variável. Como ilustrado na figura 2, a área em seção transversal da cavidade do cadinho e da forma externa, assim, varia no comprimento do cadinho. A cavidade afunilada do cadinho tem as vantagens de possibilitar a limpeza mais fácil da cavidade e a remoção mais fácil da carga de metal na cavidade. A forma externa afunilada do cadinho tem a vantagem de tornar o cadinho mais fácil de substituir no gerador. Como pode ser apreciado, o cadinho pode ter outras formas. A presente invenção será presentemente descrita com respeito a uma carga de liga de alumínio exemplar, embora a invenção também seja apropriada para processar outros materiais fundidos tal como, mas não limitados a, ligas ferrosas e não-ferrosas, metais preciosos, e semelhantes.

[0070] O cadinho 20 é geralmente fabricado de um material tendo uma resistência apropriada, durabilidade, e propriedades térmicas para as temperaturas e massa da carga de metal às quais o cadinho 20 será exposto. Os materiais apropriados podem incluir, mas não estão limitados a, grafita, materiais cerâmicos e refratários conhecidos, ou uma combinação de metal e grafita ou materiais cerâmicos. A extremidade aberta do cadinho 20 pode ser circunscrita por um flange de topo anular 32 transitando no cadinho 20 através de uma tampa refratária anular 34; no entanto, isto não é requerido. O flange de topo anular pode ser fornecido com um meio para fechar a abertura do cadinho para o fim de introduzir um gás inerte (isto é, nitrogênio e/ou argônio, etc.) de modo a inibir ou reduzir a formação de óxidos no material SLM/SSM; no entanto, isto não é requerido.

[0071] Estendendo-se circunferencialmente em torno do cadinho 20 está uma bobina de indução de solenoides 24 geralmente bem

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27/60 conhecida. Como pode ser apreciado, mais do que uma bobina pode estender-se pelo menos parcialmente em torno do cadinho. Em uma modalidade não-limitante, a bobina de indução 24 é resfriada internamente com um refrigerante tal como, mas não limitado a, água. Como pode ser apreciado, a bobina de indução 24 pode ser projetada para não ser resfriada por um refrigerante fluindo internamente. Como também pode ser apreciado, uma ou mais bobinas de resfriamento pode ser posicionada próxima do cadinho de modo a resfriar o cadinho em uma ou mais zonas e/ou uma ou mais bobinas de aquecimento pode ser posicionada próxima ao cadinho para aquecer o cadinho em uma ou mais zonas; no entanto, isto não é requerido. A bobina de indução 24 pode incluir um par de fios condutores de fluido de resfriamento 44, 46. Em uma modalidade não-limitante, os fios condutores de resfriamento 44, 46 podem incluir uma mangueira para limpeza pesada ou para envolver a tubulação de um cabo de cobre como o usado em equipamento de solda; no entanto, pode ser apreciado que os fios condutores 44, 46 de fluido de resfriamento podem ser formados de outros modos. A tubulação, quando usada para os fios condutores 44, 46 de fluido de resfriamento, pode compreender tubulação de cobre; no entanto, isto não é requerido. O fluido de resfriamento pode ser água W ou algum outro tipo de fluido de resfriamento. Como ilustrado na figura 1, um reservatório de fluido de resfriamento 48 pode ser usado para manter a quantidade desejada de um fluido de resfriamento fluindo através dos fios condutores 44, 46 de fluido de resfriamento. Um tubo 49 pode ser usado para suprir o fluido de resfriamento a partir do reservatório de fluido de resfriamento 48 aos fios condutores de fluido de resfriamento 44, 46 ou a bobina de indução próxima do cadinho de modo a manter a quantidade desejada de circulação do fluido de resfriamento através da bobina de indução e os fios condutores 44, 46 de fluido de resfriamento. Os fios condutores 44, 46, quando usados,

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28/60 podem ser acoplados ou conectados a um suprimento de energia 42 para possibilitar a corrente ser suprida à bobina 24; no entanto, isto não é requerido. A corrente de suprimento de energia através dos fios condutores 44, 46 e a bobina de indução 24 são alternadas em uma ou mais frequências desejadas para produzir um campo eletromagnético. Tipicamente, as frequências desejadas de corrente alternada é uma frequência alta (por exemplo, pelo menos cerca de 10 Hz); no entanto, isto não é requerido. O campo eletromagnético criado pela corrente alternada tem um efeito de aquecer a carga de metal 22 no cadinho 20. O refrigerante pode ser usado para circular através da bobina de indução 24 para manter a bobina 24 em uma temperatura selecionada enquanto o campo eletromagnético alternativo aquece a carga de metal 22; no entanto, isto não é requerido.

[0072] Em outra modalidade não-limitante, a bobina de indução 24 é espaçada do cadinho 20. Quando a bobina de aquecimento com indução é espaçada do cadinho 20, o espaçamento é geralmente uniforme; no entanto, isto não é requerido. Além disso, quando a bobina de aquecimento com indução é espaçada do cadinho 20, o espaçamento é geralmente pelo menos cerca de 0,000254 m (0,01 polegada), tipicamente pelo menos cerca de 0,000508 m (0,02 polegada) inclui, mais tipicamente menos do que cerca de 0,254 m (10 polegadas), ainda mais tipicamente cerca de 0,000127-0,127 m (0,05-5 polegadas), e ainda mais tipicamente cerca de 0,000254-0,0254 m (0,1-1 polegada). A bobina de indução 24 pode ser espaçada em uma distância uniforme do perímetro do cadinho com espaçadores refratários, que facilitam a centralização do cadinho 20 dentro da bobina 24; no entanto, isto não é requerido.

[0073] Em outra modalidade não-limitante, a altura da bobina de indução 24 pode ser selecionada para circundar o cadinho 20 inteiro, pelo menos parcialmente circundar o cadinho, e/ou estender-se além

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29/60 do topo e/ou do fundo do cadinho 20. Tipicamente, a altura da bobina de indução 24 é selecionada para circundar o cadinho 20 inteiro de modo que o aquecimento uniforme da carga de metal no cadinho pode ser obtido. A altura da bobina de indução 24 pode ser selecionada para não somente circundar o cadinho 20 inteiro, mas também para estender-se acima do topo e/ou abaixo do fundo do cadinho; no entanto, isto não é requerido. Quando a altura da bobina de indução 24 estende-se acima do topo e/ou abaixo do fundo do cadinho, as extensões do topo e do fundo podem, qualquer uma, ou ambas ser até um terço da altura do cadinho acima do topo e/ou do fundo do cadinho. Por exemplo, para uma altura de cadinho de 0,1524 m, (seis polegadas), a bobina de indução 24 pode estender-se até 0,0508 m (duas polegadas) acima do topo do cadinho e/ou até 0,0508 m (duas polegadas) abaixo do fundo do cadinho; no entanto, pode ser apreciado que a bobina de indução 24 pode ser mais do que um terço da altura do cadinho e/ou abaixo do cadinho. A extensão da bobina de indução acima do topo e/ou abaixo do fundo do cadinho facilita na obtenção do mesmo aquecimento e/ou agitação da carga de metal 22 em ambos o fundo e o topo do cadinho 20.

[0074] A bobina de indução 24 pode ser pelo menos parcialmente envolvida dentro de um material de acoplamento 26, cujo material 26 contata o perímetro circunferencial do cadinho 20. Como ilustrado na figura 2, o material de acoplamento 20 também pode contatar o fundo do cadinho 20; no entanto, isto não é requerido. O material de acoplamento, quando usado, pode compreender um material refratário seco socado ou compactado, papel de mica, um cimento do tipo refratário no local, ou algum outro material do tipo refratário apropriado para fornecer o acoplamento térmico da bobina de indução 24 com um cadinho 20. Como pode ser apreciado, outros materiais adicionais podem ser usados para o material de acoplamento 26. O acoplamento térmico

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30/60 criado pelo material de acoplamento 26 possibilita o fluxo de calor simultâneo do cadinho 20 na bobina de indução 24 resfriada com água e/ou outra bobina de resfriamento quando usada, e no aquecimento do cadinho 20 e da carga de metal fundido 22 pelo campo de indução gerado pela bobina de indução 24. Como tal, o refrigerante fluindo através da bobina de indução 24 e/ou outras bobinas de resfriamento podem ser usados para fornecer o resfriamento do cadinho 20 e a carga de metal 22 através do acoplamento térmico da bobina 24 e/ou outras bobinas de resfriamento, o material de acoplamento 26, e cadinho 20. Em outro arranjo, a bobina de indução de solenoides 24 pode ser usada para ambos resfriamento e aquecimento, assim pode ser usada para fornecer um meio de rapidamente controlar a temperatura, a viscosidade, e a fração de sólidos (fs) da carga de metal 22 no cadinho 20.

[0075] O cadinho 20 e a carga de indução 24 podem ser pelo menos parcialmente envolvidos dentro de um alojamento compreendendo um envoltório externo eletricamente não condutivo 28, protetor. O alojamento, quando usado, pode incluir uma montagem intermediária 30 de espaçadores fenólicos e placas estruturais; no entanto, isto não é requerido. Junto à extremidade fechada ou de fundo do cadinho 20, um material de acoplamento 26 pode ser fornecido com uma camada isolante 36, e uma tampa extrema 38 pode ser configurada para estender-se sobre a extremidade fechada em contato com o envoltório externo 28; no entanto, isto não é requerido.

[0076] Referindo-se novamente às figuras 1 e 2, a bobina de indução 24 é eletricamente acoplada ou conectada a um suprimento de energia de frequência variável 42 tal como, mas não limitado a, um suprimento de energia de entrada de CA trifásico de 480 volts, 150 kilowatts. Em uma modalidade não-limitante, uma faixa de frequências de saída do suprimento de energia de entrada de CA que pode ser utilizada é 10-10.000 Hz. O suprimento de energia pode ser adaptado

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31/60 para operar em uma frequência selecionada, ou em um modo de múltiplas frequências simultâneas, para melhorar a agitação e/ou a agitação para a homogeneidade e/ou para melhor controle do processo de aquecimento e de resfriamento. Por exemplo, uma frequência particular pode ser selecionada onde a taxa de resfriamento do material é o parâmetro primário, com um parâmetro secundário sendo a agitação do material para obter uma homogeneidade selecionada. Como pode ser apreciado, outros parâmetros ou parâmetros adicionais podem ser usados para selecionar a uma ou mais frequências geradas pelo suprimento de energia de entrada de CA.

[0077] A corrente alternada na bobina de indução 24 define um campo eletromagnético que cria uma corrente circulante na carga de metal 22. O fluxo de corrente alternada na bobina gera ou induz um fluxo de corrente oposto na carga de metal de condução, e dependendo da resistividade da carga de metal, faz com que a carga de metal aqueça em uma taxa de aquecimento mais rápida ou mais lenta. Como um exemplo, para uma carga de metal compreendendo 8.190 g (20 libras) de alumínio, aproximadamente 25kW de energia serão suficientes para manter o alumínio em um estado fundido. Em um arranjo não-limitante, a energia de entrada de CA trifásica pode ser convertida em uma voltagem CC e então invertida em uma energia de CA de fase única a uma frequência selecionada; no entanto, isto não é requerido. A escolha de um suprimento de energia de indução de frequência variável possibilita a frequência a ser adaptada para facilitar na conciliação da carga. As frequências mais baixas exercem uma força repulsiva eletromotriz mais alta sobre a carga de metal no cadinho.

[0078] O fornecimento da energia de indução 42 pode ser controlado por um controlador 40 compreendendo um sistema de realimentação de laço fechada baseado na voltagem, na fase de energia, e/ou na realimentação de corrente; no entanto, isto não é requerido. O sisPetição 870180024226, de 26/03/2018, pág. 36/74

32/60 tema de realimentação de laço fechado, quando usado, pode ser utilizado para manter a carga de metal 22 em um teor de calor predeterminado, fs, e/ou a viscosidade, ou uma taxa de resfriamento predeterminada durante o processamento. Em uma modalidade não-limitante, o controle do sistema pode ser baseado nas trocas no ângulo de fase de voltagem e de corrente a partir da bobina de indução. Uma vez que o ângulo de fase é independente da magnitude da corrente e da voltagem, ele pode fornecer um sinal confiável mesmo quando a energia está sendo modulada para cima e para baixo a fim de reunir um perfil de aquecimento e/ou de resfriamento ou rampa.

[0079] A bobina de indução 24 pode ser instrumentada com um ou mais sensores (não mostrados). Este um ou mais sensores são tipicamente não conectados ao suprimento de energia de indução. O um ou mais sensores podem ser projetados para monitorar um ou mais parâmetros elétricos tais como, mais não limitados a, corrente, voltagem, consumo de energia e/ou frequência. A partir da entrada do um ou mais sensores, particularmente voltagem, corrente, a resistência de carga de energia verdadeira sobre a bobina de indução, e/ou a resistividade da carga de metal pode ser determinada através de relações matemáticas. Estes cálculos podem ser efetuados por fórmulas programadas em um PLC ou outro tipo de dispositivo, que por sua vez é usado para controlar o processo de aquecimento e de resfriamento total. A capacidade de detectar a condição da carga fundida a partir da realimentação detectada a partir da bobina de indução elimina a necessidade de termopares típicos sacrificiais que são usados para controlar a maior parte do trabalho com metal da técnica anterior e os processos de moldagem.

[0080] A tabela 1 seguinte descreve os graus e os constituintes associados para as ligas de alumínio comercial mente disponíveis selecionadas. Como a tabela 1 indica, as proporções de constituintes

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33/60 podem variar entre os graus e dentro de um grau selecionado, incluindo as proporções de alumínio. Estas variações afetarão as propriedades de SLM/SSM, incluindo a temperatura liquidus, a temperatura solidus, a viscosidade em temperaturas selecionadas, a resistividade elétrica em temperaturas selecionadas, e o teor de calor nas temperaturas selecionadas.

Tabela 1. Composição dos Graus de Ligas de Alumínio Selecionadas

Grau	332.0	Α413Ό	319.0	Α356Ό	A357.2	A360. 1	384.0	7050
Composição Detalhada
Silício, %	8,5-10,5	11-13	5,5-6,5	6,5-7,5	6,5-7,5	9-10	10,5- 12	0,12
Ferro, %	1,12	1,2	1	0,2	0,12	1,3	1	0,15
Cobre, %	2-4	0,6	3-4	0,1	0,1	0,6	3-4,5	2-2,6
Manganês, %	0,5	0,35	0,5	0,1	0,05	0,35	0,5	0,1
Magnésio, %	0,5-1,5	0,1	0,1	0,2-0,45	0,45- 0,7	0,45- 0,6	0,1	1,9- 2,6
Níquel, %	0,5	2-3				0,5	0,5	1,9- 2,6
Zinco, %	1	0,5	1	0,1	0,05	0,4	3	0,08- 0,15
Estanho, %	-	-	-	-	-	0,15	0,35	-
Grau	332,0	A413.0	319,0	A356.0	A357.2	A360, 1	384,0	7050
Composição Detalhada
Titânio, %	0,25	0,25	0,25	0,25	0,04- 0,2			0,06
Outros constituintes, %	0,5		0,5	0,15	0,1	0,25	0,5	0,15
Alumínio, %	Rest.	Rest.	Rest.	Rest.	Rest.	Rest.	Rest.	Rest.

[0081] O gerador 10 pode ser projetado para controlar o resfriaPetição 870180024226, de 26/03/2018, pág. 38/74

34/60 mento da carga de metal 22 que é aquecido pelo menos na temperatura liquidus até que a carga de metal fundido alcance um estado de SLM/SSM, e pode então ser liberada em um aparelho de conformação para a fabricação de um produto selecionado. O resfriamento da carga de metal pode ser pelo menos parcialmente controlado monitorando o comportamento da resistividade da carga de metal. Este tipo de controle é baseado nos princípios em que a) a resistividade da carga de metal varia com o teor de calor e/ou a temperatura da carga de metal, b) o teor de calor e/ou a temperatura da carga de metal controla a fração de sólidos da carga de metal, e c) a fração de sólidos da carga de metal correlaciona-se com a viscosidade da carga de metal. Por último, é desejado preparar uma carga de SLM/SSM tendo uma viscosidade selecionada para uma operação de conformação selecionada. A viscosidade selecionada pode ser identificada pelo comportamento da resistividade da carga de metal como uma consequência da relação da resistividade, teor de calor, fração de sólidos, e/ou da viscosidade para uma carga de metal selecionada.

[0082] A figura 3 ilustra um teor de calor exemplar vs. curva de tempo 50 e uma temperatura exemplar associada vs. curva de tempo 52 para uma carga de metal aquecida em uma frequência e energia de entrada constante. A curva de temperatura 52 é geralmente exageradamente linear até um primeiro valor de temperatura 60, o solidus da carga, caracterizado por uma parte do platô entre o primeiro valor de temperatura 60 e um segundo valor de temperatura 64, a temperatura eutética da carga, caracterizada por um aumento moderado para um terceiro valor de temperatura 68, a temperatura liquidus da carga, e depois geralmente exageradamente linear, que representa que a liga está na forma fundida. Os períodos de tempo ti, t₂ e t₃ como representados pelos números de referência 54, 56, 58, respectivamente como associados com um período de tempo em que o metal ou a liga de mePetição 870180024226, de 26/03/2018, pág. 39/74

35/60 tal alcança a temperatura solidus, a temperatura eutética e a temperatura liquidus, respectivamente quando o metal ou a liga de metal é exposto a uma certa quantidade de energia. A parte de platô da curva representa geralmente a carga de metal em um estado SLM/SSM. Por exemplo, a liga de alumínio grau A356 tendo cerca de 7% de silício tem uma temperatura liquidus de cerca de 612Ό e um teor de calor de cerca de 260 cal/g (isto é, o valor de temperatura 68 e um teor de calor 70 no tempo t₃) e uma temperatura solidus de cerca de 557Ό e um teor de calor de cerca de 130 cal/g (valor de temperatura 60 e teor de calor 62 em ti) e uma temperatura eutética de cerca de 572Ό e um teor de calor de cerca de 225 cal/g (valor de temperatura 64 e um teor de calor 66 em t₂). O teor de calor e a temperatura podem estar correlacionados com uma massa de carga de metal selecionada de um material selecionado no gerador 10 tendo uma configuração selecionada. [0083] A figura 4 ilustra uma resistividade aumentada vs. uma curva de teor de calor 80 para uma massa de carga de metal selecionada de um material selecionado no gerador 10 tendo uma configuração selecionada.

[0084] A figura 6 ilustra uma viscosidade exemplar vs. curva de temperatura 82 para uma carga de metal compreendendo uma liga de alumínio grau A356 tendo cerca de 7% de silício. Uma faixa de viscosidade exemplar 84 para o processamento de SLM/SSM de acordo com a presente invenção corresponde a uma temperatura inicial (~ 630Ό) acima da temperatura liquidus de 612Ό, term inando em uma temperatura de SLM/SSM de cerca de 590Ό. Isto corresponde a uma viscosidade final de cerca de 4 centipoises.

[0085] A figura 7 ilustra uma temperatura exemplar vs. curva de fração de sólidos 86 para uma carga compreendendo uma liga de alumínio grau A356.

[0086] A figura 8 ilustra uma família da viscosidade vs. curvas da

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36/60 taxa de cisalhamento para uma liga de alumínio grau A356 tendo cerca de 70% de fração de sólidos (curva 88), cerca de 60% de fração de sólidos (curva 90), e cerca de 50% de fração de sólidos (curva 92). A figura 8 ilustra um decréscimo em viscosidade com um aumento na taxa de cisalhamento para todas as frações de sólidos.

[0087] Referindo-se à figura 5, a corrente alternada não somente aquece a carga 22, mas a corrente alternada também pode induzir a agitação ou mistura da carga de metal 22 no cadinho 20. A mistura não é circunferencial ou circular próxima ao eixo geométrico vertical dentro do cadinho 20. Ao contrário, a ação de mistura é toroidal, como ilustrado pelos vetores de fluxo 100. Este movimento toroidal resulta na circulação da carga de metal 22 em uma direção vertical junto ao lado interno da parede do cadinho tanto para cima como para baixo a partir do plano central da carga e retornando através do centro axial da carga de metal. Esta mistura toroidal é mais eficaz para produzir a homogeneidade da fusão na área da superfície interior do cadinho no centro da fusão no eixo geométrico vertical do cadinho do que a mistura circunferencial que não circula o material a partir da borda para o centro, mas somente nas camadas próximas ao eixo geométrico central do cadinho.

[0088] Referindo-se novamente à figura 1, o gerador 10 e os fios condutores de energia de indução de conexão 44, 46 são afixados em uma montagem 16 de braço robótico ou mecânico de múltiplos eixos geométricos (tipicamente 3 ou mais eixos geométricos). Como pode ser apreciado, o gerador 10 não deve ser conectado a qualquer tipo de montagem de braço robótico ou mecânico. Por exemplo, o gerador pode ser montado em uma posição estacionária, em íntima proximidade com a parte de recepção (manga de disparo, com ou sem canaleta) da máquina de moldagem de matriz/injeção. Quando a carga de SLM/SSM está pronta para despejar na manga de disparo, o gerador

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37/60 inclina-se para despejar a carga na manga de disparo, eliminando assim a necessidade de um dispositivo robótico; no entanto, isto não é requerido). A montagem de braço 16 ilustrada na figura 1, quando usada, pode ser adaptada para manipular o gerador 10 a uma posição para receber uma carga de metal fundido a partir de uma fonte 14 tal como, mas não limitada a, um forno de dosagem, uma bomba de metal ou uma concha. Esta posição do gerador 10 é identificada na figura 1 como a posição A. É antecipado que a carga de metal 22 deverá ser preaquecida a uma temperatura em ou acima da temperatura em ou acima da temperatura liquidus da carga de metal quando a carga de metal é despejada dentro do gerador. Após o gerador ter recebido a carga de metal, a montagem de braço 16 pode ser projetada para mover o gerador 10 para um ponto de liberação na estação de conformação enquanto o SLM/SSM é criado; no entanto, isto não é requerido. Na estação de conformação, a montagem de braço 16 pode ser projetada para inclinar o gerador 10 para liberar a carga de metal 22 na máquina de conformação 18, ou o gerador 10 pode ser adaptado com um êmbolo ou pistão para injetar a carga de metal 22 dentro da máquina de conformação 18. A posição do gerador 10 é identificada na figura 1 como a posição B. O fornecimento de energia de indução 42 pode tanto ser uma parte integral da montagem de braço 16, como remotamente localizada. Em qualquer configuração, a carga de metal 22 pode ser continuamente processada para assegurar que a temperatura e viscosidade, a fração de sólidos, e/ou as condições de fluxo laminares da carga de metal sejam mantidas nos valores selecionados. A carga de metal no gerador pode ser continuamente processada por a) monitorar a resistência do sistema de carga e/ou a resistividade da carga de metal e/ou o gerador 10, b) ajustar a energia da bobina de indução e/ou a frequência, e/ou c) ajustar o fluxo do refrigerante através da bobina de indução 24 e/ou as bobinas de resfriamento para

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38/60 resfriar a carga de metal 20 de um modo altamente controlado até a temperatura e a viscosidade selecionadas da carga de metal 20 serem alcançada, pela resistência e/ou pela resistividade. O dispositivo de detecção e de processamento de SLM/SSM da presente invenção possibilita o controle exato da taxa de resfriamento e/ou de aquecimento da carga de metal no gerador, e a determinação repetível acurada de quando a temperatura selecionada e/ou a viscosidade da carga de metal ter sido alcançada. Devido às variações nos constituintes da carga de metal, como ilustrado na tabela 1 e as variações na configuração operacional e estrutural do gerador 10, a relação entre resistividade, temperatura da carga de metal e viscosidade é geralmente determinada empiricamente. Esta relação é baseada em parte na relação empírica entre o teor de calor e a fração de sólidos como ilustrado, por exemplo, nas figuras 3 e 7. A relação entre a fração de sólidos e a viscosidade da carga de metal, como ilustrado, por exemplo, nas figuras 6 e 7, pode ser derivada da análise de amostras metalúrgicas e de dados experimentais de uma composição da carga de metal selecionada. [0089] Como resumidamente discutido acima, a temperatura e a viscosidade da carga de metal 20 no gerador 10 podem ser determinadas empiricamente por comparação às medições de resistividade e/ou de resistência. Esta relação empírica será agora discutida em mais detalhe. A relação da resistência de carga (RL) da bobina de indução à temperatura da carga de metal 22 no gerador pode ser baseada na informação que é calculada pelo uso de métodos empíricos. A base deste método é a troca na resistência de carga de metal (por exemplo, a liga de alumínio no gerador) como refletido na resposta de realimentação de uma bobina de indução alimentada circundando o gerador. A bobina de indução alimentada posicionada próxima ao gerador opera em alguma frequência alternativa conhecida (por exemplo, 10-10.000 Hz, 500-5000 Hz, etc.). Devido ao fluxo de corrente alternaPetição 870180024226, de 26/03/2018, pág. 43/74

39/60 da nos giros da bobina condutora, um campo eletromagnético alternativo é estabelecido na proximidade da bobina que induz um fluxo de corrente oposto no material de carga (por exemplo, a carga de metal 22 e o gerador, quando o gerador é formado de um material condutivo). Esta é um fluxo de corrente trocando rapidamente induzido dentro do material de carga que gera o calor e também as forças físicas que atuam na carga, que, no presente caso, causa um efeito de agitação toroidal na carga de metal fundido no gerador. Por exemplo uma força de Lorentz age na carga de metal no gerador, cuja força é derivada da equação F=(J_xyX B). Esta força representa a repulsão entre a corrente aplicada criando a densidade de fluxo magnético B, e a corrente induzida J, na carga de metal fundido.

[0090] A bobina de indução usada na presente invenção é multifuncional uma vez que ela é projetada tanto para aquecer a carga de metal no gerador como para também regular o resfriamento da carga de metal no gerador. O resfriamento da carga de metal é realizado pela condução com a água de resfriamento interno da bobina pelo gerador e qualquer material intermediário usado para isolar eletricamente a bobina de indução a partir da carga de metal e/ou do cadinho do gerador. Como declarado acima, a bobina de indução também serve como uma fonte de calor para a carga de metal devido à geração de correntes de turbilhão diretamente na carga de metal a partir da criação de campos magnéticos alternativos, que é a aplicação típica para a tecnologia de indução. Os efeitos do aquecimento e do resfriamento simultâneos permitem um controle exato e instantâneo da taxa de aquecimento e/ou de resfriamento da carga de metal no gerador.

[0091] Um sistema de indução consiste em uma fonte de suprimento de energia, meio de conciliação/sintonização de carga e a bobina que age na carga condutora. O suprimento de energia de indução de frequência média-baixa típica (PS) primeiramente cria a energia CC

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40/60 pela energia de linha trifásica de entrada de retificação e então empregando um inversor que cria uma entrada de energia alternativa de uma fase. Esta fonte de energia alternativa, para afetar a utilização de alta eficácia de energia, precisa ser conciliada, ou sintonizada na carga para criar um efeito de ressonância. Na ressonância em um circuito sintonizado, existe uma relação entre a frequência f, a capacitância C e a indutância L como a seguir: Na ressonância: f=1/(2p)*(L*C)^1/2). Quando apropriadamente sintonizado, o PS terá uma entrada que estará em uma frequência fixa. Isto reduz o impacto da variação de frequência em detecção e controle. A frequência em um sistema de indução também estabelece a profundidade eficaz de penetração da corrente induzida. A relação é baseada na seguinte fórmula: Profundidade de penetração/profundidade de referência δ=80.264 m (ρ/μί)^1/2 m (δ=3160 (ρ/μί)^1/2 polegadas); onde p é a resistividade da carga de metal, μ é a permeabilidade relativa da carga de metal, e f é a frequência da fonte de energia alternativa. Para os materiais não-magnéticos, tal como metais cerâmicos e não-ferrosos, μ=1. Embora o campo atual penetre no centro da carga de metal, a densidade de corrente induzida é maior na superfície da carga de metal ou no gerador se formada de um material condutivo, e o exponencial declina de tal modo que a profundidade de referência totaliza a maior parte do calor gerado na carga de metal.

[0092] A magnitude da saída de voltagem do PS para a bobina de indução determina o fluxo de corrente nos giros da bobina. É esta corrente alternada que cria o campo eletromagnético alternativo. A energia atual (kilowatts) na bobina é determinada pela voltagem, corrente e o fator de energia do circuito de carga. A energia é representada pela seguinte fórmula: Pc=lc*Vc*cos Θ; onde Θ é o ângulo de fase entre a corrente CA e a voltagem. O fator de energia, ou o ângulo de fase depende da interação dinâmica dos componentes de sintonização, da

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41/60 frequência de PS, da bobina de indução & do acoplamento do material de carga (por exemplo, da relação geométrica e das propriedades do material da bobina de indução). Na ressonância próxima ao circuito LCR paralelo prático, a impedância da carga é primeiramente administrada pela resistência nas linhas de transmissão, bobina de indução e carga de metal e gerador se formada de um material condutivo, assim parte da capacitância do circuito não tem nenhum componente de resistência puro. Como tal, X_L e a resistência associada R_L compreendem a relação de impedância de interesse. A parte do circuito de interesse neste caso é o ramal indutivo do circuito, em que, a resposta da carga pode ser medida. Esta relação é administrada pelas seguintes fórmulas: l_c=V/R_t; Pc=Í2*Rl; e, portanto, R_L=Pc/l²- Como pode ser apreciado, se a frequência tem um valor fixo, então as únicas variáveis que mudarão são a resistência dos componentes que são afetados pela temperatura e geometria, a saber o sistema de carga (por exemplo, @ carga de metal, cadinho e bobina de indução).

[0093] A voltagem, a corrente e a troca de toda a energia em resposta a trocas nas propriedades do material do sistema de carga (carga de metal, cadinho e bobina de indução). Estas trocas são tipicamente a temperatura relacionada à medida que o sistema de carga aquece e resfria. A propriedade do material particular do sistema de carga que é afetado pela temperatura ao mesmo tempo em que impacta as características elétricas do sistema de carga é a resistividade p, que por sua vez é refletida no sistema de carga R_L. Esta relação é representada pela seguinte fórmula: R_L=p*(l/A); onde I é o comprimento do material de carga, e A é a área em seção transversal do material junto ao comprimento I. A é assim a seção transversal da via condutiva representada por A=ô*h_L; sendo que δ é a profundidade de referência. A voltagem, a corrente e a energia também são sensíveis à quantidade e forma da carga de metal no gerador quando se refere ao acopla

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42/60 mento geométrico da bobina de indução ao sistema de carga. Portanto, a resposta de voltagem, de corrente e de energia do circuito pode ser usada para determinar quais trocas de temperatura devem ser realizadas no sistema de carga resolvendo para R_L e/ou p.

[0094] As bobinas de indução são comumente feitas de cobre e são resfriadas com água. Como tal, as trocas de temperatura na bobina de indução são mínimas; assim, sua resistividade é relativamente estável e pode ser tratada como uma constante, deste modo tendo pouco impacto sobre os parâmetros elétricos. O material de junção e de isolamento que pode ser usado entre a bobina de indução e o cadinho do gerador é tipicamente uma mistura cerâmica que é estável e os valores de resistividades de tais materiais estão em um valor tal que podem ser considerados não condutores e, assim, insignificantes. Os mesmos princípios podem ser aplicados ao cadinho do gerador se o cadinho é feito de materiais cerâmicos. No entanto, se o cadinho é um material de grafita que é condutivo, o cadinho terá um valor de resistividade que troca com os efeitos de temperatura resultantes. A carga de metal no gerador não é somente influenciada pelas temperaturas conduzidas a partir da bobina de indução e do gerador, mas a carga de metal também gera seu próprio calor indutivo interno. O calor gerado pela carga de metal depende da faixa da temperatura de operação da carga de metal e da frequência do campo eletromagnético alternativo. O aumento no calor gerado em um cadinho de grafita é aproximadamente 0,7% a uma frequência constante de 1200 Hz, e acima da faixa de temperatura de 550-650Ό. Correspondenteme nte, uma liga de alumínio A356 aumenta seu calor gerado 39,0% acima da mesma faixa de temperatura, com as mesmas condições elétricas, de aquecimento e físicas. Portanto, a contribuição da resistência de um cadinho de grafita pode ser considerada uma constante acima da faixa de temperatura de interesse que é citada acima. As trocas nas propriedades

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43/60 (resistividade) da carga de metal no gerador devido à temperatura são refletidas nos sinais de realimentação elétricos medidos na bobina de carga. No caso de metais e ligas de metais, existem transformações de fase que ocorrem durante o aquecimento do metal e da liga de metal a partir de uma condição sólida para líquida, e também no modo de resfriamento reverso. O ponto de fusão do sólido (temperatura solidus) e o ponto de fusão do líquido (temperatura liquidus) definem as temperaturas mais baixas e mais altas da faixa de fusão do metal ou da liga de metal, respectivamente. Nesta faixa para ligas não-ferrosas de múltiplas fases, estas temperaturas são com frequência difíceis de medir acuradamente e usar para detectar o grau de fusão ou fração de sólidos (fs) do metal ou da liga de metal. Além disso, a maior parte dos métodos de medição dependem de sensores em contato direto com o metal fundido e tendem a danificar e degradar com o tempo, tal como os termopares. No entanto, várias outras propriedades do material trocam de um aspecto mais normal ou quase linear nesta faixa que pode ser traduzida/correlacionada com os valores de temperatura do metal ou da liga de metal. Algumas destas propriedades de material são fs, teor de calor relativo (entalpia) e a resistividade do metal ou da liga de metal. A relação entre o teor de calor, fs vs. temperatura, e resistividade vs. temperatura pode ser usada para monitorar e/ou determinar as várias propriedades da carga de metal no gerador. Detectando a resistência (Rtot) θ/ou a resistividade a partir da realimentação elétrica da bobina de indução, vários parâmetros podem ser deduzidos com respeito à carga de metal no gerador. Por exemplo, vários princípios de indução podem ser usados para detectar e consequentemente controlar o processo (pasta) em um aspecto indireto. Como tal, uma bobina de indução de um ou mais enrolamentos pode ser usada para detectar a resposta à reação elétrica de uma carga independentemente da bobina de aquecimento/resfriamento. Uma bobina enrolada separadaPetição 870180024226, de 26/03/2018, pág. 48/74

44/60 mente, tipicamente um fio isolado fino, resfriada ou não resfriada pode ser colocada em íntima proximidade com o recipiente de carga de tal modo que ele é capaz de ser influenciado pelo campo a induzir na carga pela bobina de aquecimento/resfriamento principal; no entanto, isto não é requerido. Este arranjo é denominado detecção de corrente de turbilhão. A bobina de detecção pode ser alimentada independentemente ou não alimentada e os sinais de realimentação gerados podem ser usados no mesmo aspecto como no arranjo no caso acoplado como discutido acima para estabelecer a condição do material de carga.

[0095] Um sistema de controle de processo não-limitante específico de acordo com a presente invenção será agora descrito. O sistema de controle de processo pode incluir o uso de uma unidade Ajax TOCCO Magneto térmica Coil Monitor, um transdutor de corrente, e transformadores potenciais (PT) para medir a voltagem. Um transdutor de corrente (CT) pode ser conectado a um dos fios condutores suprindo a energia de alta frequência de 1 fase à bobina de indução. Os fios condutores dos PT’s podem ser conectados diretamente na bobina de indução, um conjunto através de todos os giros da bobina de indução e o outro conjunto através da metade dos giros da bobina de indução na metade do fundo da bobina de indução. Os sinais de CT e o primeiro PT podem ser conectados como entradas na unidade de monitoração de bobina. Como pode ser apreciado, outras configurações podem ser usadas de acordo com a presente invenção.

[0096] A carga de metal que deve ser introduzida no cadinho do gerador é mantida em um forno de fusão/retenção. Este forno de fusão/retenção é projetado para reter uma temperatura repetível e acurada (±3,0Ό) a partir de uma definição de temperatura. Qu ando a carga de metal é inserida no cadinho, o nível de energia da bobina de indução próximo do gerador (P inicial) é tal que a carga de metal no caPetição 870180024226, de 26/03/2018, pág. 49/74

45/60 dinho não começa a resfriar imediatamente, e o nível de energia da bobina de indução é tal que ela induz as forças dentro da carga de metal fundido para causar uma ação de agitação toroidal da carga de metal no cadinho. Acredita-se que a ação de agitação é importante para criar uma fusão homogênea a partir da borda do cadinho para o centro da massa de metal fundido.

[0097] O ajuste para a energia do PS é reduzido (resfriamento P) na bobina de indução para fazer com que a capacidade de resfriamento do sistema de carga supere a capacidade de aquecimento do sistema de indução, deste modo fazendo com que a carga de metal no cadinho comece a resfriar. A carga de metal continua a ser agitada durante o processo de resfriamento uma vez que a energia ainda estava sendo aplicada pela bobina de indução na carga de metal. Durante o processo de resfriamento, a carga de metal começa a esfriar rapidamente a partir da fase fundida para a fase semilíquida/sólida, passando assim através da temperatura liquidus da carga de metal. Uma vez que a temperatura liquidus está na fase de transição entre a carga de metal fundido/completamente líquido e o início de solidificação da carga de metal, as partículas de metal dos constituintes do ponto de fusão elevado começam a nuclear e dispersar por agitação dentro da massa homogênea. Esta nucleação de partículas de massa realiza-se devido à taxa de resfriamento rápida na presença da agitação da carga de metal. Tipicamente, nos sistemas de ligas de metais fundidos, o crescimento de cristais dendríticos ocorre quando a liga está em contato com a superfície estacionária resfriada, onde a agitação não está presente no banho de metal fundido. A formação da estrutura dendrítica, assim, reduz a capacidade do material de fluir nestas temperaturas e nos níveis fs e, assim, aumenta a força requerida para mover o material dentro de um molde para formar uma parte moldada. Em contraste, na forma do sistema de pasta pelo processo da presente inven

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46/60 ção, a criação de movimento livre individual, partículas particularmente redondas individuais são benéficas para o fluxo de material de pasta semissólida uma vez que elas permitem que a massa exiba uma viscosidade mais baixa do que o material dendrítico e requeira menos forças para mover o material em um molde.

[0098] A monitoração do gerador pode ser realizada monitorando a corrente elétrica CA de alta frequência, de fase única e a realimentação de voltagem a partir da bobina de indução e convertendo a realimentação em sinais 0-5 VAC pelas unidades CT e PT. Estes sinais podem então ser aplicados na unidade Ajax TOCCO Magneto térmica Coil Monitor, sendo que os sinais são multiplicados para fornecer um sinal de energia verdadeiro, comparado a uma energia aparente de modo a determinar a relação de fase, e então produzidos como sinais na escala de 0-10 Vdc para corrente de bobina (Ic), voltagem (Vc) e energia verdadeira (P_T). Esta relação é descrita pelas duas fórmulas seguintes: P_T=(lc*Vc)*cos Θ, sendo que Θ é o ângulo de fase entre a voltagem CA de alta frequência e faseadores de corrente; e Papp=(lc*Vc), sendo que (Ic) e (Vc) são os valores escalares de voltagem e corrente na bobina de indução. Os sinais de entrada a partir da unidade Ajax TOCCO Magneto térmica Coil Monitor podem ser conectados como entradas análogas ao Sistema de Controlador de Lógica Programável (PLC) no programa de controle, a energia verdadeira medida vista na bobina de indução (P_T) é dividida pelo quadrado do valor medido da corrente da bobina de indução (Ic²). Este valor dá um valor para R(Rtot=Pt/Ic²). A resistência equivalente da carga é calculada pela seguinte fórmula: Reql=Rtot-Rc-Rcr-Rb, sendo que Rc é a resistência da bobina, Rcr é a resistência do cadinho, e Rb é a resistência ao barramento da bobina. A resistência de carga atual do sistema é calculada pela seguinte fórmula: Carga R=Req1/N², sendo que N é o número de giros da bobina da bobina de indução. A resistividade

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47/60 da carga do sistema é calculada pela seguinte fórmula: pl=[Req1*hl*3160)/(2*K*rl*N²)]²*l/f, sendo que hl é o comprimento da carga, π é o valor matemático de Pi, e f é a frequência de corrente na bobina de indução. Verificou-se que o valor de (Rtot) correlaciona-se bem com o valor de resistividade p (carga). Esta correlação é ilustrada na figura 9.

[0099] Como ilustrado na figura 9, os dados de R_Tot, que são representados pela linha inferior, são muito similares e criam uma curva muito similar como os dados de pi, que são representados pela linha superior. Naturalmente, os resultados medidos correlacionam-se bem com os valores calculados. O resultado do cálculo dos valores de R(Rtot) medidos é um sinal de realimento de resistência que é repetível ciclo a ciclo e que pode ser usado como um parâmetro de controle para o aquecimento e o resfriamento da carga de metal no gerador.

[00100] A figura 10 ilustra a relação de liquidus da carga de metal. Especificamente, a figura 10 ilustra o R_Tot θ as temperaturas correspondentes. O comportamento do valor de R_Tot medido à medida que a carga de metal resfria no gerador a partir da fase líquida na região do semissólido aparece como uma taxa de troca constante negativa ligeira do valor líquido mais alto correspondendo à temperatura de liga líquida. Como o material da carga de metal resfria, ele alcança a temperatura liquidus, sendo que a nucleação das partículas sólidas começa a se realizar. Também, na temperatura liquidus, o valor de R_Tot troca de um declive ligeiro para um valor de declive negativo mais pronunciado. A razão para isto é que a carga da carga de metal está resfriando a partir de uma região de baixa troca de resistividade por troca na temperatura em uma região onde as trocas de resistividade são mais significativas por troca em temperatura. Uma vez que a carga da carga de metal é o único item no sistema que troca drasticamente, os outros componentes do sistema de processo são quaisquer constantes rePetição 870180024226, de 26/03/2018, pág. 52/74

48/60 manescentes ou estão trocando ligeiramente em um aspecto geralmente linear. Como tal, as trocas de medição são primeiramente devido à temperatura da carga de metal e da consequente troca de resistência.

[00101] O uso deste sinal de Carga R ou Rtot para controle realiza-se no PLC. O sinal de Carga R ou Rtot calculado pode ser trilhado como um primeiro derivado com respeito ao tempo. Quando a carga de metal líquido é inicialmente despejada no cadinho do gerador, o valor da energia na bobina de indução é reduzido para um valor predeterminado permitindo que a carga de metal no cadinho comece a resfriar. Uns poucos segundos são tipicamente permitidos para o sinal estabilizar e para o estabelecimento do valor de d(R)/dt e a monitoração deste valor. Quando a carga de metal resfria na temperatura liquidus, a taxa de troca de temperatura reduz à medida que o material se torna semissólido. Correspondentemente, o sinal de resistência troca também. No entanto, a troca em resistência é tal que o d(R)/dt diminui. Esta troca em resistência na temperatura liquidus pode ser usada no esquema de controle como um ponto de referência inicial para determinar o grau da condição do semissólido, fs, e os requisitos de controle; no entanto, isto não é requerido.

[00102] O PLC pode ser programado para efetuar uma inspeção de tempo interativo e a verificação do acesso de magnitude do sinal na troca em resistência ocorre. Esta verificação funciona como a verificação de que a troca vista é real e não uma resposta a ruído de sinal aleatório (variação). A Carga R ou o sinal Rtot verificados podem ser medidos e continuam a diminuir em valor até um AR=(R_Liq-R) predefinido ser obtido. O valor de R predefinido pode ser escolhido como representativo do sólido da fração desejado da carga de metal para a operação de conformação subsequente. Como pode ser apreciado, o valor da realimentação de resistência, que reflete a temperatura/fs,

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49/60 tende a algum grau de variação durante o resfriamento da carga de metal.

[00103] A variação resultante no período do ciclo de resfriamento da carga de metal no gerador introduzirá variações a jusante no processo de conformação, e consequentemente introduzirá os problemas potenciais relativos à qualidade e defeitos das partes que são formadas na máquina de conformação. Um processo de correção pode ser efetuado no PLC que mede o sinal de realimentação dR/dt e calcula o tempo de ciclo projetado real e então compara este valor ao tempo de ciclo alvo. Baseado neste tempo projetado, um novo nível de energia de resfriamento pode ser determinado e inserido no suprimento de energia de alta frequência. Como um resultado desta correção, uma taxa de resfriamento que chega no tempo de ciclo alvo à medida que o valor de R alcança o Ralvo predefinido pode ser obtida de modo a não impedir a liberação da carga de metal a partir do gerador para a máquina de conformação.

[00104] Um controle ativo adicional pode ser usado para auxiliar na obtenção do tempo de ciclo repetível, tal como um segmento de Retenção do programa PLC. Se o valor de Ralvo θ obtido antes da janela do tempo de ciclo estar concluída, então o programa pode ser projetado para efetuar um controle de PID interno com o valor alvo (Ralvo) como uma definição. O controle manterá o valor de R alvo até o tempo de ciclo estar concluído. Quando as condições de Ralvo θ de tempo de ciclo são satisfeitas, o sinal para despejar é dado ao sistema de processo e o mecanismo de inclinação despeja os conteúdos do gerador diretamente no receptor ou manga de disparo do dispositivo de conformação. O dispositivo de conformação pode ser uma máquina de moldagem de matriz (tanto uma unidade horizontal como vertical), gravidade da máquina de moldagem semipermanente, molde de areia ou outra configuração. Geralmente uma máquina de moldagem de matriz

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50/60 é usada, a qual pode beneficiar-se do controle de troca de pasta e dos tempos de ciclo curtos, que podem levar à produtividade aumentada. Ao mesmo tempo como ocorre o aumento em produtividade, a qualidade do produto será melhorada pela estrutura de fs do material de pasta elevado.

[00105] Referindo-se agora à figura 11, é ilustrado um diagrama de fluxo de processo ilustrando um arranjo de processo não-limitante de acordo com a presente invenção. A primeira etapa do processo de controle é iniciar o ciclo de processo. A etapa seguinte é definir o nível de energia de resfriamento para a bobina de indução. A etapa seguinte é preencher o cadinho do gerador com uma carga de metal fundido. No momento em que o cadinho está sendo preenchido com uma carga de metal fundido a partir de um forno, o nível de energia na bobina de indução é suficiente para prevenir a temperatura da carga de metal fundido de cair abaixo da temperatura liquidus da carga de metal; no entanto, isto não é requerido. Geralmente, o nível de energia na bobina de indução é inicialmente definido, assim existe muito pouca queda de temperatura na carga de metal fundido à medida que a carga de metal fundido é transferida do forno para o cadinho no gerador. Uma vez que o cadinho é preenchido em um nível desejado com a carga de metal fundido, a próxima etapa de processo ilustrada na figura 11 é para resfriar a carga de metal no cadinho para a temperatura liquidus da carga de metal. Para cada tipo de metal ou de liga de metal que constitui a carga de metal, existe uma temperatura liquidus específica para tal troca. A resistividade da carga de metal na temperatura liquidus é indicada no diagrama de fluxo como R|_iq. Durante o processo de resfriamento da carga de metal na temperatura liquidus, a resistência de carga no interior da bobina de indução (por exemplo, a carga de metal mais o cadinho, se o cadinho é formado de um material conectivo) é detectada (R) e pode ser registrada. O 1^s derivado da resistência

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51/60 detectada (R) com respeito ao tempo é monitorado. A tendência deste 1° derivado na fase completamente fundida da liga é ligeiramente positiva. Quando o ponto liquidus da liga é alcançado, o 1- derivado de R refletido tem tendência negativa. A troca no derivado é verificada pela programação das várias condições de acesso ao PLC que determinam além de qualquer ruído de sinal que o ponto liquidus foi alcançado. Uma vez que se verificou que a carga de metal no cadinho alcançou a temperatura liquidus, o segundo estágio do processo começa, sendo que a carga de metal é resfriada abaixo da temperatura liquidus, mas acima da temperatura solidus. Uma nova definição de resistência de carga R_ai_vo θ calculada no sistema de controle. Um valor predefinido de um AR é usado junto com o R|_iq para determinar o R_aivo- O Raivo θ relativo ao valor detectado de R|_iq. Esta nova indicação de resistência de carga R_ai_vo representa uma certa temperatura para a carga de metal, sendo que a carga de metal tem uma certa fração de sólidos e fração de líquido que são desejáveis para liberar para uma máquina de moldagem ou de conformação. O nível de energia na bobina de indução pode ser ajustado ou lido a partir de um PLC durante o segundo estágio de resfriamento da carga de metal de modo que a carga de metal está na temperatura desejada e inclui a fração de sólidos e a fração de líquidos no momento em que a carga deve ser liberada na máquina de moldagem ou de conformação. Como tal, o nível de energia na bobina de indução pode ter que ser 1) ainda reduzido para aumentar a taxa de resfriamento da carga de metal no cadinho, e/ou 2) aumentado para diminuir a taxa de resfriamento da carga de metal no cadinho. Como pode ser apreciado, o nível de energia na bobina de indução pode ser ajustado uma ou mais vezes durante o segundo estágio de resfriamento da carga de metal de modo a encontrar o tempo-alvo da carga de metal a ser liberado a uma máquina de moldagem ou de conformação. Durante o segundo estágio de resfriamento, a resistência de carga da

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52/60 bobina de indução é detectada (R), e pode ser registrada. A resistência detectada é então comparada à segunda definição R_ai_vo da resistência. Se a resistência R detectada é igual a R_aiv₀> então a carga de metal é determinada estar na temperatura desejada e ter a fração de sólidos e de líquidos desejada, assim, pode ser despejada dentro ou de outro modo depositada em uma máquina de moldagem ou de conformação. Se a máquina de moldagem ou de conformação não estiver pronta para aceitar a carga de metal, o sistema de processo da presente invenção pode ser projetada para manter a carga de metal no cadinho em Ralvo até a máquina de modelagem ou de conformação poder aceitar a carga de metal. Se a resistência detectada da carga da bobina de indução não é igual à indicação de resistência Ralvo. o nível de energia para a bobina de indução é diminuído, aumentado ou mantido para fazer com que a resistividade detectada R aborde Ralvo- Várias técnicas matemáticas podem ser usadas para determinar a taxa em que a resistência detectada R está abordando Ralvo θ se a tendência da resistência R para Ralvo detectada com o tempo está correta ou requer ajuste trocando o nível de energia na bobina de indução. Como ilustrado no diagrama de fluxo do processo, a resistência detectada, R, é comparada a Ralvo até os dois valores serem iguais. Pretende-se que os métodos de programação de controle para este processo idealmente possibilitem a condição Ralvo do material ser alcançada simultaneamente com o tempo de ciclo desejado da máquina de conformação. Uma vez que a carga de metal é despejada ou de outro modo depositada dentro de uma máquina de moldagem ou de conformação, o processo de controle é concluído e um novo processo pode ser iniciado.

[00106] Referindo-se agora à figura 12, é ilustrada uma ilustração simplificada não-limitante para processar uma carga de metal de acordo com a presente invenção. A primeira fotografia ilustra uma carga de

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53/60 metal fundido sendo despejada em um cadinho de um gerador. A temperatura da carga de metal neste ponto está acima da temperatura liquidus. O modo em que a carga de metal é transportada para o cadinho a partir do forno não é limitante. O tipo de forno usado para fundir a carga de metal também não é limitante. Uma vez que a carga de metal é depositada dentro do cadinho, a carga de metal é agitada e resfriada até a carga de metal alcançar a temperatura liquidus da carga de metal. Esta etapa de processo é a mesma ou similar ao primeiro estágio de resfriamento como discutido acima com respeito ao diagrama de fluxo do processo ilustrado na figura 11. A partir do momento em que a carga de metal é depositada no cadinho até o tempo em que a carga de metal é removida do cadinho, um sistema de controle de processo é usado para controlar a taxa de resfriamento da carga de metal no cadinho, a temperatura da carga de metal no cadinho, e a fração de sólidos e de líquido da carga de metal no cadinho. Um exemplo não-limitante de um sistema de controle de processo que poderia ser usado é ilustrado na figura 11. Este sistema de controle de processo é ilustrado como Controle de Processo Ativo na figura 12. Em um arranjo não-limitante, o Controle de Processo Ativo inclui o uso de (3) valores predefinidos para a energia de alta frequência na bobina de indução, a saber: 1) um valor predefinido no momento em que a carga de metal é despejada dentro do cadinho, 2) um valor predefinido para o ciclo de resfriamento da carga de metal no cadinho, e 3) um valor predefinido para a carga de metal no momento em que a carga de metal deve ser removida do cadinho. O Controle de Processo Ativo pode incluir vários modos de operação. Um modo de operação é um Modo Alvo de Tempo de Ciclo que é usado para identificar a taxa de resfriamento (dR/dt) após a carga de metal ser resfriada em sua temperatura liquidus. O Modo Alvo de Tempo de Ciclo é projetado para trocar a energia de resfriamento na bobina de indução para permitir

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54/60 que Ralvo seja obtido ao mesmo tempo como o Alvo de Tempo de Ciclo. Outro modo de operação é um Modo de Retenção. O Modo de Retenção é projetado para permitir que o valor Ralvo seja mantido constante variando a energia de resfriamento na bobina de indução por um laço de controle de PID baseado em PLC até o Alvo de Tempo de Ciclo ser alcançado. Outro modo é um Modo 1 de Detecção do Nível de Carga. Este Modo 1 de Detecção do Nível de Carga é projetado para possibilitar uma determinação da quantidade de carga de metal no cadinho após ser despejada no cadinho. Uma vez que o valor de Carga R ou Rtot θ estável e relativamente constante durante o resfriamento em fase líquida da carga de metal; a quantidade da carga de metal no cadinho trocará a geometria da carga de metal de tal modo que nível de sinal de Carga R ou Rtot pode refletir a quantidade de carga de metal no cadinho. O PLC, baseado no nível de Carga R ou Rtot, em qualquer caso pode aceitar a carga de metal como dentro dos limites do processo, abortar o ciclo se a carga de metal é material demasiado ou muito pouco para obter uma operação de conformação de qualidade, repetível. Outro modo é o Modo 2 de Detecção do Nível de Carga. O Modo 2 de Detecção do Nível de Carga é projetado para utilizar a mesma lógica de detecção do nível de carga de metal como o Modo 1 de Detecção do Nível de Carga. Modo 2 de Detecção do Nível de Carga é projetado para preparar uma decisão, baseada nos dados empíricos de dT/dt versus volume em um dado nível de energia e temperatura de metal, se para definir a energia de resfriamento do nível de indução ascendente ou descendente para projetar um tempo alvo razoável para R_Tot ocorrer, ou o alvo do tempo de ciclo inteiro ocorrer. Outro modo é um Modo de Compensação de Temperatura de Fusão. O Modo de Compensação de Temperatura de Fusão é projetado para determinar um nível de energia de resfriamento inicial baseado na temperatura de entrada da carga de metal líquido. Se a carga de metal

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55/60 líquido é mais fria do que o valor definido, um ajuste de energia proporcional ascendente será definido para permitir que R_Liq ocorra em uma janela de tempo aceitável, e o tempo de ciclo total ocorra em uma janela de tempo razoável. Este modo mantém todos os outros modos de controle possibilitando as trocas de energia drásticas para suas ações de compensação. Um ou mais destes modos pode ser usado no Controle de Processo Ativo da presente invenção. Como pode ser apreciado, outros modos de controle adicionais podem ser usados na presente invenção. Uma vez que a carga de metal no cadinho está em Ralvo θ em ísalvo. ^a carga de metal pode ser despejada ou de outro modo ejetada do cadinho para dentro de uma manga de disparo ou outro receptáculo de uma máquina de moldagem de matriz ou de conformação, como ilustrado na figura 12. A carga de metal é então formada dentro de uma parte da moldagem de matriz. O cadinho pode ser reabastecido com um novo metal fundido a partir do forno e o Controle de Processo Ativo pode ser repetido para a nova carga de metal.

[00107] Como discutido acima, o gerador 10 pode ser projetado para efetuar uma ou mais das seguintes funções:

[00108] A detecção contínua ou a detecção periódica da condição de SLM/SSM começando com a introdução da carga de metal fundido 22 no gerador 10 e terminando com a liberação do SLM/SSM processado em uma máquina de conformação, isto é, uma manga de disparo, um jito, um funil, e semelhantes.

[00109] O controle do resfriamento, do aquecimento e/ou da agitação de SLM/SSM para assegurar que o material liberado na máquina de conformação é de condição repetível, térmica consistente, microestrutural e/ou viscosa.

[00110] A transferência da carga de metal 22 para um dispositivo de conformação diretamente do gerador 10 sem uma etapa de recipiente interveniente ou de transferência. O gerador 10 pode ser mecanicaPetição 870180024226, de 26/03/2018, pág. 60/74

56/60 mente desacoplado tanto da fonte de metal fundido e/ou da máquina de conformação; no entanto, isto não é requerido.

[00111] Um aspecto não-limitante do gerador 10 é a capacidade de detectar remotamente a condição da carga de SLM/SM, e/ou controlar o processo de aquecimento e/ou de resfriamento baseado na realimentação do aparelho de detecção sem contato, isto é, a bobina de indução 24. Adicionalmente ou alternativamente, um sinal de realimentação pode ser obtido a partir de uma segunda bobina não alimentada (não mostrada) em íntima proximidade com a carga de metal fundido 22. A unidade de energia de indução pode compreender um controlador 40, como ilustrado na figura 1, que é adaptado com a eletrônica de condicionamento de sinal projetada para monitorar continuamente ou periodicamente a carga da bobina de indução e/ou a bobina não alimentada. Na maior parte dos casos, a carga compreenderá a bobina de indução 24 e o material condutivo monitorado pela bobina 24. O material condutivo pode compreender uma carga de SLM/SSM 22 no cadinho 20, e pode compreender adicionalmente o cadinho 20 por si mesmo se o material do cadinho for condutivo, por exemplo, grafita ou metal. Em outra modalidade alternativa e/ou não-limitante, o gerador 10 pode ser configurado com uma bobina de indução que é afunilada nos locais selecionados junto a seu comprimento; no entanto isto não é requerido. Esta configuração possibilita que as partes selecionadas da bobina sejam seletivamente energizadas a fim de fornecer um grau adicional de controle ao gerador 10. Especificamente, a parte da bobina energizada pode ser selecionada baseada no tamanho da carga de metal, com comprimentos mais curtos da bobina energizados para quantidades menores da carga de metal no cadinho. Ainda em outra modalidade alternativa e/ou não-limitante, diferentes geradores 10 tendo diferentes comprimentos de bobina podem ser utilizados para as cargas de metal de massa diferentes; no entanto, isto não é requerido.

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57/60 [00112] As trocas eletricamente detectadas na carga são devido às trocas térmicas e às trocas metalúrgicas na carga de metal fundido à medida que ela tanto resfria como aquece. Uma das trocas é a troca de resistividade na carga de metal, que produz uma troca na voltagem da bobina de indução. Esta voltagem pode ser usada como um sinal de realimentação para controlar o processo de aquecimento/resfriamento da carga de metal no cadinho. Usando os aspectos de condicionamento de sinal no sistema de controle de indução, esta voltagem e/ou outros sinais disponíveis refletindo a condição da carga de metal pode ser usada para modular e controlar o processo físico de resfriamento, aquecimento, e/ou manter a condição da carga de metal no gerador. Muitos sistemas de controle de indução têm a capacidade adicionada para gerar e trilhar um sinal mesmo quando modulando a saída de energia. Portanto, o controle do processo de SLM/SSM pode ser projetado para ser um sistema de controle contínuo, sem contato (isto é, nenhum termopar requerido na carga de metal e/ou na parede do cadinho), e/ou ser capaz de ajustamento em um ponto de operação desejado enquanto liberando a carga de metal na estação de conformação.

[00113] Outra modalidade não-limitante do dispositivo e sua aplicação é o uso do gerador 10 em combinação com os outros métodos de produção de SSM/SLM. Por exemplo, o gerador 10 pode ser operativamente combinado com um dispositivo que pode iniciar o processo de nucleação. O gerador 10 pode ser utilizado para manter uma temperatura de fusão homogênea. Após a nucleação, a mistura de SLM/SSM nucleada pode ser ainda resfriada e mantida nas condições de liberação controladas pelo gerador 10.

[00114] O gerador 10 também pode ser projetado para controlar a liberação da carga de metal 22 em uma condição cuidadosamente controlada na estação de conformação 18. Dependendo do projeto da

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58/60 máquina de conformação, e de seu receptáculo de carga, o gerador 10 pode tanto ser inclinado para despejar a carga de metal dentro de uma manga de disparo verticalmente ou horizontalmente orientada, tal como tipicamente usado em uma máquina de moldagem de matriz, como um dispositivo de conformação de molde permanente de baixa pressão. Em um processo de conformação que requer que a carga de metal seja altamente viscosa, similar a um tarugo de SSM, a carga de metal pode ser processada no gerador 10, e o gerador pode liberar a carga de metal dentro de uma manga especializada adaptada para receber o tarugo conformado de SLM/SSM mais altamente viscoso (por exemplo, tarugo na forma cilíndrica, etc.). O gerador 10 pode ser adaptado com o refratário de fundo vedado ou um êmbolo de metal que pode funcionar como um pistão físico para ejetar a carga de metal 22 a partir do cadinho 20, e ser acoplado com o cilindro hidráulico para funcionar como uma haste de disparo integral e ponto de pistão; no entanto, isto não é requerido.

[00115] Devido ao gerador 10 ser alimentado por indução, qualquer resfriamento ou congelamento não pretendido que possa ocorrer no cadinho pode ser removido por fusão. A capacidade do gerador 10 aquecer também pode ser utilizada para prevenir o acúmulo de crostas ou cascões de óxido solidificados no cadinho 20, cujas crostas e cascões podem causar defeitos no produto tal como inclusões présolidificadas. A capacidade do gerador 10 auto limpar-se sem o uso de um dispositivo de contato físico separado é muito vantajosa.

[00116] Uma modalidade não-limitante alternativa do gerador 10 é que ele pode ser parte de uma unidade completamente acoplada. Um gerador acoplado pode ser adaptado para aceitar uma carga de metal medida através de um tubo de transferência aquecido, diretamente a partir de um forno de dosagem ou de uma bomba de metal fundido. A carga de metal fundido pode ser projetada para passar através de um

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59/60 gerador, sendo que a carga de metal é resfriada e agitada como no gerador descrito acima. A bobina de indução pode ser uma bobina de solenoides única alimentada por um gerador de frequência única, ou uma bobina independente enrolada em triplo suprida por um gerador de indução de frequência trifásico para melhorar o movimento do metal através da parte do gerador. A carga de metal pode ser mantida na parte do gerador em uma condição controlada. Quando o ciclo de processo chama SLM/SSM para ser injetado, o dispositivo de suprimento de metal (por exemplo, a bomba ou unidade de dosagem) é atuado, e a parte do gerador permite ou faz a carga de metal prosseguir em um conduite aquecido e para dentro de uma câmara de conformação ou de injeção à medida que um novo volume de metal fundido é introduzido dentro da parte do gerador. Este método é apropriado para a estação de conformação indicada que produz as partes de SLM/SSM exclusivamente.

[00117] O dispositivo de detecção e de processamento de metal semilíquido da presente invenção fornece a capacidade de controlar precisamente o processo de resfriamento e/ou de aquecimento para uma carga de metal no gerador pela taxa de resfriamento e condição final, que possibilita a liberação de uma carga de SSM/SLM em um aspecto repetível em um dispositivo de conformação, mesmo no caso de um retardo de ciclo ou interrupção da produção. Este arranjo é um aspecto único do gerador 10 que não está atualmente disponível a partir dos dispositivos de SLM/SSM da técnica anterior.

[00118] O gerador 10 pode ser projetado para ser relativamente fácil de operar, e não requerer treinamento extenso, e/ou ser capaz de liberar do receptáculo, a carga de metal consistente em uma estação de conformação. A detecção e controle sem contato, bem como a capacidade de controlar completamente o comportamento térmico da carga de metal no gerador possibilitam um processo de produção alPetição 870180024226, de 26/03/2018, pág. 64/74

60/60 tamente eficiente e eficaz. O gerador 10 pode ser prontamente incorporado em uma linha de produção, e pode ser projetado para ser facilmente mantido simplesmente trocando as unidades do gerador no braço robô.

[00119] Assim, será visto que os objetivos descritos acima, entre os aparentes feitos a partir da descrição precedente, são eficazmente obtidos, e uma vez que certas trocas podem ser feitas nas construções descritas sem sair do espírito e escopo da invenção, é pretendido que toda a matéria contida na descrição acima e mostrada nos desenhos anexos será interpretada como ilustrativa e não em um sentido limitante. A invenção foi descrita com referência às modalidades preferidas e alternativas. As modificações e alterações serão evidentes aos versados na técnica quando da leitura e compreensão da discussão detalhada da invenção fornecida presentemente. Esta invenção pretende incluir todas estas modificações e alterações desde que elas venham dentro do escopo da presente invenção. Também deve ser compreendido que as seguintes reivindicações são pretendidas para cobrir todos os aspectos genéricos e específicos da invenção presentemente descrita e todas as declarações do escopo da invenção, que, como uma matéria de linguagem, serão consideradas estar entre elas. A invenção foi descrita com referência às modalidades preferidas. Estas e outras modificações das modalidades preferidas bem como outras modalidades da invenção serão óbvias a partir da presente descrição, em que a matéria descritiva acima deve ser interpretada meramente como ilustrativa da invenção e não como uma limitação. É pretendido incluir todas tais modificações e alterações desde que elas venham dentro do escopo das reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para monitorar, determinar, controlar, ou combinações dos mesmos, pelo menos uma propriedade de um material fundido ou semifundido em um recipiente de material que é submetido a um campo eletromagnético formado por pelo menos uma bobina de indução, de modo a controlar uma taxa de resfriamento do material no recipiente de material, o método incluindo as etapas de:

inserir o material fundido ou semifundido em uma cavidade do recipiente de material, a cavidade pelo menos parcial mente cercada por pelo menos uma bobina de indução;

aplicar energia a pelo menos uma bobina de indução, em que a pelo menos uma bobina de indução aquece, resfria, ou combinações dos mesmos, o material;

caracterizado por:

detectar diretamente, detectar indiretamente, ou combinações dos mesmos, pelo menos um parâmetro elétrico à medida que a energia é aplicada a pelo menos uma bobina de indução, a detecção do pelo menos um parâmetro elétrico é obtida a partir de i) realimentação a partir da pelo menos uma bobina de indução; ii) informação a partir de uma bobina de solenoide na proximidade da pelo menos uma bobina de indução, ou combinações dos mesmos;

determinar pelo menos um a partir do grupo que consiste em: uma resistência de carga no interior de uma região pelo menos parcialmente cercada pela bobina de indução, uma resistividade do material, uma temperatura do material, uma fração de sólido do material, uma fração de líquido do material, e combinações das mesmas baseadas pelo menos parcial mente no pelo menos um parâmetro elétrico detectado, de modo a controlar uma taxa de resfriamento do material no recipiente de material;

usar o parâmetro elétrico detectado para controlar pelo

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2/4 menos parcialmente a temperatura do material, a fração de sólidos do material, a fração de líquido do material, ou combinações das mesmas no recipiente de material; e inserir o material no recipiente de material a uma temperatura acima de uma temperatura solidus do material.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material é alumínio puro ou uma liga de alumínio, a liga de alumínio incluindo pelo menos 77,55 % em peso de alumínio e pelo menos dois metais selecionados a partir do grupo que consiste em cobre, ferro, magnésio, manganês, níquel, silício, estanho, titânio e zinco.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material é pelo menos parcialmente agitado no recipiente de material por um campo eletromagnético gerado por pelo menos uma bobina de indução.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui a etapa de usar o pelo menos um parâmetro elétrico detectado para controlar pelo menos parcialmente um nível de energia a pelo menos uma bobina de indução.
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a etapa de controlar o nível de energia é usada para controlar uma redução da temperatura do material para uma temperatura maior do que uma temperatura solidus do material de modo que o material tem uma determinada fração de sólido e fração de líquido logo antes de um momento em que o material é despejado a partir de ou ejetado do recipiente de material.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui a etapa de monitorar continuamente ou periodicamente pelo menos um parâmetro elétrico detectado enquanto o material está no recipiente de material para rastrear uma tendência de

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3/4 temperatura do material no recipiente de material.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui a etapa de determinar um derivado do pelo menos um parâmetro elétrico detectado como uma função de tempo e usar o derivado para determinar pelo menos parcialmente uma tendência da temperatura ao longo do tempo do material no recipiente de material.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui a etapa de definir um parâmetro elétrico alvo e controlar o nível de energia na pelo menos uma bobina de indução de modo que a temperatura do material no recipiente de material obtém uma determinada temperatura para igualar o pelo menos um parâmetro elétrico detectado ao parâmetro elétrico alvo.
9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui a etapa de definir um tempo de ciclo alvo e controlar o nível de energia na pelo menos uma bobina de indução de modo que a temperatura do material no recipiente de material obtém uma determinada temperatura em um período de tempo que é igual ao ciclo de tempo alvo, o ciclo de tempo alvo pode ser um valor fixo ou ajustável.
10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui a etapa de depositar o material em uma máquina de conformação ou de moldagem após o material no recipiente de material ter alcançado um a partir do grupo que consiste em: uma temperatura desejada, fração de sólidos, e combinações das mesmas.
11. Método para determinar, monitorar, controlar, ou combinações dos mesmos, pelo menos uma propriedade de um material fundido ou semifundido que é submetido a um campo eletromagnético formado por pelo menos uma bobina de indução, de modo a controlar uma taxa de resfriamento do material fundido ou semifundido em um recipiente de material, o método incluindo as etapas

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4/4 de:

inserir o material fundido ou semifundido em uma cavidade do recipiente de material, a cavidade pelo menos parcial mente circulada por pelo menos uma bobina de indução;

aplicar energia a pelo menos uma bobina de indução, a pelo menos uma bobina de indução funciona como um dispositivo de aquecimento, um dispositivo de resfriamento, ou combinações dos mesmos do material; e caracterizado por:

usar a pelo menos uma bobina de indução para pelo menos parcialmente manter uma temperatura constante do material no recipiente de material por um período de tempo, para pelo menos parcialmente aumentar uma temperatura do material no recipiente de material por um período de tempo, para pelo menos parcialmente diminuir uma temperatura do material no recipiente de material por um período de tempo, e para pelo menos parcialmente proporcionar que o material no recipiente de material seja agitado por um período de tempo, de modo a controlar uma taxa de resfriamento do material no recipiente de material.