BRPI0707959A2

BRPI0707959A2 - aquecimento por indução para controlar o aplanamento de chapa laminada

Info

Publication number: BRPI0707959A2
Application number: BRPI0707959-1A
Authority: BR
Inventors: William J Beck; Srinivas S Garimella; Michael A Globig; Mark E Puda; Michael A Ringle; Frederic J Schultheis; Neal R Vernon
Original assignee: Alcoa Inc
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2011-05-17
Also published as: WO2007095646A1; EP1991375A1; AU2007214429A1; CN101384382A; US20070193322A1

Abstract

AQUECIMENTO POR INDUçãO PARA CONTROLAR O APLANAMENTO DE CHAPA LAMINADA. A presente invenção refere-se a um sistema para laminar chapa de metal (1) apresentando um aplanamento substancialmente uniforme, que inclui um laminador incluindo um par de roletes de trabalho (5) para reduzir a espessura de uma tira de metal, um aparelho de aquecimento por indução (1Oa) próximo a pelo menos um rolete (5), macacos de flexão corresponden- do a cada dos roletes (5), e um sistema de borrifo refrigerante (25) próximo aos roletes (5); um dispositivo de medição de aplanamento (15) posicionado para medir um diferencial no aplanamento da tira de metal; e uma interface de controle de laminador (30) conectada entre o dispositivo de medição de aplanamento (15) e os atuadores do laminador, a interface de controle de laminador (30) sendo configurada para acionar o aparelho de aquecimento de indução (lOa), os macacos de flexão e o sistema de borrifo refrigerante (25) para substancialmente eliminar diferenciais de aplanamento no aplana- mento da tira de metal, O aparelho de aquecimento de bobina de indução (1Oa) é configurado para eliminar alta-tensão nas bordas da tira causada pelos gradientes de temperatura nos rolos de trabalho (5) nas bordas da tira de metal.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "APLICAÇAODE AQUECIMENTO POR INDUÇÃO PARA CONTROLAR O APLANA-MENTO DE CHAPA EM LAMINADORES A FRIO".

Referência Cruzada aos Pedidos Relacionados

A presente invenção reivindica o benefício do Pedido de PatenteProvisório Norte-americano 60/774.974, depositado em 17 de fevereiro de2006, os conteúdos totais e a descrição do qual são aqui incorporados parareferência, conforme integralmente explicado aqui.

Campo Da Invenção

Em uma concretização, a invenção refere-se à laminação a frio,e a um método de aperfeiçoar o aplanamento de chapa em chapas de metallaminadas a frio utilizando o aquecimento por indução.

Antecedentes da Invenção

Produtos em tira compostos de metal, tal como alumínio, sãotipicamente laminados em cadeiras de Iaminador de quatro ou de seis rolos.

Os métodos anteriores para formar tiras de alumínio não permitiam laminar atira uniformemente sobre toda sua largura, e não permitiam prover produtoslaminados livres de ondulações de aplanamento indesejáveis na área inter-mediária, na área de borda ou no quarto de área da tira. Esforços internosirregularmente distribuídos resultantes do processamento do material com osmétodos anteriores tipicamente resultam em rachadura de borda, onde asrachas de borda precisam ser descartadas, resultando na eliminação e nodescarte de seções do produto laminado. A rachadura de borda no meio deuma bobina pode exigir o descarte de toda a bobina.

Sumário da Invenção

Em geral, de acordo com a invenção, em uma concretização, éprovido um método de formar chapa de metal que emprega o aquecimentopor indução para termicamente expandir as porções do diâmetro de um rolode trabalho singular em resposta às medições de aplanamento tomadas datira de metal a jusante do rolete de trabalho. O método inclui:a laminação de uma chapa de metal entre um par de roletes detrabalho para formar um produto laminado;a medição da distribuição de tensão do produto laminado deuma porção central do produto laminado para pelo menos uma porção deborda do produto laminado; e

o ajuste de uma temperatura em um rolete singular do par deroletes de trabalho para prover um diâmetro de borda do rolete singular queseja maior do que um diâmetro central do rolete de trabalho singular, quandoa tensão de pelo menos uma porção de borda do produto laminado for maiordo que a tensão da porção central do produto laminado.

Em uma concretização, o ajuste da temperatura do rolete singu-lar inclui o aquecimento seletivo das porções de borda do rolete de trabalhopara termicamente expandir as porções do rolete de trabalho corresponden-do à borda longitudinal da tira de metal para ter um maior diâmetro do que aporção central do rolete de trabalho para prover um rolete de trabalho apre-sentando um diâmetro não-uniforme ao longo de sua largura. Em uma con-cretização, o aquecimento indutivo é empregado para ajustar a temperatura,o aquecimento indutivo sendo provido por bobinas de aquecimento por indu-ção que aplicam calor às porções dos roletes de trabalho que correspondemà porção da superfície de contato entre o rolete de trabalho e borda longitu-dinal da tira de metal que é laminada. A superfície de contato entre o roletede trabalho e a tira de metal é denominada de superfície de trabalho. Emuma concretização, o ajuste da temperatura no rolete singular inclui duasbobinas de aquecimento por indução posicionadas próximas ao rolete detrabalho singular, onde o calor aplicado por cada bobina de aquecimento porindução apresenta uma magnitude que ajusta a expansão térmica ao longode um comprimento do eixo de um dos roletes de trabalho, de tal modo queo efeito sobre a abertura do rolo da coroa térmica em ambos os roletes sejacompensado por completo.

Em uma concretização, as medições de tensão são providas poruma barra de aplanamento posicionada a jusante dos roletes de trabalhoque estão em contato com pelo menos uma superfície do produto laminadodepois de ser laminado pelos roletes de trabalho. A barra de aplanamentopode incluir uma pluralidade de varetas de prova que ficam em contato coma superfície superior ou inferior da chapa de metal. Em outra concretização,as medições de tensão podem ser opticamente providas por métodos inclu-indo, mas não limitados a medições por varredura óptica ou a laser. Em umaconcretização adicional, as medições de tensão podem ser providas acusti-camente.

Em outra concretização, um método para formar uma chapa demetal inclui:

a laminação de uma chapa de metal entre um par de roletes detrabalho para formar um produto laminado;

a medição do aplanamento do produto laminado; e

o ajuste do diâmetro de uma porção de um único rolete de traba-lho do par de roletes de trabalho correspondendo à borda longitudinal dachapa de metal em resposta ao aplanamento do produto laminado.

Em outro aspecto da invenção, é provido um sistema para lami-nar chapa de metal apresentando um aplanamento substancialmente uni-forme. Em uma concretização, o sistema para laminar chapa de metal inclui:

um laminador com pelo menos um par de roletes de trabalho;

um aparelho de aquecimento por indução posicionado próximo aum rolete de trabalho singular do par de roletes de trabalho;

um dispositivo de medição de aplanamento posicionado a jusan-te do par de roletes de trabalho; e

uma interface de controle de laminador conectada entre o dispo-sitivo de medição de aplanamento e o aparelho de aquecimento por indução,onde a interface de controle de laminador é configurada para receber medi-ções de aplanamento do dispositivo de medição de aplanamento e para en-viar sinais para acionar o aparelho de aquecimento por indução para proverum produto laminado apresentando uma distribuição de tensão substancial-mente uniforme através da largura do produto laminado.

Em uma concretização, o aparelho de aquecimento por induçãoé configurado para eliminar a alta tensão nas bordas da tira que pode sercausada pelo gradiente de temperatura nos rolos de trabalho nas bordas datira de metal. Em uma concretização, o aparelho de aquecimento por indu-ção pode adicionalmente incluir macacos de flexão, mecanismos de desli-zamento axial de rolo de trabalho e um sistema de esfriamento por borrifo,onde os macacos de flexão, o mecanismo de deslizamento axial e o sistemade esfriamento por borrifo podem também ser acionados pela interface decontrole de Iaminador em resposta às medições de aplanamento.

Breve Descrição dos Desenhhos

A seguinte descrição detalhada, fornecida por meio de exemploe não destinada a limitar a invenção unicamente à mesma, será melhor a-preciada em conjunção com os desenhos anexos, nos quais numerais dereferência semelhantes indicam elementos e partes semelhantes, nos quais:a Figura 1 é uma vista esquemática que ilustra uma concretiza-ção de um sistema para controlar o aplanamento na chapa laminada, de a-cordo com a invenção;

a Figura 2a é uma vista em perspectiva que ilustra uma concreti-zação de um sistema para controlar o aplanamento na chapa laminada inclu-indo dois aquecedores a indução correspondendo a um rolete de trabalhosingular, de acordo com a invenção;

a Figura 2b é uma vista em perspectiva que ilustra outra concre-tização de um sistema para controlar o aplanamento na chapa laminada in-cluindo quatro aquecedores a indução em uma disposição empilhada e cor-respondendo a um rolete de trabalho singular, de acordo com a invenção.

a Figura 2c é uma vista em perspectiva que ilustra outra concre-tização de um sistema para controlar o aplanamento em uma chapa lamina-da incluindo quatro aquecedores a indução em uma disposição de lado alado e correspondendo a um rolete de trabalho singular, de acordo com ainvenção;

a Figura 2d é uma vista em perspectiva que ilustra uma concreti-zação de um Iaminador a frio, de acordo com a presente invenção;

a Figura 3 é um gráfico que ilustra uma concretização de um ro-Iete de trabalho no qual as porções de borda foram termicamente expandi-das para prover um rolete de trabalho apresentando um diâmetro não-uniforme ao longo da largura do rolete;a Figura 4 é uma representação gráfica da distribuição de tensãode um produto laminado com aquecimento por indução nas porções de bor-da de um rolete de trabalho singular, de acordo com a presente invenção,em comparação a um produto laminado sem aquecimento por indução nasporções de borda de um rolete de trabalho;

a Figura 5 é uma representação gráfica da distribuição de tensãode um produto laminado com aquecimento por indução nas porções de bor-da de um rolete de trabalho singular, de acordo com a presente invenção,em comparação a um produto laminado sem aquecimento por indução nasporções de borda de um rolete de trabalho.

Descrição Detalhada das Concretizações Preferidas

Concretizações detalhadas da presente invenção são descritasaqui; contudo, deve ser entendido que estas são meramente ilustrativas dainvenção, que pode ser concretizada em várias formas. Além disso, cadados exemplos fornecidos em conexão com as várias concretizações da in-venção se destina a ser ilustrativo e não restritivo. Além disso, as figuras nãosão necessariamente apresentadas em escala, algumas características po-dendo ser exageradas para mostrar detalhes de componentes específicos.Por isso, detalhes estruturais e funcionais específicos descritos aqui não de-vem ser interpretados como limitativos, mas meramente como uma baserepresentativa para ensinar aquele versado na técnica a empregar a presen-te invenção de forma variada.

A Figura 1 é uma representação esquemática de um sistema delaminação a frio 100, onde o sistema de laminação a frio 100 inclui pelo me·nos dois rolos de trabalho 5, um aparelho de aquecimento por bobina de in-dução 10a, e um dispositivo de medição de aplanamento 15 configurado pa-ra medir o aplanamento da superfície de uma tira de metal 1 que é laminadapelos roletes de trabalho 5. Os roletes de trabalho 5 são dispostos opostosentre si, nos quais a abertura entre os roletes de trabalho 5 é denominada deabertura de rolo 4. Os roletes de trabalho 5 podem ser de aço ou de outromaterial metálico rígido. A chapa a ser laminada é inserida entre os roletesde trabalho 5, sendo laminada e estirada em uma direção da seta Z. Emuma concretização, a tira de metal 1 é de alumínio ou de uma liga de alumí-nio. Em uma concretização, a tira de metal 1 apresenta uma espessura an-tes da laminação que varia de aproximadamente 10,16 mm (0,400") a apro-ximadamente 0,254 mm (0,010"). Em ainda outra concretização, a tira demetal é uma liga de alumínio que pode ser laminada tão fina quanto aproxi-madamente polegadas 0,2032 mm (0,008), mas é notado que mesmo es-pessuras menores são possíveis, onde a espessura do produto laminadopode depender da aplicação pretendida do produto laminado.

A laminação a frio indica um processamento de chapa de metalque foi esfriada a temperatura ambiente, mas, no curso de inúmeras passa-gens de laminação a frio da chapa de alumínio, a temperatura do materialpode ser elevada para aproximadamente 165,5°C (330°F). Apesar de a se-guinte descrição ser geralmente dirigida à laminação a frio, foi contempladoque o método e o aparelho seguintes podem ser também aplicados na Iami-nação a quente, o que está dentro do escopo da presente invenção. A lami-nação a quente de chapa de alumínio é geralmente caracterizada por tempe-raturas de processamento que variam de aproximadamente 287,7°C (550°F)a aproximadamente 482,2°C (900°F). É notado que as temperaturas acimasão providas para fins ilustrativos apenas, não se destinando a limitar a in-venção às mesmas, visto que as temperaturas de processamento podem sermodificadas por várias condições de processamento, tais como a velocidadede laminação, o número de passagens de laminação a frio, e o grau de es-friamento entre as passagens de laminação.

Com referência às Figuras 1 e 2a-2d, durante as inconsistênciasde laminação entre o perfil da abertura de rolo 4 e a distribuição transversalde espessura da tira de metal 1 que entra nos roletes de trabalho 5, tipica-mente resultam defeitos de aplanamento que podem ser visíveis como bor-das onduladas ou porções centrais onduladas do produto laminado. A distri-buição transversal de espessura da tira de metal 1 é definida pela espessurada tira de metal medida da superfície superior da tira de metal para a super-fície inferior da tira de metal através da largura da tira de metal W1. O perfilde abertura de rolo pode ser definido como a dimensão que separa as su-perfícies de trabalho opostas 4a, 4b dos roletes de trabalho 5, onde a di-mensão que separa as superfícies de trabalho opostas 4a, 4b dos roletes detrabalho 5 durante a laminação pode não ser uniforme ao longo da largurados roletes de trabalho 5. As diferenças entre a geometria da abertura derolo 4 e a distribuição transversal de espessura da tira de metal 1 podemresultar em inconsistências no alongamento da tira de metal 1 através dalargura da tira de metal W1 depois da laminação que podem se manifestarcomo defeitos de aplanamento no produto laminado.

A desarmonia ou as inconsistências do perfil da abertura de rolo4 e da distribuição transversal de espessura da tira de metal 1 que tipica-mente resultam em defeitos de aplanamento podem resultar de uma forçaexercida sobre os roletes de trabalho 5 pela tira de metal 1 que é laminada,o que pode ser denominado de deflexões por flexão. A desarmonia ou asinconsistências entre o perfil da abertura de rolo 4 e a distribuição transver-sal de espessura da tira de metal 1 que tipicamente resultam em defeitos deaplanamento podem também resultar da expansão térmica do rolete de tra-balho 5, o que é pelo menos parcialmente atribuído ao calor de atrito do pro-cesso de laminação, o que cria um abaulamento térmico das superfícies dorolete de trabalho 15. A temperatura na qual cada dos roletes de trabalho 15tipicamente chega ao pico no ponto intermediário M1 da largura W1 dos role-tes de trabalho; por esta razão, a expansão térmica em cada dos roletes detrabalho 5 é tipicamente a maior no ponto intermediário M1 do rolete de tra-balho e diminui na direção das bordas dos rolos, o que pode ser denominadode coroa térmica.

Durante a bobinagem, o produto laminado pode ser estirado sobtensão, onde os defeitos de aplanamento podem se manifestar como bordasrepuxadas, que podem ser propensas à ruptura. A formação de bordas re-puxadas na porção de borda da tira de metal que se encontra em uma ten-são maior do que a porção central da tira de metal é tipicamente o fator Iimi-tante na velocidade de bobinagem dos métodos anteriores. É notado que,embora macacos de flexão, borrifos refrigerantes, coroas mecanicamenteesmerilhadas nos roletes de trabalho, e mecanismos de deslocamento late-ral de rolo de trabalho possam ter um efeito positivo sobre a redução de de-feitos de aplanamento nas porções centrais do produto laminado, tais meca-nismos não proporcionam uma redução substancial nos defeitos de aplana-mento formados na porção de borda da tira de metal, tal como a formaçãode bordas repuxadas.

Em um aspecto da presente invenção, um aumento substancialna redução de bordas repuxadas foi realizado usando um aparelho de aque-cimento por indução 10a, 10, 10c, 10d configurado para a expansão térmicadas porções de um rolete de trabalho singular do par de roletes de trabalhoque corresponde à borda 13a, 13b da tira de metal 1. O termo "distribuiçãode tensão substancialmente uniforme através da largura do produto lamina-do" indica que, quando a tensão externa for removida do produto laminado,o produto laminado for colocado em uma superfície plana, não haverá subs-tancialmente nenhum desprendimento do produto laminado da superfícieplana sobre a qual é colocado o produto laminado. O termo "substancial-mente nenhum desprendimento" indica que a superfície inferior do produtolaminado está totalmente em contato com a superfície plana sobre a qual écolocado o produto laminado. A tensão externa é a tensão que é impostasobre a chapa durante a bobinagem depois da laminação. Em uma concreti-zação, a fim de aplanar o produto laminado, as fibras longitudinais atravésda largura dos produtos laminados poderão ser substancialmente do mesmocomprimento na ausência de tensão externa.

Com referência às Figuras 1-2d, em uma concretização, a pre-sente invenção mede o aplanamento e a existência de defeitos de aplana-mento na tira de metal que é laminada, tais como bordas repuxadas, e, emresposta aos defeitos de aplanamento medidos, toma uma ação corretivaque inclui pelo menos aquecedores a indução que correspondem às porçõesde borda de um rolete de trabalho singular. Em uma concretização, as medi-ções de aplanamento da tira de metal 1 são providas por um dispositivo demedição de aplanamento 15, que é posicionado a jusante dos roletes de tra-balho 5 para medir o aplanamento do produto laminado. Em uma concretiza-ção, o dispositivo de medição de aplanamento 15 pode ser uma barra deaplanamento configurada para medir uma distribuição de tensão do produtolaminado da porção central do produto laminado para a porção de borda doproduto laminado. O termo "medição de uma distribuição de tensão de umaporção central do produto laminado para uma porção de borda do produtolaminado" indica que a tensão pode ser medida em incrementos do centrodo produto laminado através da largura do produto laminado para a borda doproduto laminado, onde cada incremento pode ser considerado uma sendaque se estende longitudinalmente ao longo do comprimento na direção naqual pode ser laminado o produto laminado.

Em uma concretização, a pluralidade de rotores mede a distribu-ição transversal de tensão através da largura da tira de metal 1. A barra deaplanamento pode incluir uma pluralidade de varetas de prova que ficam emcontato com a superfície da chapa de metal. Mais particularmente, o produtolaminado é bobinado sob tensão, onde, antes da bobinagem, o produto Ia-minado entra em contato com a barra de aplanamento sob a qual uma forçaé induzida na direção y sobre as pobres da barra de aplanamento, conformerepresentado nas Figuras 2a-2c. Conforme discutido acima, em algumasconcretizações, a tensão de bobinagem confere uma chapa que pode pare-cer ser visualmente chata, enquanto é bobinada, mas esta aplicação de ten-são externa não irá corrigir as diferenças no alongamento que se manifes-tam como defeitos de aplanamento, quando a tensão externa for removida.Em resposta à aplicação de tensão externa durante a bobinagem, a distribu-ição de tensão é efetuada através da largura W2 do produto laminado, ondea distribuição de tensão no produto laminado está correlacionada à forçainduzida pela chapa em cada das varetas de prova da barra de aplanamen-to. Em uma concretização, a barra de aplanamento pode incluir uma plurali-dade de rotores 15A, preferivelmente apresentando uma largura de 12,7 a76,2 mm (0,5" a 3,0"), disposta ao longo de um eixo, onde cada dos rotoresmede a força ao longo de uma senda que corresponde à tensão da tira demetal 1 que é laminada.

Em outra concretização, o aplanamento da chapa de metal 1pode ser opticamente medido ou pode ser caracterizado usando lasers. Emainda outra concretização, o dispositivo de medição de aplanamento podetambém incluir um sistema de não-contato que mede a distribuição de ten-são da tira de metal usando medições acústicas. As medições acústicas po-dem ser providas por modulação senoidal de um vácuo sob a tira de metal 1.

É notado que os dispositivos de medição de aplanamento acima 15 são pro-vidos para fins ilustrativos e que a presente invenção não é considerada limi-tada aos mesmos, uma vez que pode ser utilizado qualquer dispositivo demedição de aplanamento que seja capaz de medir o aplanamento da tira demetal 1 que é laminada, ou determinar a distribuição transversal de tensãoatravés da largura da tira de metal 1, estando dentro do escopo da invenção.

Com referência às Figuras 1-2c, o aparelho de aquecimento porindução 10 pode ser acionado em resposta a defeitos nos diferenciais deaplanamento e tensão na tira de metal 1. O aquecimento por indução é ummétodo pelo qual os roletes de trabalho de aço são aquecidos por um méto-do de não-contato de usar um campo magnético alternado. Em uma concre-tização, o aparelho de aquecimento por indução é composto de pelo menosuma fonte de energia que fornece uma saída de força na freqüência da cor-rente elétrica exigida e uma montagem de bobina de indução. A fonte deenergia aciona uma corrente elétrica alternada de alta freqüência através damontagem de bobina de indução. O campo magnético alternado induz umfluxo de corrente no rolete de trabalho singular que pode ser denominado decorrentes parasitas. O fluxo de corrente através do rolete de trabalho aumen-ta a temperatura no rolete de trabalho 5 através do aquecimento joule. Emuma concretização, cada bobina de indução 10 pode incluir um núcleo fer-romagnético. O aparelho de aquecimento por bobina de indução 10 podeadicionalmente incluir pelo menos uma passagem de esfriamento para pro-ver um líquido refrigerante ou pode não incluir passagens de esfriamento.

Em uma concretização, a corrente através da bobina eletrica-mente condutiva pode estar na ordem de cerca de 80 amps a cerca de 200amps. Em uma concretização, o suprimento de energia para os aquecedoresa indução tem uma freqüência de operação fixa, onde a freqüência do sinalde corrente elétrica enviado para a bobina de aquecimento é de cerca de 20KHz. A onda de corrente para o aquecedor a indução é senoidal com ampli-tude variada. A energia para os aquecedores a indução é ajustada com amudança da amplitude da onda de corrente senoidal sobre um número ajus-tado de ciclos em um padrão de repetição. A duração do padrão de repeti-ção é de cerca de 8 ciclos da forma de onda de operação. Na potência total,o sinal de corrente é uma onda senoidal de 20 KHz com amplitude constan-te. É notado que as correntes e as freqüências acima são providas para finsilustrativos e não se destinam a limitar a presente invenção, já que outrascorrentes e freqüências foram contempladas e estão dentro do escopo dapresente invenção. Além disso, outros modos de prover energia foram tam-bém contemplados e estão dentro do escopo da presente invenção.

Em uma concretização, o ajuste da temperatura do rolete de tra-balho singular inclui bobinas de aquecimento por indução 10 para induzir oaquecimento nas porções do rolete de trabalho 5 adjacentes à superfície detrabalho correspondendo às bordas das tiras de metal 13a, 13b. Mais espe-cificamente, as bobinas de aquecimento por indução 10a, 10b, 10c, 10d sãoalinhadas com a porção do rolete de trabalho que entra em contato com aborda longitudinal 13a, 13b da tira de metal que é laminada para prover oproduto laminado, onde a borda longitudinal 13a, 13b se estende ao longoda direção de laminação. Com referência à Figura 2a, em uma concretiza-ção, o ajuste do calor gerado pelo aparelho de aquecimento por indução norolete de trabalho singular inclui uma bobina de aquecimento por indução10a, 10b posicionada em cada extremidade do rolete 5, onde cada bobinade aquecimento por indução 10a, 10b corresponde a cada borda da tira demetal 1. Em outra concretização, o ajuste do calor gerado pelo aparelho deaquecimento por indução no rolete de trabalho singular 5 inclui dois aquece-dores a indução 10a, 10b que correspondem a cada borda 13a, 13b da tirade metal 1, onde o posicionamento das bobinas de indução estão em umaconfiguração empilhada que pode corresponder à circunferência do rolete detrabalho, conforme representado na Figura 2b. Em uma concretização adi-cional, o aparelho de aquecimento por indução pode incluir duas bobinascorrespondendo a cada borda 13a, 13b da tira de metal 1, onde as bobinassão posicionadas adjacentes entre si, conforme representado na Figura 2c.

Em uma concretização, cada bobina de indução 10 pode corres-ponder à porção do rolete de trabalho 5 adjacente à superfície de contato dorolete de trabalho na qual a tira de metal 1 está sendo laminada, que podetambém ser denominada de superfície de trabalho. Em outra concretização,cada bobina de indução 10 pode ser disposta lateralmente em uma direçãoparalela ao eixo de rotação do rolete para reposicionar as bobinas nas bor-das de cada tira ou próximo a estas. Com a provisão de bobinas de indução10 que podem ser lateralmente dispostas, a posição das bobinas de induçãopode ser posicionada para responder pelas diferentes larguras da tira demetal. Além de ser estabelecido que cada bobina de indução possa ser dis-posta lateralmente, as bobinas de indução podem também incluir um meca-nismo para ajustar a abertura entre a bobina de indução e a superfície detrabalho do rolo de trabalho. Em uma concretização, um cilindro hidráulicocom um controle de posição move a bobina de indução para frente até que ocontato com o rolo seja formado e depois recua do rolo de trabalho em apro-ximadamente 3 mm. É notado que outras dimensões para a abertura quesepara a bobina de indução do rolo de trabalho também foram contempladase estão dentro do escopo da presente invenção, contanto que o grau de se-paração permita o acoplamento efetivo do campo magnético da bobina aorolo, de modo que correntes parasitas sejam induzidas no rolo.

Em uma concretização, os aquecedores a indução 10a, 10b,10c, 10d apresentam calor suficiente para termicamente expandir o diâmetrode um rolete de trabalho singular que corresponde à borda da tira de metalpara ser maior do que o diâmetro de uma porção central do rolete singular.O termo "rolete de trabalho singular" indica um rolete de trabalho do par deroletes de trabalho 5, onde o rolete de trabalho singular pode ser ou o roletede trabalho superior ou o rolete de trabalho inferior do par de roletes de tra-balho. O termo "diâmetro de borda do rolete singular" indica o diâmetro daporção do rolete singular que corresponde à borda longitudinal 13a, 13b dachapa de metal. O termo "diâmetro central do rolete de trabalho singular"indica o diâmetro das porções do rolete entre cada diâmetro de borda dorolete singular.

Nas concretizações da presente invenção nas quais as bobinasde indução por calor são posicionadas com relação a um rolete de trabalhosingular do par de roletes de trabalho, a energia aplicada pelas bobinas deaquecimento por indução para aumentar a temperatura de superfície temuma magnitude que pode prover uma maior expansão térmica na seção dorolete de trabalho adjacente às bordas da tira de metal 13a, 13b com relaçãoà expansão da seção central do rolete de trabalho. A Figura 3 pictoricamenterepresenta o efeito de aquecimento por indução sobre o rolete de trabalhosingular 5 para aumentar o diâmetro de borda do rolete singular que corres-ponde à borda longitudinal 13a, 13b da tira de metal 1, onde a linha de refe-rência 50 representa a expansão térmica através da largura W1 do rolete detrabalho singular que é aquecido por aquecimento por indução, de acordocom a presente invenção, e a linha de referência 51 representa a expansãotérmica ao longo da largura W1 do rolete oposto que não é aquecido por a-quecimento por indução. O grau de expansão térmica está diretamente cor-relacionado à temperatura do rolete, onde as porções do rolete apresentan-do temperaturas mais altas têm um maior grau de expansão térmica.

Em uma concretização, o grau de expansão térmica no roletesingular 50 é selecionado para compensar a expansão térmica 51 na Iami-nação oposta que não inclui aquecedores a indução. Mais especificamente,conforme representado pela linha de referência 50, a maior expansão térmi-ca nas seções do rolete de trabalho 5 que são adjacentes à borda longitudi-nal 13a, 13b da tira de metal no rolete de trabalho apresentando bobinas deindução desloca o aumento na expansão térmica nas seções do rolete detrabalho adjacentes à tira de metal do rolete de trabalho oposto que não a-presenta bobinas de aquecimento por indução, onde o decréscimo na ex-pansão térmica pode ser denominado de efeito de impressão. A combinaçãoda maior expansão térmica na borda da tira no rolete de trabalho singular eda impressão normal no diâmetro de borda do rolete de trabalho oposto a-presenta o equivalente de uma abertura de rolo uniforme à tira que é defor-mada através de sua largura e resulta em uma tira apresentando um apla-namento uniforme substancialmente livre de bordas repuxadas na saída dacadeira de laminador. Mais especificamente, a expansão térmica no diâme-tro de borda do rolete de trabalho singular é selecionada para compensar orolete oposto que apresenta um maior diâmetro no centro do rolete opostoem comparação com o diâmetro de borda do rolete oposto. Em uma concre-tização, a mudança de dimensão no diâmetro de borda do rolete de trabalhosingular pode ser da ordem de cerca de 0,0127 mm (0,0005 polegadas), naqual foram contemplados graus de expansão maiores e menores, uma vezque o grau de expansão térmica exigido para corrigir os defeitos de aplana-mento pode ser efetuado pelas condições do processo que incluem, masnão são limitados à velocidade de laminação, à seleção de material do pro-duto laminado, ao grau de aquecimento provido pelo aparelho de aqueci-mento por indução, bem como ao grau de refrigerante aplicado à porçãocentral do rolete de trabalho.

Com referência à Figura 1, o laminador 100 pode também incluirum sistema de borrifo refrigerante 25 nas proximidades da porção do roletede trabalho singular 5 que está em contato com a tira de metal 1 que é lami-nada. O sistema de borrifo refrigerante 25 pode borrifar um líquido refrige-rante 25A na porção do rolete de trabalho singular 5 que está em contatocom a tira de metal 1, onde o líquido refrigerante remove uma porção do ca-lor gerado pela laminação da tira de metal 1 nos roletes de trabalho 5. A re-moção do calor gerado nos roletes de trabalho 5 pela laminação da tira demetal através dos sistemas de borrifo refrigerante não pode reduzir a forma-ção de uma coroa térmica que contribui para defeitos de aplanamento e bor-das repuxadas.

Com referência à Figura 1, além do ajuste do calor gerado norolete de trabalho singular 5, o diferencial no aplanamento da chapa do pro-duto laminado pode ser reduzido adicionalmente pela geração mecânica deuma força que flexiona os roletes de trabalho em uma direção oposta à fle-xão do rolo causado pela força gerada pela tira de metal 1 no rolete de tra-balho 5 durante a laminação. Em uma concretização, os macacos de flexãode rolo 21 e/ou os mecanismos de deslocamento de rolo lateral podem serutilizados para gerar um ajuste para a abertura de role que compense osdefeitos de flexão dos rolos resultantes da força gerada pela tira de metal norolete de trabalho durante as operações de laminação.

Em uma concretização, os macacos de flexão são configuradospara prover uma força oposta à flexão do rolo gerada pela tira de metal 1,podendo ser chamados de macacos de flexão positivos 21. Mais particular-mente, os macacos de flexão 21 são configurados para compensar a forçaproduzida pela tira de metal 1 contra a superfície do rolete de trabalho 5 queestá em contato com tira de metal 1 durante a laminação, onde a tira de me-tal 1 produz forças sobre os roletes de trabalho superior e inferior que fazcom que eles sejam flexionados e sejam curvados afastados da tira.

Em outra concretização, o Iaminador 100 pode adicionalmenteincluir macacos de flexão 20 que correspondem a cada rolete de trabalho 5,onde o macaco de flexão 20 pode deslocar uma porção dos roletes de traba-lho 5 ao longo do eixo y para substancialmente reduzir o efeito da coroa tér-mica na tira de metal 1 e para facilitar, juntamente com os borrifos refrigeran-tes do rolo 25, a formação de uma tira de metal 1 apresentando um aplana-mento substancialmente uniforme através da porção central da tira, mas dei-xando as bordas externas da tira sob tensão. Estes macacos de flexão 20podem ser denominados de macacos de flexão negativos, flexionando o ro-lete de trabalho em uma direção oposta aos macacos de flexão positivos 21.

A quantidade de força de macaco de flexão exigida e sua dire-ção são determinadas pela combinação do grau de flexão do rolete de traba-lho 5 causada pela força da tira, pela coroa esmerilhada no rolete de traba-lho, e pela quantidade de expansão térmica no rolete de trabalho 5.

Em outra concretização, os roletes de trabalho 5 podem tambémincluir um mecanismo de deslocamento lateral de rolete de trabalho (não-mostrado) que é configurado para deslocar cada rolo 5 ao longo de um eixosubstancialmente horizontal, tal como o eixo x, conforme representando nasFiguras 2a-2c. Em uma concretização, o diâmetro do rolo de cada dos role-tes de trabalho opostos é esmerilhado para variar ao longo de seu eixo, on-de o deslocamento axial dos vários rolos para manipular a abertura de rolo 4apresenta um fator de correção que pode ser empregado em resposta a de-feitos de aplanamento medidos. Mais particularmente, os roletes de trabalhoopostos apresentando diâmetros variados, quando do deslocamento axialpelos mecanismos de deslocamento lateral de rolete de trabalho, apresen-tam outro meio para reduzir os efeitos de formação de coroas térmicas e deflexão do rolo provenientes da força da tira.

Em uma concretização, um par de roletes sobressalentes 6 podeser empregado em conjunção com os roletes de trabalho 5 em uma configu-ração tipicamente denominada de uma cadeira de Iaminador de quatro rolos.Os rolos sobressalentes 6 são usados para sustentar os rolos de trabalho eminimizar sua flexão em resposta à força da tira. Em uma concretização adi-cional da presente invenção, um par de roletes intermediários 8 pode serdisposto entre os roletes sobressalentes 6 e os roletes de trabalho 5 em umaconfiguração tipicamente denominada de uma cadeira de Iaminador de seisrolos. Os roletes intermediários podem também incluir mecanismos de des-locamento lateral intermediários e macacos de flexão de rolo intermediários.

O sistema de laminação 100 também inclui uma interface decontrole de Iaminador 30 conectada entre o dispositivo de medição de apla-namento 15 e os atuadores do laminador. A interface de controle de Iamina-dor 30 recebe um sinal do dispositivo de medição de aplanamento 15 repre-sentando as medições dos diferenciais no aplanamento de chapa da tira demetal 1 ou a distribuição de tensão através da largura da tira de metal 1. Ainterface de controle de laminador 30 processa e analisa então o sinal emcomparação com um valor de aplanamento alvo predeterminado ou distribui-ção de tensão. Em uma concretização, a interface de controle de laminador processa os sinais medidos e formula as saídas de controle para os atuado-res do laminador com base em um conjunto de algoritmos matemáticos. Emuma concretização, a interface de laminador 30 inclui um computador. A in-terface de controle de laminador 30 envia então sinais de atuação pelo me-nos para o sistema de borrifo refrigerante 25, os macacos de flexão 20 ou asbobinas de aquecimento por indução 10 para compensar os diferenciais me-didos no aplanamento da chapa ou na distribuição de tensão transversal datira de metal resultando em uma tira de metal 1 apresentando uma superfíciesubstancialmente chata que é substancialmente isenta de bordas repuxadase efeitos de coroa térmica.

Embora a invenção tenha sido descrita acima, de modo geral, osseguintes exemplos são providos para adicionalmente ilustrar a presenteinvenção e demonstrar algumas vantagens que surgem da mesma. É pre-tendido que a invenção seja limitada aos exemplos específicos descritos.

Exemplos

A Figura 4 representa graficamente uma distribuição de tensãoatravés do produto laminado que é provida por aquecedores a indução cor-respondendo ao diâmetro de borda de um rolete de trabalho singular, emcomparação à distribuição de tensão provida por um produto laminado simi-larmente preparado sem aquecimento por indução. Com referência à Figura4, o eixo vertical representa a tensão (libras por polegada quadrada) que émedida no produto laminado, e o eixo horizontal representa a largura doproduto laminado, onde as medições de tensão foram incrementalmente re-gistradas a partir de uma barra de aplanamento na qual cada zona da chapacorrespondia à largura da chapa do produto laminado. A distribuição de ten-são registrada na Figura 4 é normalizada na tensão de bobinagem nominal,que pode ser da ordem de 3000 Psi. A distribuição de tensão representadana Figura 4 foi produzida por uma tira de metal de liga de alumínio de série3003, da Aluminum Association, laminada por um Iaminador a frio de cadeiraúnica de uma espessura de aproximadamente 0,889 mm a 0,4318 mm(0,035" a 0,017") em uma velocidade de aproximadamente 190,5 m/min (625pés/min). A tira de metal que foi laminada pelo Iaminador a frio apresentouuma largura na ordem de cerca de 1320,8 mm (52").

A distribuição de tensão da tira de metal, processada de acordocom a presente invenção 61, inclui um controle térmico com aquecedores aindução posicionados correspondendo às porções de um rolete de trabalhosingular que correspondem à borda de tira do rolete de trabalho singular eum sistema de borrifo refrigerante de rolo que corresponde pelo menos auma porção da porção central do rolete de trabalho. A distribuição de tensãoda tira de metal, processada de acordo com a presente invenção, adicional-mente incluía macacos de flexão configurados para flexionar os roletes detrabalho em uma direção para se opor à flexão normal causada pela forçaproduzida no rolete de trabalho pela tira de metal. Adicionalmente, a distribu-ição de tensão da tira de metal, processada de acordo com a presente in-venção, adicionalmente incluía um dispositivo de medição de aplanamento euma interface de controle de laminador, onde as medições de tensão toma-das do dispositivo de medição de aplanamento foram analisadas pela inter-face de controle de laminador e, em resposta aos fatores de correção demedição de tensão, foram acionadas nos macacos de flexão, no sistema deesfriamento de rolo, e nos aquecedores a indução. O exemplo comparativo60 era uma tira de metal que tinha sido processada com macacos de flexãoe esfriamento de rolo para aperfeiçoar o aplanamento medido, mas não in-cluía aquecedores a indução posicionados correspondendo a um rolete detrabalho singular e direcionados para termicamente expandir o diâmetro daborda do rolete de trabalho para ser maior do que o diâmetro central do role-te de trabalho.

No exemplo comparativo 60, um aumento na tensão além de 6,9MPa (1000 psi) é medido nas porções de borda do produto laminado, con-forme indicado pelas porções do dispositivo de medição de aplanamentocorrespondendo à zona 1 e à zona 20 da Figura 4, conseqüentemente indi-cando a incidência de bordas repuxadas no produto laminado. As porçõescentrais do produto laminado do exemplo comparativo 60, conforme indicadopelas zonas de 3 a 17, apresentam uma distribuição de tensão substancial-mente uniforme que substancialmente não indica qualquer defeito de apla-namento na porção central do produto laminado. As zonas 2 e 19 apresen-tam uma baixa tensão, podendo ser denominadas de zonas relaxadas, queapresentam uma tensão registrada que é menor do que a tensão externa-mente aplicada, a tensão externamente aplicada incluindo, mas não sendolimitada à tensão de bobinagem. O exemplo comparativo 60 indica que, em-bora os macacos de flexão 20 e o sistema de borrifo refrigerante 25 reduzamo efeito da coroa térmica nas porções centrais dos roletes de trabalho 5, osmacacos de flexão e o sistema de borrifo refrigerante deixam de reduzir aincidência das bordas repuxadas e da zona relaxada adjacente.

Os efeitos da coroa térmica podem ser adicionalmente reduzidosem combinação com a eliminação substancial da incidência de bordas repu-xadas com a utilização de bobinas de aquecimento por indução 10 para in-duzir calor para um rolete de trabalho singular 5 correspondendo às bordaslongitudinais 13a, 13b da tira de metal 1, onde o calor induzido termicamenteexpande o diâmetro da borda do rolete de trabalho. Em comparação com oexemplo comparativo 60, a distribuição de tensão 60 correspondendo à tirade metal, processada usando o aquecimento por indução de acordo com ainvenção, apresenta um decréscimo na tensão medida na borda longitudinaldo produto laminado para aproximadamente 500 psi ou menos, conformeindicado pelas porções do dispositivo de medição de aplanamento corres-pondendo às zonas de 1 a 20 da Figura 4, substancialmente reduzindo aincidência das zonas relaxadas, tais como as zonas 2 e 19.

Com a redução da incidência de bordas repuxadas, em um as-pecto da presente invenção, a velocidade de bobinagem pode ser aumenta-da sem resultar na ruptura da borda. A Figura 5 representa a distribuição detensão 61 de um produto laminado, processado de acordo com a presenteinvenção, incluindo o controle térmico por aquecedores a indução, posicio-nados correspondendo às porções de um rolete de trabalho singular corres-pondendo à borda de tira, e um exemplo comparativo 60 não incluindo a-quecedores a indução, no qual a velocidade de bobinagem de aproximada-mente 1250 pés/min (381 m/min) do produto laminado, processado de acor-do com a presente invenção, é duas vezes a velocidade de bobinagem doexemplo comparativo, que é de 625 pés/min (190,5 m/min). Cada dos produ-tos laminados representados na Figura 5 são compostos de uma liga de a-lumínio 6061, da Aluminum Association, e é processado através de um Iami-nador a frio de duas cadeiras a partir de uma espessura de aproximadamen-te 0,125" (3,175 mm) a aproximadamente 0,0226" (0,57404 m).

Com referência à Figura 5, em um exemplo, o uso de aqueci-mento por indução para termicamente aquecer a porção do rolete singularcorrespondendo à borda longitudinal do produto laminado apresenta umadistribuição de tensão 61 que, quando comparada a um produto laminadoque não utiliza o aquecimento por indução de acordo com a presente inven-ção, permite um aumento de aproximadamente 381 m/min (1250 pés/min)sem aumentar a tensão de borda para um nível que resulte da bobinagemem 190,5 m/min (625 pés/min) sem aquecimento por indução. Mais particu-larmente, enquanto o exemplo comparativo bobinado em uma velocidade deaproximadamente 190,5 m/min (625 pés/min) resultou em uma tensão deborda da ordem de aproximadamente 2000 psi, a distribuição de tensão deum produto laminado, processado usando o aquecimento por indução deacordo com a presente invenção, permitiu uma velocidade de bobinagem de381 m/min (1250 pés/min) enquanto apresentava uma tensão de borda me-dida de aproximadamente 750 psi ou menos.

Enquanto a presente invenção foi particularmente mostrada edescrita com respeito às concretizações preferidas da mesma, será entendi-do por aqueles versados na técnica que as mudanças anteriores e outrasmudanças nas formas e nos detalhes podem ser feitas sem se afastar doespírito e escopo da presente invenção. Por isso, pretende-se que a presen-te invenção não seja limitada às formas e aos detalhes exatos descritos eilustrados, mas que estejam dentro do escopo das reivindicações anexas.

Claims

1. Método para fabricar chapa de metal que compreende:a laminação de uma chapa de metal entre um par de roletes detrabalho para formar um produto laminado;a medição da distribuição de tensão do produto laminado deuma porção central do produto laminado para pelo menos uma porção deborda do produto laminado; eo ajuste de uma temperatura em um rolete singular do par deroletes de trabalho para prover um diâmetro de borda do rolete singular queserá maior do que um diâmetro central do rolete de trabalho singular quandoa tensão de pelo menos uma porção de borda do produto laminado for maiordo que a tensão da porção central do produto laminado.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, que compreende amedição da distribuição de tensão com uma barra de aplanamento.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, que compreende amedição óptica ou acústica da distribuição de tensão.

4. Método, de acordo com a reivindicação 2, que compreendeuma barra de aplanamento para medir a distribuição de tensão da chapa ajusante a partir do par de roletes de trabalho.

5. Método, de acordo com a reivindicação 2, que compreendepelo menos uma bobina de indução próxima a uma porção do rolete de tra-balho singular que corresponde à borda longitudinal da chapa de metal.

6. Método, de acordo com a reivindicação 4, no qual cada bobi-na de indução pode ser deslocada lateralmente ao longo de uma largura dorolete de trabalho singular.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, que adicionalmentecompreende um sistema de borrifo refrigerante configurado para diminuiruma temperatura em pelo menos uma porção central do par de roletes detrabalho.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, que adicionalmentecompreende macacos de flexão configurados para compensar uma forçaproduzida pela tira de metal contra o rolete de trabalho durante a laminação.

9. Método para fabricar chapa de metal, que compreende:a laminação de uma chapa de metal entre um par de roletes detrabalho para formar um produto laminado;a medição do aplanamento do produto laminado; eo ajuste do diâmetro de uma porção de um único rolete de traba-lho do par de roletes de trabalho que corresponde à borda longitudinal dachapa de metal, em resposta ao aplanamento do produto laminado.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, no qual o diâmetroda porção do único rolete de trabalho é ajustado para prover um produto Ia-minado apresentando uma distribuição de tensão substancialmente uniformeatravés da largura do produto laminado.

11. Método, de acordo com a reivindicação 9, que compreende amedição da aplanamento com uma barra de aplanamento.

12. Método, de acordo com a reivindicação 9, que compreende aindução de um campo magnético que induz correntes parasitas no rolete detrabalho singular.

13. Método, de acordo com a reivindicação 9, que compreende oposicionamento de pelo menos uma bobina de indução alinhada com rela-ção a uma borda longitudinal da chapa de metal.

14. Método, de acordo com a reivindicação 9, que compreende aatuação de um sistema de borrifo refrigerante em resposta ao aplanamentodo produto laminado.

15. Método, de acordo com a reivindicação 9, que adicionalmen-te compreende a atuação de macacos de flexão em resposta ao aplanamen-to do produto laminado.

16. Sistema para laminar chapa de metal que compreende:um Iaminador com pelo menos um par de roletes de trabalho;um aparelho de aquecimento por indução posicionado próximo aum rolete de trabalho singular do par de roletes de trabalho;um dispositivo de medição de aplanamento posicionado a jusan-te do par de roletes de trabalho; euma interface de controle de Iaminador conectada entre o dispo-sitivo de medição de aplanamento e o aparelho de aquecimento por indução,onde a interface de controle de Iaminador é configurada para receber asmedições de aplanamento do dispositivo de medição de aplanamento e paraenviar sinais para acionar o aparelho de aquecimento por indução.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 16, que adicional-mente compreende pelo menos os macacos de flexão, um sistema de borriforefrigerante ou um mecanismo de deslocamento lateral de rolo para deslocaro par dos roletes de trabalho em direções opostas ao longo de seus eixoshorizontais.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 17, no qual a inter-face de controle de Iaminador recebe um sinal do dispositivo de medição deaplanamento, analisa o sinal, e aciona pelo menos um deslocador lateral dorolo de trabalho, os macacos de flexão, o aparelho de aquecimento por indu-ção e o sistema de borrifo refrigerante para prover um produto laminado a-presentando uma distribuição de tensão substancialmente uniforme atravésda largura do produto laminado.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 16, no qual o apare-lho de aquecimento por indução é uma bobina de indução enrolada em tornode um núcleo ferromagnético.

20. Sistema, de acordo com a reivindicação 20, no qual o lami-nador é um Iaminador a frio.