BR112015006991B1 - Dispositivo para regulagem de energia baseada em processo de um forno a arco elétrico e método para regulagem de energia com base térmica de um forno a arco elétrico - Google Patents

Abstract

dispositivo para regulagem de energia baseada em processo de um forno a arco elétrico e método para regulagem de energia com base térmica de um forno a arco elétrico. são divulgados um dispositivo e um método para regulagem de energia baseada em processo de um forno a arco elétrico (10). uma pluralidade de tipos de sensor (15, 16, 17) detecta parâmetros operacionais ativos presentes do forno a arco elétrico (10) dependendo do tempo. a partir dos valores medidos, uma unidade de controle e regulagem (30) determina se é necessário comutar outras derivações de bobinagem (ts1...tsn) do lado primário (6p) do transformador de forno (6) por meio de um comutador de derivação semicondutor (20) a fim de efetuar uma energia elétrica modificada para prevenir danos térmicos e/ou mecânicos ao forno a arco elétrico (10).

Description

[0001] A invenção diz respeito a um dispositivo para regulagem de energia baseada em processo de um forno a arco elétrico. Particularmente, o dispositivo provê uma pluralidade de tipos de sensor para fins de detecção de parâmetros operacionais ativos no momento do forno a arco elétrico dependendo do tempo. Os parâmetros operacionais ativos no momento são transmitidos a uma unidade de controle e regulagem, e um algoritmo de regulagem correspondente calcula a regulagem necessária. A regulagem do forno a arco elétrico é realizada por meio de pelo menos um transformador de forno. A unidade de controle e regulagem co-atua com pelo menos um comutador de derivação de carga, com as derivações de bobinagem no lado primário do transformador de forno podendo ser comutadas por meio de um comutador de derivação de carga. Três eletrodos são conectados eletricamente ao lado secundário do pelo menos um transformador de forno e são dispostos respectivamente em uma linha.

[0002] A invenção diz respeito, ainda, a métodos para regulagem de energia térmica de um forno a arco elétrico.

[0003] A especificação de patente alemã DE 35 12 189 C1 divulga um método e um dispositivo para regulagem de fornos a arco elétrico. O propósito é permitir ajuste preciso da tensão do arco elétrico e a altura do eletrodo, de tal maneira que seja econômica e tecnicamente factível sem grandes esforços. O atuador da altura de eletrodo sempre é controlado por um loop de regulagem de corrente (ou loop de controle de impedância), ao qual é sobreposto um loop de regulagem de energia, no caso de uma regulagem de energia. Além de prover o estágio de transformador, o regulador de energia sobreposto sobre o regulador de corrente também provê a variável de referência para o regulador de corrente, conforme necessário. Em todos os casos, somente o regulador de corrente atua diretamente sobre o ajuste do eletrodo. Para o acionamento de comutador de derivação usado para o transformador, isto resulta, portanto, na possibilidade de ou alimentar a tensão de transformador, a qual pode ser ajustada por meio do comutador de derivação diretamente via diagrama de operação, ou de ajustá-la por meio do regulador de energia mencionado. O acionamento por elevação para os eletrodos é controlado por meio do regulador de corrente.

[0004] O pedido de patente europeia EP 2 362 710 A1 divulga um forno a arco elétrico e um método para operar um forno a arco elétrico. O arco elétrico atribuído ao pelo menos um eletrodo tem uma primeira energia radiante que resulta com base em um primeiro conjunto ajustado de parâmetros de operação. O forno a arco elétrico é operado de acordo com um programa de operação específico, o qual se baseia em uma sequência de processo esperada. Monitoramento é conduzido ou como havendo um desvio indesejado entre a sequência de processo atual e a sequência de processo esperada. Se houver um desvio, uma segunda energia radiante modificada é especificada. Por meio da segunda energia radiante um segundo conjunto modificado de parâmetros de operação é determinado. O método permite atingir uma duração de fundição o mais curta possível enquanto protege os meios de operação, particularmente o vaso de forno.

[0005] O pedido alemão de patente DE 35 43 773 A1 descreve um método para operar um forno a arco elétrico, de tal modo que seja possível, com matérias-primas flutuantes, fundir este material num valor mínimo do consumo de energia elétrica demandada. O transformador de forno é provido com um comutador de carga, possibilitando, portanto, ajustar a tensão de saída no lado secundário do transformador. O controle é realizado ao se modificar as derivações do transformador de forno ou ao se adaptar o ponto de operação de corrente, ambas sendo realizadas para modificar o comprimento do arco elétrico. A corrente elétrica fluindo a partir do lado secundário do transformador de forno para o eletrodo de arco é medida no processo. Se o forno a arco elétrico é operado com um ponto de operação elétrica que é controlado desta maneira, então o consumo de energia elétrica é reduzido no processo de fundição e o consumo de energia elétrica planejado pode ser mantido em nível mínimo.

[0006] O pedido alemão de patente DE 10 2009 017 196 A1 divulga um comutador de derivação com componentes de comutação semicondutores para comutação ininterrupta entre contatos fixos do comutador de derivação, os quais são conectados eletricamente às derivações de bobinagem de um transformador derivado. Neste contexto, cada um dos contatos fixos do comutador de derivação ou pode ser conectado diretamente a uma dissipação de carga ou, durante transição, conectado via componentes de comutação semicondutores interconectados. A dissipação de carga tem peças de contato de dissipação divididas e fixas, de tal modo que os componentes de comutação semicondutores são isolados por galvanização em relação à bobinagem de transformador durante operação estacionária. Existem, contudo, várias desvantagens em relação aos comutadores de derivação com componentes de comutação semicondutores. A aplicação permanente de tensão de operação e o esforço dos meios eletrônicos de energia quando de tensão de impulso por relâmpago necessitam de grandes distâncias de isolamento, as quais não são desejáveis.

[0007] Conforme se conhece a partir do estado da técnica, os componentes elétricos para controlar ou regular a operação de um forno a arco elétrico são um transformador de forno, uma bobina de reatância e um sistema de braço de suporte de eletrodo. O fornecimento de energia para os fornos a arco elétrico de corrente alternada é realizado via transformadores de forno com um comutador de derivação integrado. A entrada de energia correspondente pode ser ajustada por meio dos estágios de transformador.

[0008] Uma bobina de reatância, a qual pode ser comutado sob carga e conectada a montante do transformador, seve para regular a reatância do circuito de corrente, permitindo, assim, operar o forno com arcos elétricos estáveis bem como limitar a corrente de curto circuito. O estágio adequado é selecionado tanto pelo transformador e pela reatância conectada em série, dependendo do progresso do processo. Isso pode ser feito por meio de intervenção manual por parte do operador de forno, por meio de controle integrado ou por regulagem.

[0009] Em controle manual, um operador de forno experiente pode avaliar o processo por meio da emissão de som oriundo do forno e da aparência do material de fundição. O estágio de transformador é adaptado em situações críticas (por exemplo, um arco elétrico de queima livre).

[0010] No controle automático, os estágios de transformador e os estágios de reatância, dependendo do caso, são adaptados dependendo da entrada de energia presente. A fim de manter o arco elétrico o mais estável possível, uma alta indutância geralmente é necessária na “fase de perfuração” inicial (reatância OLTC == estágio mais alto). A reatância conectada em série é desligada na última fase “banho líquido, a fim de reduzir a energia reativa.

[0011] Uma etapa de menor tensão (arcos elétricos curtos) é selecionada durante a fase de perfuração para proteger o revestimento refratário do forno (o refratário) assim como a tampa do forno. Após o arco elétrico ter sido coberto por escória espumante, a etapa de maior tensão é selecionada para alcançar a mais alta entrada de energia dentro da fundição. A fim de garantir a alta entrada de energia durante a última fase, uma tensão de etapa suavemente menor é selecionada, enquanto se usa o ajuste de corrente máxima.

[0012] Particularmente, nos processos de controle manual e automático, as especificações mencionadas acima medem muito inadequadamente o estado atual do processo. Mesmo as regulações mais novas também não são capazes de reagir com as constantes de tempo apropriadas (por exemplo, na faixa dos milissegundos) em relação às rápidas mudanças no sistema.

[0013] Com relação aos comutadores de derivação em transformadores de forno e em bobinas de reatância e dependendo das diversas estratégias de comutação dos clientes, as altas frequências de comutação são consideradas com um fator de estresse técnico. Isto é atribuído primeiramente à erosão por contato e ao desgaste dos componentes mecânicos nos comutadores de derivação.

[0014] Trabalhos de manutenção em comutadores de derivação normalmente implicam em alto esforço e, acima de tudo, custosa inatividade de produção, tornando definitivamente desejável ao operador estender o intervalo de manutenção, a fim de reduzir o máximo possível esforço de manutenção no comutador de derivação.

[0015] O objetivo da invenção é criar um dispositivo para regulagem de energia baseada em processo de um forno a arco elétrico, e, que o dispositivo possibilita intervir nas alterações de processo no forno a arco elétrico com as constantes de tempo apropriadas (na faixa dos milissegundos) e, ao mesmo tempo, reduzir as inatividades do forno a arco elétrico e estender os intervalos de manutenção dos comutadores de derivação.

[0016] A tarefa é resolvida por meio de um dispositivo para regulagem de energia baseada em processo de um forno a arco elétrico, compreendendo as características da reivindicação 1.

[0017] Outra tarefa da invenção é criar um método para regulagem de energia baseada em processo de um forno a arco elétrico, em que o método torna possível intervir nas alterações de processo no forno a arco elétrico com as constantes de tempo apropriadas (na faixa dos milissegundos) e, ao mesmo tempo, reduzir as inatividades do forno a arco elétrico e estender os intervalos de manutenção para os comutadores de derivação.

[0018] A tarefa é resolvida por meio de um método para regulagem de energia baseada em processo de um forno a arco elétrico, compreendendo as características da reivindicação 5.

[0019] O dispositivo de acordo com a invenção para regulagem de energia baseada em processo de um forno a arco elétrico é caracterizado pelo fato de que o comutador de derivação de carga é um comutador de derivação semicondutor.

[0020] De acordo com uma modalidade possível, cada eletrodo pode ser atribuído a um transformador de forno cujas derivações primárias do lado primário podem ser comutadas por meio de um respectivo comutador de derivação semicondutor, em que o lado secundário de cada transformador de forno é conectado ao eletrodo.

[0021] Os tipos de sensores usados para determinar os parâmetros de regulagem ou mensurações são sensores térmicos e/ou sensores ópticos e/ou sensores acústicos e/ou sensores sonoros captando sons estruturais. Todos os sensores são conectados à unidade de controle e regulagem.

[0022] A unidade de controle e regulagem é conectada de maneira passível de comunicação ao comutador de derivação semicondutor, de tal modo que a tensão aplicada no momento aos eletrodos pode ser regulada dependendo das mensurações dos tipos de sensores e da comparação com um ponto de ajuste.

[0023] O método de acordo com a invenção é caracterizado pelo fato de que: - por meio de uma pluralidade de tipos de sensor, os parâmetros operacionais ativos presentes do forno a arco elétrico são detectados e transmitidos para uma unidade de controle e regulagem, por meio do que um valor de criticidade é determinado; e - dependendo do valor da criticidade determinada, uma comutação de derivações de bobinagem em um lado primário de pelo menos um transformador de forno é influenciado por meio de pelo menos um comutador de derivação semicondutor, de tal maneira que o estado do forno a arco elétrico é mantido em um estado operacional não crítico ou é colocado em um estado operacional não crítico.

[0024] Normalmente, o forno a arco elétrico tem três eletrodos por meio dos quais energia térmica é alimentada ao forno a arco elétrico. Os eletrodos são conectados a um lado secundário do transformador de forno, de tal modo que uma tensão modificada é aplicada às três linhas secundárias via comutação das derivações no lado primário do transformador de forno. De acordo com uma modalidade do método, os eletrodos são alimentados simetricamente com uma quantidade necessária de energia elétrica, de modo que o estado do forno a arco elétrico é mantido em um estado operacional não crítico ou é colocado em estado operacional não crítico. De acordo com uma modalidade adicional do método de acordo com a invenção, uma tensão assimétrica é aplicada aos condutores de fase dos eletrodos por meio do comutador de derivação semicondutor. As três linhas secundárias são então alimentadas assimetricamente com uma quantidade necessária de energia elétrica, de modo que o estado do forno a arco elétrico é mantido em um estado operacional não crítico ou é colocada em um estado operacional não crítico. Tensões de fase assimetricamente ajustáveis são necessárias para este fim. Em termos de quantidade, as tensões aplicadas nos arcos elétricos individuais normalmente diferem em até 10%.

[0025] Normalmente, o forno a arco elétrico tem três eletrodos, por meio dos quais energia elétrica é alimentada ao forno a arco elétrico. Cada um dos eletrodos é conectado a um lado secundário de um transformador de forno associado, e os arcos elétricos são alimentados com uma quantidade apropriada de energia por meio de comutação das derivações no lado primário do respectivo transformador de forno. A entrada de energia é formada de tal maneira que o estado do forno a arco elétrico é mantido em um estado operacional não crítico ou é colocada em um estado operacional não crítico. Cada um dos arcos elétricos pode ser controlado independentemente dos outros arcos elétricos do forno a arco elétrico.

[0026] O valor crítico é calculado a partir dos parâmetros operacionais do forno a arco elétrico, em que os parâmetros operacionais são compostos por estado térmico de um vaso do forno a arco elétrico e/ou por detecção óptica de arcos elétricos queimando e/ou por som ou som estrutural emitido a partir do forno a arco elétrico.

[0027] A regulagem das quantidades elétricas em fornos a arco elétrico é realizada em duas áreas. O sistema de controle de processo sobreposto especifica a tensão de fase secundária (o estágio do transformador, respectivamente) e o ponto de ajuste de corrente. A regulagem de eletrodo subordinada regula a corrente por meio dos comprimentos de arco elétrico e, portanto, garante que o ponto de ajuste específico seja mantido em média. A presente invenção diz respeito ao sistema de controle de processo sobreordenado, considerando, com isso, a regulagem das tensões de fase.

[0028] O estado de processo do forno a arco elétrico ou arcos elétricos livres de queima é detectado na primeira etapa. Isso pode ser realizado por meio de mensurações de temperatura, mensurações de som oriundo da estrutura ou mensurações de radiação. Com base nos valores mensurados, o valor crítico assim chamado por ser determinado na próxima etapa. O valor crítico é dado como um percentual e descreve o estado presente do processo de fundição. A 0%, o estado não é crítico. O mais alto estágio é a 100% e o estado do processo de fundição é extremamente crítico. A energia do forno a arco elétrico está sendo, agora, regulada dependendo do valor crítico presente. Se o valor crítico estiver, por exemplo, na faixa de 0% a 30%, a energia máxima continua a ser aplicada ao forno a arco elétrico. Se o valor crítico estiver, por exemplo, entre 30% e 60%, a energia é reduzida linearmente. A partir de um valor crítico de 60% a energia é ajustada para a configuração mais baixa.

[0029] A nova regulagem previne, especificamente, os hotspots responsáveis por desgaste refratário, alcançando, assim, uma melhor proteção dos meios operacionais ao usar a regulagem de linha específica cia tensões de fase assimétricas como uma variável de regulagem para estender o algoritmo de regulagem. Regulagem assimétrica de energia é entendida como sendo uma modificação assimétrica das tensões de fase. No comutador de derivação semicondutor a faixa de ajuste necessária para a assimetria de tensão deve ser de aproximadamente ±10%. A frequência fica na faixa de 1 segundo.

[0030] Estas e outras características das várias modalidades divulgadas apresentadas serão melhor e plenamente compreendidas com referência à descrição a seguir e às Figuras, em que nelas os mesmos números de referência designam os mesmos elementos e as quais mostram:

[0031] Figura 1 mostra uma apresentação esquemática deum sistema para fundir metal por meio de um forno a arco elétrico;

[0032] Figura 2 mostra uma vista esquemática do arranjoespacial dos eletrodos no forno a arco elétrico e da atribuição dos sensores aos eletrodos;

[0033] Figura 3 mostra uma apresentação esquemática da integração da regulagem de energia térmica na regulagem geral do forno a arco elétrico;

[0034] Figura 4 mostra uma vista esquemática do fluxograma da regulagem de energia térmica do forno a arco elétrico; e

[0035] Figura 5 mostra uma apresentação da conexão funcional do valor crítico e da energia ativa presente.

[0036] Figura 1 mostra uma apresentação esquemática de um sistema 1 para fundir metal por meio de um forno a arco elétrico 10. O forno a arco elétrico 10 é composto por um vaso de forno 11 no qual sucata de aço é fundida e uma fusão 3 é produzida. O vaso de forno 11 pode ser adicionalmente provido com uma tampa, a qual não é ilustrada. Parede 12 e tampa são providas com um sistema de arrefecimento por água. Dependendo do modo de operação do forno a arco elétrico 10, o forno tem um ou três eletrodos 4. Um eletrodo 4 é usado em um forno a arco elétrico de corrente direta. Três eletrodos 4 são usados em um forno a arco elétrico de corrente alternada. A descrição as seguir ilustra o princípio da invenção como que exemplificado por um forno a arco elétrico de corrente alternada. Um material refratário, o qual não é ilustrado, reveste uma parede interna 13 do forno a arco elétrico 10.

[0037] Os eletrodos 4 são dispostos em um braço de suporte, o qual não é ilustrado, e eles podem ser inseridos dentro do vaso de forno 11 quando necessário. Cada um dos eletrodos 4 é equipado com um condutor de fase 5, o qual é conectado a um lado secundário 6S de um transformador de forno 6. O condutor de fase 5, o eletrodo 4 e o arco elétrico, o qual não é ilustrado, formam, assim, uma fase ou uma linha 7 do circuito de corrente alternada. Um lado primário 6P do transformador de forno 6 é alimentado com a alta tensão necessária a partir de um circuito de fornecimento de energia 9. Um comutador de derivação de carga 20, o qual é construído como um comutador de derivação semicondutor, é conectado ao lado primário 6P do transformador de forno 6.

[0038] Uma unidade de controle de regulagem 30 co-atua com o comutador de derivação semicondutor 20 para realizar comutação das derivações do transformador de forno 6 no lado primário 6P, de tal maneira que as derivações são alimentadas com uma tensão de fase correspondente e corrente correspondente, de modo que o forno a arco elétrico 3 trabalha dentro de uma margem alvo específica. O lado primário 6P do transformador de forno 6 tem uma pluralidade de derivações de bobinagem TS1...TSN, as quais são comutadas pelos componentes de comutação semicondutores S1...SN do comutador de derivação semicondutor 20. A unidade de controle e regulagem 30 recebe entrada de uma pluralidade de tipos de sensor 15, 16 e 17, os quais são atribuídos ao forno a arco elétrico 10. A partir dos dados de entrada, a unidade de controle e regulagem 30 determina a sequência de comutação do comutador de derivação semicondutor 20 e a comutação necessária das derivações de bobinam TS1...TSN, do lado secundário 6S do transformador de forno 6, de tal modo que o forno a arco elétrico 10 trabalha dentro de uma margem específica da energia de forno.

[0039] Para este fim, uma pluralidade de tipos de sensor 15, 16 e 17 detectam o estado térmico do forno a arco elétrico 10. Os tipos de sensor 15, 16 e 17 são construídos como sensores térmicos 15 e/ou sensores ópticos 17 e/ou sensores acústicos 16 e são conectados à unidade de controle e regulagem 30. O estado térmico presente do forno a arco elétrico 10 pode ser detectado por meio de mensurações de temperatura, mensurações de som estrutural ou de mensurações de radiação. Um sensor de temperatura, por exemplo, que mede a temperatura da água de arrefecimento, por exemplo, e permite, assim, uma conclusão acerca da carga térmica presente, pode ser usada para mensurações de temperatura. Medições de sons oriundos da estrutura podem ser realizadas por meio de sensores acústicos, em que os resultados de medição permitem conclusões acerca do desenvolvimento da temperatura no forno a arco elétrico 10. Câmeras, por exemplo, podem ser usadas para mensurações de radiação, de tal modo que estas também permitem conclusões acerca do desenvolvimento da temperatura no forno a arco elétrico 10. A unidade de controle e regulagem 30 determina um valor crítico a partir dos dados reunidos. Dependendo do valor da criticidade determinada, uma comutação das derivações de bobinagem TS1...TSN em um lado primário 6P do pelo menos um transformador de forno 6 é influenciada por meio de pelo menos um comutador de derivação semicondutor 20, numa tal maneira que o estado do forno a arco elétrico 10 é mantida num estado operacional não crítico ou é colocada em um estado operacional não crítico.

[0040] Na Figura 2 é ilustrada uma vista esquemática do arranjo espacial dos eletrodos 4 no forno a arco elétrico 10 e a associação espacial dos sensores térmicos 15 e dos sensores acústicos 16 em relação aos eletrodos 4. Na modalidade apresentada aqui, o forno a arco elétrico 10 tem três eletrodos, por meio dos quais energia térmica é introduzida no forno a arco elétrico. Os eletrodos 4 são dispostos na forma de um triângulo. Um sensor térmico 15 e um sensor acústico 16 são atribuídos espacialmente a cada um dos eletrodos 4, de tal maneira que o estado térmico individual do forno a arco elétrico 10 pode ser detectado na área de cada eletrodo 4. Tensões de fase assimétricas Uaivoi2, UaiVO23 ou Ua|Vo31 pode então ser aplicadas aos condutores de fase 5 dos eletrodos 4, de tal modo que os eletrodos 4 sejam alimentados assimetricamente com uma quantidade necessária de energia elétrica.

[0041] Figura 3 nos dá uma ilustração esquemática da integração da regulagem de energia baseada em processo quanto à regulagem geral 22 do forno a arco elétrico 10. A regulagem geral do forno a arco elétrico 10 é realiza, por fim, via comutador de derivação semicondutor 20. A regulagem de energia baseada em processo 24 trabalha a uma frequência na faixa de 1 segundo. A regulagem de corrente excessiva 26 trabalha a uma frequência na faixa dos 20 milissegundos. A regulagem de oscilação 28 trabalha a uma frequência na faixa dos 10 milissegundos. A frequência para cada uma das regulagens corresponde à taxa de repetição das regulagens correspondentes. Como resultado das medições é possível, por meio do comutador de derivação semicondutor 20, fazer comutação para a derivação de bobinagem apropriada TSi...TSN em um lado primário 6P do transformador de forno 6 para realizar a regulagem necessária do forno a arco elétrico 10.

[0042] Figura 4 nos dá uma vista esquemática do fluxograma da regulagem de energia térmica do forno a arco elétrico 10. O estado de processo 11 e, em particular, arcos elétricos livres de queima são detectados na primeira etapa 31. Esta pode ser realizada, conforme já mencionado acima, com uma pluralidade de tipos de sensor 15, 16 e 17. Os tipos de sensor 15, 16 e 17 são construídos como sensores térmicos 15 e/ou sensores ópticos 17 e/ou sensores acústicos 16 e são conectados à unidade de controle e regulagem 30. Medições de temperatura, medições de sons estruturais e/ou medições de radiação podem, assim, ser realizadas. Com base nos valores medidos, um valor crítico assim chamado pode ser determinado na segunda etapa 32. O valor crítico é dado como um percentual e descreve o estado presente do processo de fundição. O estado não crítico fica a 0%, a 100% o estágio mais alto é alcançado e é absolutamente necessário modificar a energia do forno a arco elétrico 10. Numa terceira etapa 33, a energia do forno a arco elétrico 10 é então regulada dependendo do valor crítico presente. Para este fim, a inércia térmica do vaso de forno 11 do forno a arco elétrico 10 deve ser levada em conta. Os valores percentuais ou margens percentuais do valor crítico, os quais requerem intervenção por parte do comutador de derivação semicondutor 20, podem ser determinados pelo operador do forno a arco elétrico 20.

[0043] Figura 5 mostra uma apresentação da conexão funcional do valor crítico e da energia ativa P presente no forno a arco elétrico 10. Se o valor crítico ficar, por exemplo, entre 0 e 30%, nenhuma regulagem é necessária e o forno a arco elétrico 20 pode ser operado na energia máxima Pmax. Se o valor crítico ficar, por exemplo, entre 30% e 60%, uma redução linear da energia ativa P pode ser realizada, por exemplo. Se o valor crítico ficar, por exemplo, acima de 60%, o forno a arco elétrico 10 será ajustado para uma energia mínima Pmin. Ao realizar o algoritmo de regulagem em interação com o comutador semicondutor 20, uma regulagem de linha específica pode ser realizada via tensões de fase Uaivoi2. Uaivo23 e Uaiv03i como variável de regulagem. Com o comutador semicondutor 20, é possível realizar rápida comutação e avançar mais do que uma derivação de bobinagem (TS1...TSN) no lado primário 6P do transformador de forno 6. Assim, as tensões de fase Uaivo12, Ua|Vo23 e Uaivo31, as quais são necessárias para a regulagem, são aplicadas às linhas 7, por meio do que uma melhor proteção dos meios operacionais é alcançada, pois os hotspots responsáveis pelo desgaste refratário são prevenidos especificamente pela nova, rápida e variável regulagem.

[0044] Com o comutador semicondutor 20, a regulagem da energia do forno a arco elétrico 10 pode ser realizada simetricamente ou assimetricamente. Regulagem assimétrica de energia do forno a arco elétrico 10 é entendida como sendo uma modificação não assimétrica das tensões de fase regulada Uaivo12l Uaivo23 e Uaivo31 nas linhas 7. No comutador semicondutor 20, a faixa de ajuste necessária para a assimetria das tensões de fase Ua)vo12, Uaivo23 e UaiV03i entre as linhas 7 do comutador semicondutor 20 deve ser de aproximadamente ±10%. Conforme já mencionado, a frequência, neste contexto, fica numa faixa de 1 segundo.

[0045] A invenção foi descrita com referência a duas modalidades. Aquelas pessoas versadas na técnica notarão que alterações e modificações da invenção podem ser feitas sem que estas se afastem do escopo de proteção das reivindicações a seguir.Lista dos números de referênciaNr. Nome1 Dispositivo3 Fusão 4 Eletrodo5 Condutor de fase6 Transformador de forno6P Lado primário6S Lado secundário7 Linha, fase9 Circuito de fornecimento de energia10 Forno a arco elétrico11 Vaso de forno12 Parede externa13 Parede interna15 Tipo de sensor (térmico)16 Tipo de sensor (som estrutural)17 Tipo de sensor (radiação)20 Comutador de derivação de carga, comutador de derivação semicondutor22 Regulagem geral24 Regulagem de energia à base térmica26 Regulagem de corrente excessiva28 Regulagem de oscilação30 Unidade de controle e regulagem31 Primeira etapa32 Segunda etapa33 Terceira etapaPmax Energia máximaPmin Energia mínimaTSI--.TSN Derivação de bobinagem, estágio do transformadorS-J.-.SN Componente de comutação semicondutor

Claims (10)

1. Dispositivo para regulagem de energia baseada em processo de um forno a arco elétrico (10), o dispositivo compreendendo:- uma pluralidade de tipos de sensor (15, 16, 17) para detectarparâmetros operacionais ativos presentes do forno a arco elétrico (10) dependendo do tempo;- uma unidade de controle e regulagem (30);- pelo menos um transformador de forno (6) com um ladoprimário (6P) e um lado secundário (6S);- pelo menos um comutador de derivação de carga (20), o qualfaz comutação de derivações de bobinagem (TS1...TSN) do lado primário (6P) do transformador de forno (6), em que- três eletrodos (4) são conectados eletricamente com o ladosecundário (6S) do pelo menos um transformador de forno (6) e cada um define uma linha (7),caracterizado pelo fato de que- o comutador de derivação de carga é um comutador dederivação semicondutor (20).

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que- um transformador de forno (6) é atribuído a cada um doseletrodos (4), com as derivações de bobinagem (TS1...TSN) do dito transformador de forno (6) podendo ser, cada uma, comutada por meio de um comutador de derivação semicondutor (20);- o lado secundário (6S) de cada transformador de forno (6) éconectado com o eletrodo (4).

3. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os tipos de sensor (15, 16, 17) são sensores térmicos (15) e/ou sensores ópticos (17) e/ou sensores acústicos (16), os quais são conectados com a unidade de controle e regulagem (30).

4. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesanteriores, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle e regulagem (30) é conectada com o comutador de derivação semicondutor (20) de maneira passível de comunicação, de tal modo que dito comutador de derivação semicondutor (20) pode ser regulado dependendo das mensurações a partir dos tipos de sensor (15, 16, 17) e em comparação com um ponto alvo das tensões de fase aplicadas (Uaplicada12, Uaplicada23, Uaplicada31) no momento entre linhas (7) consecutivas..

5. Método para regulagem de energia com base térmica de um forno a arco elétrico (10), caracterizado pelas etapas:- por meio de uma pluralidade de tipos de sensor (15, 16, 17), os parâmetros operacionais ativos presentes do forno a arco elétrico (10) são detectados e transmitidos para uma unidade de controle e regulagem (30), por meio do que um valor de criticidade é determinado;- dependendo do valor da criticidade determinada, uma comutação de derivações de bobinagem (TS1...TSN) em um lado primário (6P) de pelo menos um transformador de forno (6) é influenciada por meio de pelo menos um comutador de derivação semicondutor (20), de tal maneira que o estado do forno a arco elétrico (10) é mantido em um estado operacional não crítico ou é colocado em um estado operacional não crítico.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que- o forno a arco elétrico (10) tem três eletrodos (4) por meio dosquais energia térmica é fornecida ao forno a arco elétrico (10);- em que os eletrodos (4) são conectados com um ladosecundário (6S) do transformador de forno (6);- em que cada eletrodo (4), juntamente com um condutor de fase(5), forma uma linha (7), e uma tensão de fase modificada (U modificada12, Umodificada23, Umodificada31) é aplicada às três linhas via comutação das derivações de bobinagem (TS1...TSN) no lado primário (6P) do transformador de forno (6), de tal modo que arcos elétricos emitindo a partir dos eletrodos (4) são alimentados simetricamente com uma quantidade necessária de energia elétrica, de maneira que o estado do forno a arco elétrico (10) seja mantido em um estado operacional não crítico ou colocado em um estado operacional não crítico.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que- tensões de fase assimétricas são aplicadas aos condutores defase (5) dos eletrodos (4) por meio do comutador de derivação semicondutor (20);- em que os arcos elétricos emitindo a partir dos eletrodos (4)são alimentados assimetricamente com uma quantidade necessária de energia elétrica, de tal modo que o estado do forno a arco elétrico (10) é mantido em um estado operacional não crítico ou colocado em um estado operacional não crítico.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que as tensões de fase (Umodificada12, Umodificada23, Umodificada31) aplicadas entre as três linhas (7), e, assim, a energia ativa, diferem tipicamente em até 10% em termos de quantidade.

9. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que- o forno a arco elétrico (10) tem três eletrodos (4) por meio dosquais energia térmica é fornecida ao forno a arco elétrico (10);- cada um dos eletrodos (4) é conectado com um ladosecundário (6S) de um transformador de forno (6) atribuído a este e é alimentado com uma quantidade correspondente de energia elétrica via comutação das derivações de bobinagem (TS1...TSN) no lado primário (6S) do transformador de forno (6) em particular, de tal modo que o estado do forno a arco elétrico (6) é mantido em um estado operacional não crítico ou colocado em um estado operacional não crítico;- cada uma das três linhas (7) pode ser controladaindependentemente das outras linhas (7) do forno a arco elétrico (10).

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores de 5 a 9, caracterizado pelo fato de que o valor de criticidade é calculado a partir dos parâmetros operacionais do forno a arco elétrico (10), cujos parâmetros operacionais são compostos por estado térmico de um vaso de forno (11) do forno a arco elétrico (10) e/ou por uma detecção óptica de arcos elétricos em combustão e/ou por som ou som de estrutura emitido a partir do forno a arco elétrico (10).

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