BRPI0605910B1

BRPI0605910B1 - Dispositivo de controle para fornos de redução de corrente alternada

Info

Publication number: BRPI0605910B1
Application number: BRPI0605910-4A
Authority: BR
Inventors: Pasch Thomas; Kunze Jurgem; Borgwardt Dieter
Original assignee: Sms Group Gmbh
Priority date: 2005-10-26
Filing date: 2006-10-11
Publication date: 2018-02-06
Also published as: AU2006297088A8; US20080063024A1; EP1808049A1; KR100874844B1; NO337884B1; AU2006297088A1; BRPI0605910A2; WO2007048502A1; DE102005051232A1; JP2008522132A; NZ554958A; ZA200703635B; CN101099413B; UA88179C2; EA200700872A1; KR20070092981A; EA009868B1; NO20071842L; JP4701250B2; AU2006297088B2

Abstract

dispositivo de controle para fornos de redução de corrente alternada. a invenção refere-se a um dispositivo de controle para fornos de redução de corrente alternada (15) com eletrodos (14), que apresenta um transformador (11) e um sistema de regulagem (1) para a alimentação de energia controlada nos fornos de redução de corrente alternada (15), que controla um dispositivo de ajuste (14) para os eletrodos (14), sendo que o dispositivo de controle apresenta, além disso, conectores de corrente alternada (13) eletrônicos de potência controláveis, que no lado secundário estão conectados nos condutores de alta corrente e através de uma linha de ignição (16) estão unidos com o sistema de regulagem (1) para adução de impulsos de ignição controladores, sendo que o dispositivo de controle é de tal maneira executado que curtas oscilações dos parâmetros elétricos são compensadas apenas pelos conectores de corrente alternada (13)

Description

(54) Título: DISPOSITIVO DE CONTROLE PARA FORNOS DE REDUÇÃO DE CORRENTE ALTERNADA (51) Int.CI.: H05B 7/148 (30) Prioridade Unionista: 26/10/2005 DE 10 2005 051 232.1 (73) Titular(es): SMS GROUP GMBH (72) Inventor(es): THOMAS PASCH; JURGEM KUNZE; DIETER BORGWARDT

1/22

DISPOSITIVO DE CONTROLE PARA FORNOS DE REDUÇÃO DE CORRENTE

ALTERNADA [001] A invenção refere-se a um dispositivo de controle para fornos de redução de corrente alternada com eletrodos, que apresenta um transformador e um sistema de regulagem para a alimentação de energia controlada nos fornos de redução de corrente alternada, que controla um dispositivo de ajuste para os eletrodos.

[002] Tais fornos de redução elétricos, que podem ser providos de seis eletrodos em conexão monofásica aos pares ou com três eletrodos em montagem “Von Roll” ou montagem em estrela, servem para a produção de metais nãoferrosos, ligas de ferro e escórias de processo.

[003] A regulagem da alimentação de energia elétrica no forno de redução se fazia até agora pelo ajuste hidráulico dos eletrodos. A resistência de banho é então influenciada mediante variação da profundidade de penetração do eletrodo no leito de fusão e/ou com operação a arco voltaico - pelas condições de resistência abaixo dos eletrodos. Como grandeza de regulagem servem então as correntes de eletrodos medidas, as impedâncias determinadas das respectivas correntes de eletrodo e tensões de eletrodo ou as resistências calculadas, com base nas medições do lado primário das grandezas elétricas. O ajuste da tensão de eletrodo se faz escalonadamente pela variação da relação de transmissão dos enrolamentos de transformador por meio de comutador escalonado de carga.

[004]	A potência	de forno está sujeita,	com	essa
regulagem de	eletrodo,	a fortes oscilações,	que	são
provocadas por contínuas	variações, condicionadas	pelo

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2/22 processo, das resistências de banho com eletrodos imersos e/ou variações das condições de resistência com uma operação de arco voltaico com eletrodos não imersos. Devido a essas oscilações permanentes de correntes, tensões e potências resulta uma alimentação desigual da energia elétrica no forno.

[005] Além disso, diversos processos para a produção de metais não-ferrosos e ligas de ferro, requerem a construção de compartimentos de reação abaixo dos eletrodos. Freqüentes movimentos mecânicos de eletrodos para a regulagem dos parâmetros elétricos perturbam esses compartimentos de reação e constituem um obstáculo ao processo metalúrgico de fusão e redução.

[006] Na DE 43 09 640 A1 é descrito um forno de arco voltaico de corrente contínua com um circuito de regulagem de tensão subjacente ao circuito de regulagem de corrente, sendo que o valor real para o regulador de tensão é formado da tensão aplicada ao retificador de corrente e o valor teórico da tensão de saída do regulador de corrente e ao regulador de tensão está pós-conectado um filtro sintonizado à freqüência de cintilação. O forno de arco voltaico de corrente contínua deve possibilitar uma operação isenta de cintilação mesmo em redes de suprimento fracas - portanto aquelas com pequenas potências de curto-circuito -.

[007] A DE 41 35 059 A1 se refere a um dispositivo para o controle de tensão elétrico, contínuo, que deve reduzir a fração de oscilação superior na tensão controlada. Além disso, a tensão de carga pode ser ajustada mais fina e rapidamente adaptada a uma impedância variável. Um ajustador de corrente alternada empregado para o controle de tensão

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3/22 não precisa ser dimensionado para a plena potência da carga; na corrente de carga não há pausas de corrente que possam, p.ex. em um forno de redução elétrico, produzir uma operação de arco voltaico agitada e instável e - devido às oscilações de carga - uma potência reativa variável. O dispositivo é especialmente apropriado para operação de fornos a arco voltaico, em que, com corrente de arco voltaico constante, a tensão de carga deve ser rapidamente variada. Ela oscila de 100 V no início da fusão, por 500 a 700 v com suficiente derretimento, até 1,2 kV de tensão para fortes arcos voltaicos.

[008] A DE 35 08 323 C2 descreve um dispositivo para alimentação de um ou vários eletrodos de um forno eletrotérmico de uma ou várias fases através de transformadores principais e adicionais, que possibilita uma ligeira realimentação de rede, uma melhor manutenção de corrente constante e - com fornos de vários eletrodos também um controle individual da potência ativa sob os eletrodos. Para cada fase é medida a corrente do enrolamento secundário, retificado e enviado como valor real de corrente a um dispositivo de soma, em que é formada a diferença entre o valor teórico e o valor real de corrente; a divergência de regulagem é aduzida a um regulador; seu sinal de saída é encaminhado a um emissor de impulso de controle, que produz correspondentes impulsos de ignição para um ajustador tiristor monofásico, sendo que o ajustador está ligado em série com um enrolamento de circuito intermediário do transformador principal e do correspondente enrolamento primário. Tal dispositivo é aplicável a fornos de arco voltaico e de redução.

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4/22 [009] Da DE 34 39 097 A1 é conhecida uma disposição de regulagem para um forno a arco voltaico de corrente contínua com um ou vários eletrodos, que são ligados como cátodo bem como um ou vários eletrodos de fundo como ânodo, em que tiristores estão dispostos para retificação da corrente alternada trifásica em circuito em ponte de seis ou doze pulsos. Assim, as oscilações rápidas e curtas da corrente podem ser equalizadas com uma regulagem de corrente e as oscilações lentas e/ou longas por um dispositivo de ajuste para os eletrodos com uma regulagem de tensão. Um aparelho de tiristor se encarrega de uma regulagem de corrente em função da diferença do valor teórico de corrente e do valor real da corrente de eletrodo e de uma regulagem de tensão em função do valor teórico de tensão e do valor real da tensão de eletrodo, sendo que a regulagem de tensão é realizada mais lentamente do que a regulagem de corrente e do que o ajuste dos eletrodos.

[010] Essa disposição de regulagem foi especialmente desenvolvida para as exigências de arco voltaico de corrente contínua para a produção de aço, em que a potência elétrica total é introduzida no forno em forma de um arco voltaico para o processo de fusão.

[011] Os eletrodos de fundo requeridos em fornos de corrente contínua estão expostos a extrema carga devido à disposição problemática no fundo do recipiente do forno. O eletrodo de fundo é um ponto fraco do forno e demanda um resfriamento dispendioso e seguro. Uma troca dos eletrodos de fundo em fornos de redução toma muito tempo e é muito cara.

[012] O circuito fechado em grande área do circuito

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5/22 de alta corrente do forno de arco voltaico de corrente contínua é atravessado pela corrente elétrica de um fluxo magnético. Esse fluxo produz no arco voltaico uma força eletrodinâmica, que deflete o arco voltaico na direção contrária à alimentação (Arc Deflection). Graças a essa deflexão do arco voltaico resulta um elevado desgaste unilateral no revestimento de alvenaria de forno de fornos de redução.

[013] A DE 28 27 875 se refere a um forno de arco voltaico de várias fases e a um processo para sua regulagem. Os valores requeridos para o controle do lado secundário do transformador são medidos e calculados de determinadas medições de lado primário e/ou secundário com exclusão das tensões de fase secundária medidas com relação ao banho do forno, sendo que o cálculo dos valores de regulagem desejados se processa sob a suposição de que o comportamento de indutância dos enrolamentos secundários durante outras oscilações do forno de arco voltaico é previsível, e que os calores de regulagem assim calculados são submetidos a determinadas condições marginais em função de variáveis de forno condicionadas pela operação. Tal dispositivo é empregável em todos os fornos de vários eletrodos. São medidas tensões de fases do lado primário e correntes em estrela; os valores do lado secundários são de tal maneira derivados que - ao menos em muitos casos - esses valores podem ser aproveitados para melhor regulagem.

[014] Na DE 20 34 874 A1 se descreve uma disposição para alimentação de um forno de arco voltaico da rede de corrente alternada de tensão média ou alta de tal maneira que os eletrodos do forno de arco voltaico estão unidos com

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6/22 a rede de corrente alternada pelo transformador de forno e chaves eletrônicas, sem contato, controláveis, que regulam a corrente do forno e - no caso de uma sobrecorrente - a interrompem. Em sistemas de várias fases a regulagem deve ajudar a impedir uma carga assimétrica da rede de alimentação. As chaves eletrônicas, sem contato, controláveis, substituem também tanto o transformador de estágio como também o interruptor de estágio intermediário do transformador do forno.

[015] Na DE 20 17 203 A1 é descrito um forno elétrico para o processo de refundição de escória elétrica com eletrodos de auto-consumo a correntes de 3 a 15 Hz, sendo que retificador direto de tiristor, transformador de corrente trifásica e circuito de forno com eletrodo e parede e circuito intermediário com transformador monofásico formam um circuito elétrico.

[016] A EP 0 589 544 B1 se refere a uma instalação de arco voltaico trifásica com bobina ligada em série e ponte de tiristor de corrente trifásica ligada em paralelo através da bobina como chave eletrônica de ponte controlável, sendo que o controle, em combinação com uma instalação de processamento de dados eletrônico, além de dados elétricos, como corrente, tensão, teor de onda superior e cintilação, também processa dados de processo e atua como equalização de dados teóricos-reais.

[017] Da EP 0 498 238 B1 são conhecidos um processo para a regulagem de eletrodos de um forno de arco voltaico de corrente contínua e dispositivo de regulagem de eletrodo bem como um dispositivo, em que é evitado o cálculo do valor teórico para a regulagem de eletrodo, na medida em que, em

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7/22 lugar da tensão contínua, é considerado um sinal do regulador de corrente proporcional ao ângulo de modulação. Esse sinal é conduzido por um elemento de atenuação, que além da adaptação de sinal também monitora os valores limítrofes e filtra freqüências indesejadas. O valor teórico corresponde à modulação média do retificador. O comprimento de arco voltaico se ajusta independentemente de uma variação da tensão de tal maneira que é alcançada a corrente requerida com uma modulação pré-dada no retificador; para manter constante a corrente sempre está disponível uma faixa de regulagem suficiente. Com a regulagem em modulação constante no retificador também é obtido um fator de potência média constante na rede de alimentação.

[018] A EP 0 429 774 A1 descreve um dispositivo e um processo para alimentação de um forno de arco voltaico de várias fases com corrente controlada consistindo em uma rede de corrente trifásica, uma reatância em série controlada, um transformador de forno trifásico e um forno de arco voltaico com um sistema de regulagem de eletrodo operando hidraulicamente. Através de um conversor de corrente a corrente por fase é medida e aduzida a um indutor controlado a tiristor com um dispositivo de controle, que novamente influencia a reatância em série situada no circuito principal. Outras grandezas de sinal de medição influentes são a posição do eletrodo e a tensão do transformador.

[019] Na WO 02/28146 A1 é descrito um regulador de eletrodo automático com base na regulagem direta do fator de potência e um processo para um forno de arco voltaico elétrico, que apresenta um transformador de forno, consistindo em um transformador cada para medição da corrente

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8/22 e da tensão operacional do eletrodo, um conversor para cálculo da potência ativa do eletrodo, um conversor para cálculo da potência reativa do eletrodo, uma unidade de controle programável para cálculo do fator de potência do eletrodo e equalização com um valor teórico predeterminado bem como um dispositivo de medição e ajuste em altura dos eletrodos, que está unido por técnica de sinal com a unidade de controle e desloca o eletrodo de tal maneira que o fator de potência efetivo da predeterminação de valor teórico é ao máximo aproximado.

[020] Os parâmetros elétricos dos fornos de redução elétricos são mantidos tão constantes quanto possível pelo levantamento ou abaixamento hidráulico dos eletrodos. Mas esses parâmetros oscilam permanentemente pela variação da resistência do banho com eletrodos imersos e/ou pela variação das condições de resistência com uma operação de forno com eletrodos não imersos, a operação a arco voltaico. Resulta assim uma alimentação desigual da energia elétrica no forno. Além disso, mediante movimentos de eletrodo em parte muito fortes é dificultada a construção de compartimentos de reação no forno.

[021] A invenção parte do objetivo de executar de tal maneira um dispositivo de controle do tipo mencionado no início que a alimentação de potência no forno de redução elétrico seja estabilizada e, assim, sejam aumentadas a alimentação de energia e a produção. Ademais, os movimentos de eletrodo devem ser reduzidos a um mínimo, para que os compartimentos de reação possam ser estabelecidos sem obstáculos.

[022] O objetivo é alcançado, de acordo com a

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9/22 invenção, pelo fato de que o dispositivo de controle apresenta, além disso, chaves de corrente alternada eletrônicas de potência controláveis, que no lado secundário estão conectadas nos condutores de alta corrente e através de uma linha de ignição estão unidos com o sistema de regulagem para adução de impulsos de ignição controladores, sendo que o dispositivo de controle é de tal maneira executado que curtas oscilações dos parâmetros elétricos são compensadas apenas pelos interruptores de corrente alternada. Com isso a regulagem da alimentação de energia não mais se dá apenas pela variação da posição do eletrodo, mas sim fundamentalmente por meio de chaves eletrônicas de potência controláveis, que são conectadas nos condutores de alta corrente. Mediante controle por corte de onda dos semicondutores de potência se consegue regular continuamente o valor eficaz das correntes secundárias. O controle por corte de onda dos semicondutores de potência é muito rápido em comparação com o ajuste mecânico convencional dos eletrodos. Assim pode haver uma reação mais rápida às alterações dos parâmetros elétricos do processo e, com isso, estabilizada a potência do forno.

[023] O objetivo do ajuste mecânico dos eletrodos se limita à equalização das condições de tensão das tensões do banho com grosseiros desvios de valor teórico e compensação da queima de eletrodos.

[024] Comprovou-se vantajoso que o sistema de regulagem apresente um controle por corte de onda dos semicondutores de potência, que regule sem escalonamento os valores eficazes das correntes secundárias.

[025] De maneira vantajosa, o sistema de regulagem

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10/22 pode ser configurado de tal maneira que regule os valores eficazes das correntes secundárias em fornos de redução em circuito knapsack.

[026] De acordo com a invenção, os semicondutores de potência apresentam conjuntos de tiristores ligados antiparalelamente, de modo que ocorre um controle por corte de onda da corrente alternada trifásica.

[027] Em oposição ao ajuste mecânico dos eletrodos, o controle por corte dos semicondutores de potência pode reagir rapidamente a alterações dos parâmetros elétricos do processo de forno e estabilizar a potência do forno.

[028] De maneira vantajosa, o dispositivo de ajuste para os eletrodos pode ser executado de tal maneira que as condições de tensão das tensões do banho sejam compensadas com desvios grosseiros do valor teórico e com a queima de eletrodos.

[029] Uma ótima regulagem é obtida quando a regulagem de corrente e tensão está ao máximo desacoplada.

[030] Comprovou-se vantajoso que os eletrodos do sistema de alta corrente do forno de redução sejam interligados aos pares em estrela. Alternativamente, os eletrodos do sistema de alta corrente do forno de redução podem estar interligados com transformador trifásico ou três transformadores monofásicos em circuito knapsack”. De acordo com a invenção também é possível interligar os eletrodos do sistema de alta corrente do forno de redução em triângulo.

[031] De modo especialmente vantajoso, o sistema de regulagem pode ser de tal maneira executado que as distintas correntes de eletrodo para fusão dos eletrodos Soderberg”

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11/22 sejam limitáveis.

[032] De acordo com a invenção, o sistema de regulagem pode ser de tal maneira executado que as correntes do transformador sejam limitáveis para impedimento de avarias por sobrecorrentes, especialmente na faixa de tensão abaixo do ponto de potência máxima admissível, ou a potência do transformador para impedimento de sobretemperaturas e, com isso, aumento da vida útil dos transformadores, especialmente na faixa de tensão acima do ponto de corrente máxima admissível.

[033] Também é possível de acordo com a invenção executar o sistema de regulagem de tal maneira que a potência reativa seja limitável para observância de valores de garantia para o fator de potência.

[034] A vida útil de chaves de potência e interruptores de estágio de carga é aumentada quando o sistema de regulagem é executado de tal maneira que as chaves de potência e os interruptores de estágio de carga são ligáveis em estado quase sem corrente.

[035] As perturbações para os compartimentos de reação metalúrgicos se reduzem a um mínimo, quando o sistema de regulagem é de tal maneira executado que são previstos tempos mortos adicionalmente obtidos e/ou histereses quando do ajuste dos eletrodos, que promover a formação de compartimentos de reação abaixo dos eletrodos. Freqüentes movimentos mecânicos dos eletrodos para regulagem dos parâmetros elétricos perturbam esses compartimentos de reação e impedem o processo de fusão e redução metalúrgico.

[036] A invenção será detalhadamente explicada a seguir com auxílio de exemplos de execução representados no

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12/22 desenho. Mostram:

[037] Fig. 1 - um sistema de regulagem de acordo com a invenção para uma estrutura monofásica, [038] Fig. 2 - um forno de seis eletrodos com eletrodos interligados aos pares, [039] Fig. 3 - um forno de três eletrodos com um transformador de três fases em circuito knapsack [040] Fig. 4 - um forno de redução de três eletros de estrutura simétrica com três transformadores monofásicos em circuito knapsack” e [041] Fig. 5 - uma família de curvas para explicação das vantagens da invenção.

[042] Na figura 1 está representado um sistema de regulagem 1 de acordo com a invenção, que apresenta um monitoramento 2, uma regulagem de corrente 3, um controle por corte de onda 4 e uma regulagem de tensão 5. Para controle está conectado por exemplo um computador pessoal 6 (PC).

[043] Na figura 1, contudo, está representada apenas uma linha de um sistema trifásico.

[044] Através de uma linha de conexão 7, um interruptor de forno 8 pode ligar por meio de um motor 9 o forno a seguir descrito à tensão de alimentação 10. Esta é aplicada então ao lado primário de um transformador de forno 11, cujo comutador sob carga pode ser regulado por meio de um dispositivo de ajuste 12 pelo sistema de regulagem 1.

[045] No lado secundário do transformador de forno 11 está conectada uma chave de corrente alternada eletrônica, um semicondutor de potência 13, que está ligado com um eletrodo 14, que pode imergir em um banho do forno 15 ligado à terra.

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13/22 [046] O semicondutor de potência 13 pode conter duas chaves eletrônicas de potência ligadas antiparalelamente, sendo que como componentes semicondutores devido às grandes potências de vários MVA são empregáveis de preferência tiristores, controláveis.

mas também transistores de potência Através de uma linha de ignição 16 o semicondutor de potência 13 é suprido para ligação com impulsos de ignição pelo sistema de regulagem 1.

[047] No lado secundário do transformador de forno está conectado uma chave de corrente alternada eletrônica, um semicondutor de potência 13, que está ligado com um eletrodo 14, que pode imergir em um banho do forno 15 ligado à terra.

[048] Um sistema hidráulico 17 produz uma regulagem de eletrodos lenta, de modo que as condições de tensão das tensões do banho com grosseiras divergências do valor de referência e queima de eletrodo podem ser compensadas. Um dispositivo de medição 18 fornece um sinal ao sistema de regulagem 1 correspondente à posição do eletrodo 14.

[049] Ao sistema de regulagem 1 estão conectados dispositivos de medição e monitoramento 19 para grandezas elétricas, aos quais são enviados valores de medição correspondentes a tensão primária UPRI e as correntes primárias IPRI. Os dispositivos de medição e monitoramento 19 calculam daí os valores requeridos para o sistema de regulagem 1. Antes do interruptor de forno 8, um monitoramento de ligação à terra 20 é ligado com a tensão de alimentação 10, que fornece seus valores de medição igualmente ao sistema de regulagem 1.

[050] O sistema de regulagem 1, que serve de base à

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14/22 invenção, pode ser concretizado em um controlador lógico programável (PLC), um chaves limites programáveis (PLS), um computador pessoal (PC) 6 ou um outro sistema sustentado a computador. Como grandezas de entrada para o sistema de regulagem 1 servem dispositivos de medição e monitoramento 19 do lado primário e do lado secundário para as grandezas elétricas bem como a posição dos interruptores de estágio de carga ou da chave triangular em estrela - desde que presentes. Opcionalmente, a medição da posição dos eletrodos pode estar incluída no sistema de controle e regulagem 1.

[051] Grandezas de saída do sistema de regulagem 1

são valores	de ajuste	para	as	válvulas	hidráulicas para
levantamento	e abaixamento	dos	eletrodos	14 bem como	as
grandezas de	regulagem	para	a	eletrônica	de controle	do

controle por corte de onda 4 dos semicondutores de potência

13.

[052] O sistema de regulação 1 pode ser expandido para incorporar o ajuste automático de deslocamento dos comutadores sob carga dos transformadores de forno 11 para manter o ângulo de controle requerido □□dentro de limites, e para evitar interrupções de corrente em operação de arco e em carga parcial.

[053] Nas figuras 2 a 4 está representado o esquema de ligação de corrente alternada das três fases do lado de alta corrente. A figura 2 mostra um forno 15 com seis eletrodos 14 interligados aos pares, que estão unidos através dos semicondutores de potência 13 com as fases U, V, W do lado secundário do transformador de forno 11.

[054] Na figura 3 está representado um forno 15 com três eletrodos 14, que está conectado a um transformador

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15/22 trifásico no circuito knapsack”.

[055] A estrutura do sistema de alta corrente representada na figura 4 mostra três transformadores monofásicos defasados em 120o e retificadores de corrente alternada bem como um deslocamento angularmente simétrico das linhas de alta corrente e disposição das linhas de eletrodos. Graças a essa estrutura continuamente simétrica podem ser obtidas condições iguais das respectivas impedâncias, que facilitam uma alimentação de potência tão uniforme quanto possível no forno de redução e, com isso, carregam tão simetricamente quanto possível a rede de alta tensão. Cargos assimétricas, condicionadas pelo processo, podem ser bem reguladas pela invenção.

[056] O circuito knapsack” é empregado em fornos de redução de eletrodo com três eletrodos. Nele, as conexões dos enrolamentos secundários dos transformadores do forno são afastadas e só interligadas aos três eletrodos para o triângulo. Os três eletrodos formam então com o banho de forno uma carga em forma de estrela, sendo que o banho de forno constitui o ponto de estrela. Graças à disposição dos condutores de alta corrente compensador o campo magnético, reduz-se a reatância do forno. Assim, potência ativa maior em comparação com potência de transformador pode ser introduzida no forno, de modo que resulta um fator de potência cos φ melhor.

[057] Podem ser empregados então respectivamente um retificador de corrente alternada monofásico, controlável, em combinação com transformadores de forno monofásicos ou retificadores de corrente alternada trifásicos, controláveis, em combinação com transformadores de forno

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16/22 trifásicos. A parte de potência dos retificadores de corrente alternada para a regulagem de corrente é obtida por fase através de respectivamente duas chaves eletrônicas de potência ligadas antiparalelamente. Como componentes semicondutores devem ser empregados de preferência tiristores devido às grandes potências de vários MVA. Mas também é concebível o emprego de transistores de potência controláveis.

[058] O circuito knapsack representado nas figuras 3 e 4 tem a vantagem de uma interligação pobre em reatância das linhas de alta corrente devido a efeitos de compensação dos campos elétricos. Com isso, a fração de potência reativa produzida do forno de redução pode ser reduzida. Mas também é possível um circuito, em que os enrolamentos secundários do transformador estão ligados em triângulo, com três conexões secundárias distanciadas das linhas de alta corrente, as quais são interligadas em estrela através das linhas de eletrodo e do banho, como é usual p.ex. em fornos de arco voltaico para produção de aço.

[059] Além do objetivo principal da invenção acima descrito, resultam ainda adicionalmente outras vantagens a seguir descritas.

[060] 1. Limitação das distintas correntes de eletrodo para fusão dos eletrodos Soderberg [061] Quando da inicialização do forno ou depois de rupturas de eletrodos é importante limitar a corrente de eletrodos IE dependendo do progresso da fusão e para impedimento de avarias. Com auxílio do retificador de corrente alternada, a corrente de eletrodos respectivamente ótima IE pode ser conduzida segundo um programa de fusão

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17/22 predeterminado pelo eletrodo 14 e ser evitada uma avaria do eletrodo 14 por sobrecorrentes. Para evitar uma ruptura precoce do eletrodo Soderberg verde, pode ser estabelecido o ajuste mecânico do eletrodo 14.

[062] 2. Limitação das correntes de transformador para evitar avarias por sobrecorrentes, especialmente na faixa de tensão abaixo do ponto de potência máxima admissível.

[063] Os transformadores 11 são protegidos por relés de sobrecorrente, que disparam o interruptor de forno 8 com sobrecorrentes e interrompem a operação de produção. Correspondentemente ao respectivo estágio de tensão, pelo sistema de regulagem 1 de acordo com a invenção a correspondente corrente de transformador máxima pode ser limitada por software e assim evitado um desligamento do transformador por sobrecorrente. O segmento de curva 20 reto representado na figura 5 mostra a limitação de corrente em função da tensão secundária. Na figura 5 está representado um sistema de curvas, que ilustra a dependência da tensão secundária e da corrente secundária entre si.

[064] 3. Limitação da potência de transformador para evitar sobretemperaturas e, com isso, para aumento da vida útil dos transformadores, especialmente na faixa de tensão acima do ponto de corrente máxima admissível.

[065] Uma ultrapassagem da máxima potência aparente admissível produzida por pequenas resistências do banho podem danificar os transformadores de forno 11 por sobretemperaturas ou as vidas úteis dos transformadores de forno 11 podem ser encurtadas. Com auxílio do retificador alternado, a potência aparente dos transformadores de forno

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18/22 pode ser limitada pelo ajustador de corrente alternada para o valor máximo. Isso é obtido por uma limitação de corrente em função do respectivo estágio de tensão, como se pode depreender por exemplo do segundo segmento de curva 21 na figura 5.

[066] 4. Limitação da potência reativa para manutenção de valores de garantia para o fato de potência [067] Frequentemente, entre operador e fornecedor de energia devem ser mantidos valores limite contratuais combináveis para o fator de potência cos φ. Pelo sistema de regulagem pode-se evitar ficar aquém do valor limite mediante simples redução da potência do forno.

[068] 5. Impedimento e limitação de cargas da rede de alta tensão de alimentação assimétricas, condicionadas pelo desenho do forno e pelo processo [069] Devido à geometria do forno, como p.ex. fornos retangulares, e/ou à disposição dos eletrodos 14 em série e/ou ao emprego de um transformador trifásico ou de três transformadores monofásicos com uma disposição em série resultam obrigatoriamente assimetrias quando da conexão dos condutores de alta corrente e, com isso, distintas resistências de perda e reatâncias. Cargas assimétricas resultam, contudo, também devido a distintas condições de resistência do banho no forno de redução condicionadas pelo processo. Essas indesejadas cargas de rede assimétricas podem ser bem corrigidas pelo sistema de regulagem 1.

[070] 6. Aumento da vida útil de chaves de potência e comutadores sob carga mediante conexão em estado quase sem corrente [071] Devido à comutação do interruptor de forno 8

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19/22 e aos comutadores de tensão sob carga, a vida útil do equipamento de operação elétrica é normalmente reduzida. Além disso, no caso de redes fracas, os fenômenos de cintilação podem ocorrer devido às altas potências de chaveamento. Devido ao sistema de regulação 1 de acordo com a invenção, os semicondutores de potência 13 podem ser bloqueados antes de se comutar o interruptor de forno 8 ou se operar os comutadores sob carga de modo que estes interruptores de alimentação possam ser accionados num estado quase sem corrente. Apenas a corrente a vazio dos transformadores 11 necessita ser ligada.

[072] Ademais, devido ao comportamento de regulagem aperfeiçoado e à possibilidade de limitar a corrente de eletrodo quando da inicialização do forno 15, o número ademais grande de estágios de tensão pode ser reduzido.

[073] O dispositivo de controle de acordo com a invenção possibilita a operação de um forno de corrente trifásica com três ou seis eletrodos sem a necessidade de um eletrodo de fundo. Os conjuntos de tiristor são conectados antiparalelamente, sendo que a corrente alternada trifásica permanece mantida em forma ajustada à fase.

[074] O dispositivo de regulagem que serve de base à presente invenção é especialmente ajustado aos requisitos de processo para fornos de redução elétricos, em que ao máximo são evitados movimentos dos eletrodos, pois podem prejudicar o processo metalúrgico de fusão e redução. O ajuste hidráulico dos eletrodos deve compensar praticamente apenas a queima de eletrodos e reagir apenas a maiores desvios de tensão.

[075] Como a corrente secundária em fornos com

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20/22 circuito knapsack” não é igual a correntes em linha de eletrodos, nesse caso é necessário um processo de regulagem especial, que é possibilitado pelo sistema de regulagem 1 de acordo com a invenção.

LISTA DE REFERÊNCIAS sistema de regulagem monitoramento regulagem de corrente controle por corte de fase regulagem de tensão computador pessoal conduto de conexão interruptor de forno motor tensão de alimentação transformador de forno dispositivo de ajuste semicondutor de potência eletrodo forno linha de ignição sistema hidráulico dispositivo de medição da posição de eletrodo dispositivos de medição e monitoramento para as grandezas elétricas monitoramento de ligação à terra segmento de curva reto segundo segmento de curva

ZT impedância trafo

Zh impedância

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21/22

Ze impedância de eletrodo

Zb impedância de banho

PC computador pessoal

PLS sistema condutor de processo

SPS controle programável por memória

A Ampère/dimensão

AC corrente alternada (“alternating current”)

En ponto de medição f freqüência de rede

I	corrente
IEn	corrente
Ipri	corrente do lado primário
Isec	corrente do lado secundário
I+/-n	corrente de linha
m	10^-3(mili)/fator numérico
k	10³(quilo)/fator numérico

M 10⁶(mega)/fator numérico

M característica de motor/símbolo n número de ordem

P potência ativa

Q potência reativa

S potência aparente

SN potência aparente nominal

SSc potência aparente

tap	tempo
U	tensão
Uk	tensão de curto-circuito
Un	tensão de rede
^Upri	tensão do lado primário
^Usec	tensão do lado secundário

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22/22

U,V,W sistema elétrico fases

VA Volt Ampère/Dimensão

V Volt/dimensão

Var voltampèreativo/dimensão

W trabalho elétrico

W watt/dimensão

Wh horas watt/dimensão

ZBn impedância, resistência referida

ZEn impedância

ZH+/-n impedância

ZTn impedância α ângulo de controle, ângulo de corte de fase cos φ fator de potência

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1/4

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo de controle para fornos de redução de corrente alternada (15) com eletrodos (14), que apresenta um transformador (11) e um sistema de regulagem

2/4 pelo fato de que os semicondutores de potência (13) apresentam conjuntos de tiristores ligados antiparalelamente.

2. Dispositivo de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema

20 de regulagem (1) apresenta um controle por corte de onda (4) dos semicondutores de potência (13), que regula continuamente os valores eficazes das correntes secundárias (Isec) .

3/4

3. Dispositivo de controle, de acordo com qualquer

25 uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o sistema de regulagem (1) é configurado de tal maneira que regula os valores eficazes das correntes secundárias (Isec) em fornos de redução em circuito “knapsack.

4/4 limitável para observância de valores de garantia para o fator de potência (cos φ).

4. Dispositivo de controle, de acordo com

30 qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado

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5 circuito em triângulo.

5. Dispositivo de controle, de acordo com qualquer 5 uma das reivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que o controle por corte dos semicondutores de potência (4) reage rapidamente a alterações dos parâmetros elétricos do processo de forno e estabiliza a potência do forno (15).

10

5 (1) para a alimentação de energia controlada nos fornos de redução de corrente alternada (15), que controla um dispositivo de ajuste (12) para os eletrodos (14), caracterizado pelo fato de que o dispositivo de controle apresenta, além disso, chaves de corrente alternada (13)

6. Dispositivo de controle, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de ajuste (16) para os eletrodos (14) é executado de tal maneira que as condições de tensão das tensões do banho com grosseiras divergências do valor

7. Dispositivo de controle, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que a regulagem de corrente (3) e tensão (5) está ao máximo desacoplada.

20 8. Dispositivo de controle, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que os eletrodos (14) do sistema de alta corrente do forno de redução ( 15) são interligados aos pares em estrela. 25 9. Dispositivo de controle, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que os eletrodos (14) do sistema de alta corrente do forno de redução (15) estão

interligados com transformador trifásico ou três 30 transformadores (11) monofásicos em circuito knapsack”.

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8 ou

9, caracterizado pelo fato de que o sistema de regulagem (1) é de tal maneira executado que as distintas correntes

10 de eletrodo (Ie) para fusão dos eletrodos Soderberg são limitáveis.

10. Dispositivo de controle, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que os eletrodos (14) do sistema de alta corrente do forno de redução (15) estão interligados em

10 eletrônicas de potência controláveis, que no lado secundário estão conectados nos condutores de alta corrente e através de uma linha de ignição (16) estão unidos com o sistema de regulagem (1) para adução de impulsos de ignição controladores, sendo que o dispositivo de controle é de tal

11. Dispositivo de controle, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,

12. Dispositivo de controle, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que o sistema de regulagem (1)

13. Dispositivo de controle, de acordo com qualquer

20 uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que o sistema de regulagem (1) é de tal maneira executado que as correntes de transformador são limitáveis para impedimento de sobretemperaturas dos transformadores (11), especialmente

25 na faixa de tensão acima do ponto de corrente máxima admissível.

14. Dispositivo de controle, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que o sistema de regulagem

30 (1) é de tal maneira executado que a potência reativa é

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15. Dispositivo de controle, de acordo com qualquer

uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 5 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que o sistema de regulagem (1) é executado de tal maneira que os

interruptores de potência (8) e os interruptores de estágio de carga são ligáveis em estado quase sem corrente.

15 é de tal maneira executado que as correntes do transformador são limitáveis para impedimento de avarias por sobrecorrentes, especialmente na faixa de tensão abaixo do ponto de potência máxima admissível.

15 de referência e queima de eletrodo são compensadas.

15 maneira executado que curtas oscilações dos parâmetros elétricos são compensadas apenas pelas chaves de corrente alternada (13).

16. Dispositivo de controle, de acordo com qualquer 10 uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que o sistema de regulagem (1) é de tal maneira executado que são previstos tempos mortos adicionalmente obtidos e/ou histereses quando do ajuste dos eletrodos (14).

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CORRENTE SECUNDÁRIA