CH630210A5

CH630210A5 - Device for powering an arc furnace

Info

Publication number: CH630210A5
Application number: CH588979A
Authority: CH
Inventors: A Renonce A Etre Mentionne Inventeur
Original assignee: Clesid Sa
Priority date: 1978-06-23
Filing date: 1979-06-22
Publication date: 1982-05-28
Also published as: DE2925054A1; JPS554899A; IT7968339A0; DE2925054C2; FR2429537A1; FR2429537B1; IT1119000B; JPS57150498U; JPS6118631Y2

Description

La présente invention se rapporte à l'alimentation d'un four électrique à arcs, en énergie électrique, et plus particulièrement à l'alimentation d'un tel four à partir d'un réseau de faible puissance de court-circuit. The present invention relates to the supply of electric arc furnaces with electrical energy, and more particularly to the supply of such an oven from a low-power short-circuit network.

D'une façon générale, un four électrique à arcs comporte trois électrodes en graphite alimentées chacune par le réseau triphasé à travers un transformateur de four, les trois électrodes étant branchées en couplage étoile, et le neutre étant constitué par la sole du four, c'est-à-dire en fait par la ferraille ou le minerai préréduit qu'elle contient. In general, an electric arc furnace has three graphite electrodes each supplied by the three-phase network through an oven transformer, the three electrodes being connected in star coupling, and the neutral being constituted by the bottom of the furnace, c '' in fact by the scrap or the pre-reduced ore it contains.

En raison, en particulier, des éboulements qui se produisent continûment dans la ferraille pendant le fonctionnement du four, le courant absorbé au secondaire du transformateur de four est essentiellement variable. Ces variations se traduisent sur le réseau par des variations de tension de même allure, qui ne sont pas tolérables pour les autres utilisateurs lorsqu'il n'existe pas un rapport suffisant entre la puissance qui peut être fournie par le réseau et la puissance absorbée par le four. La limite généralement permise par les fournisseurs d'énergie est de l'ordre de 1 % en variations de tension dues à la présence du four. Avec les alimentations pour fours électriques connues actuellement, les fournisseurs d'énergie exigent un rapport entre la puissance de court-circuit du réseau et la puissance nominale du four de l'ordre de 50 à 100. Par exemple, pour un four de 10 MVA de puissance nominale, il faudra un réseau d'alimentation dont la puissance de court-circuit est de l'ordre de 700 à 800 MVA, Or, dans certains pays, la puissance de court-circuit de réseau ne dépasse pas 30 MVA, ce qui rend impossible avec les dispositifs d'alimentation actuellement connus, le branchement des fours électriques courants sur un tel réseau. Due, in particular, to landslides which occur continuously in the scrap during the operation of the furnace, the current absorbed at the secondary of the furnace transformer is essentially variable. These variations are reflected on the network by voltage variations of the same shape, which are not tolerable for other users when there is not a sufficient relationship between the power which can be supplied by the network and the power absorbed by the oven. The limit generally allowed by energy suppliers is around 1% in voltage variations due to the presence of the oven. With the power supplies for electric ovens currently known, energy suppliers require a ratio between the short-circuit power of the network and the nominal power of the furnace of the order of 50 to 100. For example, for an oven of 10 MVA nominal power, a power supply network with a short-circuit power of the order of 700 to 800 MVA will be required. However, in some countries, the network short-circuit power does not exceed 30 MVA, which makes it impossible with currently known power supply devices to connect current electric ovens to such a network.

En outre, les dispositifs d'alimentation connus présentent 5 divers inconvénients: In addition, the known feeding devices have various drawbacks:

- On sait que, suivant les phases de la fusion, il est nécessaire d'utiliser des tensions secondaires de transformateur de four variant généralement dans un rapport de 1 à 3. Cela s'effectue actuellement à l'aide d'un régleur de tension venant commu- - We know that, depending on the phases of the melting, it is necessary to use secondary furnace transformer voltages generally varying in a ratio of 1 to 3. This is currently done using a voltage regulator coming together

io ter un certain nombre de prises au primaire du transformateur de four. Ce système connu est complexe, onéreux et diminue la fiabilité de l'ensemble. io a number of sockets in the primary of the furnace transformer. This known system is complex, expensive and reduces the reliability of the assembly.

—En amont du transformateur de four, on utilise un disjoncteur qui est sollicité très fréquemment, devant en particulier 15 fonctionner, outre lorsque l'on détecte une surintensité, à chaque changement du cycle d'exploitation du four. Un tel disjoncteur fonctionne en moyenne entre 80 à 100 fois par jour. On ne peut donc pas utiliser un disjoncteur classique, construit pour ne fonctionner que sur défaut, et dont le nombre de fonctionne-20 ments est assez limité, et l'on est conduit à utiliser des disjoncteurs spéciaux qui sont extrêmement onéreux. - Upstream of the oven transformer, a circuit breaker is used which is requested very frequently, in particular to operate, in addition to when an overcurrent is detected, at each change of the oven operating cycle. Such a circuit breaker operates on average between 80 to 100 times a day. It is therefore not possible to use a conventional circuit breaker, built to operate only on a fault, and the number of operations of which is quite limited, and one is led to use special circuit breakers which are extremely expensive.

- Le régime normal de fonctionnement du four se fait à cos cp faible, ce dernier descendant fréquemment jusqu'à des valeurs de l'ordre de 0,5 à 0,7, alors que le fournisseur d'énergie - The normal operating mode of the oven is at low cos cp, the latter frequently falling to values of the order of 0.5 to 0.7, while the energy supplier

25 exige un cos cp minimum de l'ordre de 0,86 à 0,9. Avec les dispositifs d'alimentation connus, on compense le mauvais cos <p du circuit de four à l'aide d'une batterie de condensateurs placée près de l'entrée du circuit, mais ces condensateurs sont onéreux et leur présence diminue la fiabilité du dispositif. 25 requires a minimum cos cp of the order of 0.86 to 0.9. With known supply devices, the bad cos <p of the oven circuit is compensated for by means of a capacitor bank placed near the input of the circuit, but these capacitors are expensive and their presence decreases the reliability of the device.

30 - Dans le cas en particulier de fours de faible puissance, il est nécessaire, pour protéger ceux-ci, de limiter le courant de court-circuit du système par adjonction de selfs en série dans le circuit, ce qui complique d'autant le circuit d'alimentation. 30 - In the case in particular of low-power ovens, it is necessary, to protect them, to limit the short-circuit current of the system by adding inductors in series in the circuit, which complicates all the more the power circuit.

- Actuellement, en cas de court-circuit franc dans le four, le 35 dispositif de détection d'une surintensité correspondant à un tel court-circuit, commande le dispositif à treuil permettant de relever les électrodes afin de supprimer le point de contact qui crée le court-circuit. Cette opération mécanique prend un certain temps, de sorte que, si le défaut n'est pas éliminé assez rapide-40 ment, le disjoncteur de protection déclenche, ce qui entraine une perte de temps, car il faut ensuite le réenclencher. - Currently, in the event of a short circuit in the oven, the overcurrent detection device corresponding to such a short circuit, controls the winch device making it possible to raise the electrodes in order to remove the contact point which creates short circuit. This mechanical operation takes a certain amount of time, so that, if the fault is not remedied quickly enough, the protective circuit breaker trips, which results in a loss of time, since it must then be reset.

La présente invention concerne un dispositif d'alimentation d'un four à arcs en énergie électrique permettant le branche-45 ment du four sur un réseau de faible puissance de court-circuit, et ne présentant en outre pas les inconvénients des dispositifs connus actuellement. Il est caractérisé en ce que le transformateur de four est connecté au réseau par l'intermédiaire d'au moins un groupe tournant constitué par au moins un moteur 50 électrique accouplé à au moins une génératrice, en ce que le ou les circuits reliant la ou les génératrices au transformateur de four sont munis de moyens de mesure de la puissance fournie par la ou lesdites génératrices, ces moyens de mesure étant reliés à un ensemble de régulation et de commande agissant sur l'exci-55 tation de la ou des génératrices de façon à en faire varier la tension délivrée dans un sens tendant à s'opposer aux variations mesurées de ladite puissance fournie. The present invention relates to a device for supplying an arc furnace with electrical energy enabling the furnace to be connected to a low-power short-circuit network, and furthermore not having the drawbacks of the devices known at present. It is characterized in that the furnace transformer is connected to the network by means of at least one rotating group constituted by at least one electric motor 50 coupled to at least one generator, in that the circuit or circuits connecting the or the generators at the furnace transformer are provided with means for measuring the power supplied by the said generator (s), these measuring means being connected to a regulation and control assembly acting on the excitation of the generator (s) so as to vary the voltage delivered in a direction tending to oppose the measured variations of said power supplied.

Par ailleurs, le transformateur de four de l'invention est de préférence un transformateur à rapport fixe, le réglage de sa 60 tension secondaire se faisant par variation de l'excitation de la génératrice ou des génératrices utilisées. Furthermore, the furnace transformer of the invention is preferably a transformer with a fixed ratio, the adjustment of its secondary voltage being effected by varying the excitation of the generator or generators used.

Le dispositif de l'invention ne comporte en outre pas de disjoncteur en amont du transformateur de four, la coupure du courant soit en cas de court-circuit accidentel dans le four, soit 65 en cas de surintensité dans le circuit, se faisant simplement par désexcitation de la ou des génératrices. Dans le cas d'utilisation de fours de petites dimensions enfin, l'addition de selfs de protection ne s'impose plus puisqu'il est possible de limiter le cou The device of the invention also does not include a circuit breaker upstream of the oven transformer, the power cut either in the event of an accidental short circuit in the oven, or 65 in the event of an overcurrent in the circuit, simply by de-excitation of the generator (s). Finally, when using small ovens, the addition of protective inductors is no longer necessary since it is possible to limit the neck

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rant de court-circuit par simple action sur l'excitation de la ou des génératrices. short-circuit rant by simple action on the excitation of the generator (s).

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'un exemple de réalisation, en référence à la figure unique annexée représentant schématiquement un schéma uni-filaire d'alimentati on d'une des électrodes d'un four par un dispositif conforme à l'invention. The invention will be better understood with the aid of the following description of an exemplary embodiment, with reference to the single appended figure schematically showing a uni-wired supply diagram of one of the electrodes of an oven by a device according to the invention.

Sur la figure, la référence 1 désigne une des phases du réseau que l'on supposera être un réseau de faible puissance de court-circuit, par exemple de 30 MVA et à partir duquel on désire alimenter un four électrique 2 d'une puissance nominale de l'ordre de 4 MVA. In the figure, the reference 1 designates one of the phases of the network which will be assumed to be a low-power short-circuit network, for example of 30 MVA and from which it is desired to supply an electric furnace 2 with a nominal power of the order of 4 MVA.

De manière classique, le four 2 dont la sole est reliée à la masse, comporte trois électrodes en graphite, dont une seule 3 a été représentée, le schéma étant unifilaire. Chaque électrode 3 est tenue par un bras 4 fixé à un mât d'électrode 5. Un transformateur de courant 6, relié à l'électrode 3 par un câble couple 7, permet d'effectuer une mesure du courant débité par l'électrode dans le four, et un transformateur de tension 8 permet d'effectuer une mesure de la tension d'électrode. Ces deux données sont envoyées dans un régulateur 9 classique qui permet d'effectuer la régulation nécessaire de l'impédance de l'arc. Pour ceci, le régulateur 9 commande un moteur 10 agissant sur un dispositif à treuil 11 qui, en déplaçant verticalement le mât 5, permet de relever ou d'abaisser l'électrode 3. Conventionally, the oven 2, the bottom of which is connected to ground, comprises three graphite electrodes, of which only one 3 has been shown, the diagram being single-line. Each electrode 3 is held by an arm 4 fixed to an electrode mast 5. A current transformer 6, connected to the electrode 3 by a torque cable 7, makes it possible to measure the current supplied by the electrode in the oven, and a voltage transformer 8 makes it possible to measure the electrode voltage. These two data are sent to a conventional regulator 9 which allows the necessary regulation of the impedance of the arc to be carried out. For this, the regulator 9 controls a motor 10 acting on a winch device 11 which, by vertically moving the mast 5, makes it possible to raise or lower the electrode 3.

De manière classique, on relève l'électrode si le courant augmente trop ou si la tension chute exagérément, et vice versa. Par ailleurs, la mesure du courant par le transformateur 6 est connectée dans le régulateur 9, à un circuit logique qui détermine la présence d'un court-circuit accidentel dans le four, court-circuit qui se produit généralement lorsqu'une ferraille vient toucher deux électrodes à la fois. Conventionally, the electrode is raised if the current increases too much or if the voltage drops excessively, and vice versa. Furthermore, the measurement of the current by the transformer 6 is connected in the regulator 9, to a logic circuit which determines the presence of an accidental short circuit in the oven, short circuit which generally occurs when a scrap metal comes to touch two electrodes at a time.

Le dispositif est muni d'un transformateur de four 27 à rapport de transformation fixe, lui-même alimenté, à partir du réseau 1, à travers un groupe tournant constitué par un moteur synchrone ou asynchrone 12 accouplé, par l'intermédiaire d'un volant 13, à un alternateur 14 dont l'excitation 15 est réglable d'une part manuellement, et d'autre part automatiquement grâce à un second dispositif de régulation et de commande 16. The device is provided with an oven transformer 27 with a fixed transformation ratio, which is itself supplied from the network 1, through a rotating group constituted by a synchronous or asynchronous motor 12 coupled, via a flywheel 13, to an alternator 14 whose excitation 15 is adjustable on the one hand manually, and on the other hand automatically by means of a second regulation and control device 16.

Faisant suite à l'alternateur 14 se trouve un sectionneur 17 5 destiné à couper le circuit aval lorsque celui-ci n'est pas en charge. Un transformateur de courant 18 et un transformateur de tension 19 permettent de mesurer la puissance de sortie de l'alternateur 14, et leurs mesures sont dirigées vers le régulateur 16. Le régulateur agit sur l'excitation 15 en fonction de la varia-io tion de la puissance mesurée de manière à faire varier la tension de l'alternateur 14 dans un sens s'opposant à ces variations de puissance. L'ensemble agit donc en alimentation stabilisée, et les variations d'intensité dans le four n'ont que très peu de ré-percuissons sur le réseau. Par ailleurs, lorsque le transformateur 15 de courant 18 mesure un courant d'intensité anormale, qui provoquerait normalement la disjonction des systèmes connus, le régulateur 16 agit sur l'excitation 15 de manière à couper celle-ci, annulant donc la tension fournie par l'alternateur 14. En outre, lorsque le circuit logique intégré au régulateur 9 détecte 20 un court-circuit accidentel dans le four, au lieu de commander la remontée des électrodes, il envoie un signal, par une connexion 20, sur le régulateur 16, ledit signal entraînant également la supression de l'excitation de l'alternateur. Enfin, pour régler la tension secondaire du transformateur de four 27 en fonction des 25 différentes phases de la fusion, on fait varier simplement l'excitation 15 de l'alternateur. Comme représenté sur le dessin, le moteur 12 est relié au réseau 1 par l'intermédiaire d'un disjoncteur de protection 21, ainsi qu'éventuellement d'un transformateur abaisseur 22 qui perment d'obtenir la tension souhaitée 30 d'alimentation pour le moteur, par exemple 5,5 KV. Following the alternator 14 is a disconnector 17 5 intended to cut the downstream circuit when the latter is not under load. A current transformer 18 and a voltage transformer 19 make it possible to measure the output power of the alternator 14, and their measurements are directed to the regulator 16. The regulator acts on the excitation 15 as a function of the variation. of the power measured so as to vary the voltage of the alternator 14 in a direction opposing these variations in power. The assembly therefore acts in a stabilized supply, and the variations in intensity in the oven have very little re-percussion on the network. Furthermore, when the current transformer 15 measures a current of abnormal intensity, which would normally cause the disjunction of the known systems, the regulator 16 acts on the excitation 15 so as to cut it off, thus canceling the voltage supplied by the alternator 14. In addition, when the logic circuit integrated into the regulator 9 detects an accidental short circuit in the oven, instead of controlling the ascent of the electrodes, it sends a signal, via a connection 20, to the regulator 16 , said signal also causing the excitation of the alternator to be suppressed. Finally, to adjust the secondary voltage of the furnace transformer 27 as a function of the 25 different phases of the melting, the excitation 15 of the alternator is simply varied. As shown in the drawing, the motor 12 is connected to the network 1 via a protective circuit breaker 21, as well as possibly a step-down transformer 22 which make it possible to obtain the desired supply voltage 30 for the motor, for example 5.5 KV.

Par ailleurs, du fait que la puissance réactive du four est fournie en grande partie par l'alternateur 14 et non pas totalement par le réseau, l'adjonction de batteries de condensateurs pour compenser un mauvais cos <p dû au four n'est plus néces-35 saire. Furthermore, owing to the fact that the reactive power of the furnace is provided to a large extent by the alternator 14 and not entirely by the network, the addition of capacitor banks to compensate for a bad cos <p due to the furnace is no longer neces-35 saire.

L'invention trouve son utilisation dans l'industrie de la fusion de l'acier par fours électriques. The invention finds its use in the steel melting industry by electric furnaces.

C VS

1 feuille dessins 1 sheet of drawings

Claims

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1. Device for supplying an arc furnace with electrical energy, comprising, for supplying the electrodes of the furnace, an furnace transformer supplied from the network, the secondary of said transformer being equipped with means for detecting a overcurrent corresponding to an accidental short circuit in the oven, said device further comprising means for adjusting the secondary voltage of the oven transformer, characterized in that the oven transformer (27) is connected to the network by means of '' at least one rotary group consisting of at least one electric motor coupled to at least one generator, in that the circuit (s) connecting the generator (s) to the furnace transformer are provided with means (18,19) of power measurement supplied by said generator (s), these measuring means being connected to a regulation and control assembly (16) acting on the excitation of the generator (s) so as to vary the voltage delivered in a direction tending to oppose the measured variations of said power supplied.

2. Device according to claim 1, characterized in that the furnace transformer is a transformer with fixed ratio and in that said generator (s) are provided with autonomous means for adjusting their excitation which constitute said means for adjusting the secondary voltage of the furnace transformer.

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3. Device according to claim 1 or claim 2, characterized in that said means for detecting an overcurrent corresponding to an accidental short circuit in the oven are connected to said regulation and control assembly (16) which is arranged to so as to cut off the excitation of said generator (s).

4. Device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the means for measuring the power supplied by the generator (s) comprise means (18) for measuring the current delivered, said means being further connected to said regulation and control assembly (16) which is arranged so as to cut off the excitation of the generator (s) when said current supplied exceeds a predetermined value.