ITUD20070075A1

ITUD20070075A1 - Procedimento di controllo dell'alimentazione della carica metallica per forni elettrici ad arco

Info

Publication number: ITUD20070075A1
Application number: IT000075A
Authority: IT
Inventors: Vedova Ferruccio Della; Marco Ometto
Original assignee: Danieli Automation Spa
Priority date: 2007-04-26
Filing date: 2007-04-26
Publication date: 2008-10-27
Also published as: BRPI0801963B1; ES2341145T3; US8902949B2; BRPI0801963A2; US20080267249A1; EP1985952B1; EP1985952B2; ES2341145T5; EP1985952A1; DE602008001069D1; ATE466244T1

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"PROCEDIMENTO DI CONTROLLO DELL'ALIMENTAZIONE DELLA CARICA METALLICA PER FORNI ELETTRICI AD ARCO"

CAMPO DI APPLICAZIONE

II presente trovato si riferisce ad un procedimento di controllo dell'alimentazione della carica metallica, in particolare rottame o simile, per forni elettrici ad arco.

Più in particolare, il trovato si riferisce ad un procedimento di controllo della tempistica di alimentazione della carica metallica in un forno elettrico ad arco, che permette di ridurre disturbi e perturbazioni principalmente di tipo elettrico, nel contempo massimizzando la velocità di carica e quindi la produttività complessiva del forno.

Il trovato si applica in particolare, anche se non esclusivamente, per sistemi di alimentazione rottame a carica continua, anche se non è escluso un suo utilizzo per sistemi di alimentazione discontinua, ad esempio di tipo a ceste.

STATO DELLA TECNICA

In un forno elettrico ad arco per la fusione di metallo, l'alimentazione del rottame può avvenire o in modo discontinuo, ad esempio con ceste che eseguono caricamenti cadenzati secondo una tempistica predeterminata e correlata alla durata del ciclo di fusione, od in modo continuo, normalmente mediante un nastro trasportatore avente l'estremità di uscita collegata con l'interno del forno.

E' noto che, per aumentare la produttività del forno, si cerca di avere una velocità di caricamento del rottame la più alta possibile, al fine di ottenere la massima quantità di metallo fuso nel minore tempo possibile.

E' peraltro noto che ogni caricamento del rottame all'interno del forno determina un effetto negativo sul grado di copertura dell'arco elettrico da parte della scoria schiumosa che ricopre il bagno di metallo liquido.

In altre parole, il rottame caricato determina un effetto perturbatore sul grado di copertura che la scoria esercita sull'arco elettrico, ciò comportando che, in caso di copertura solo parziale dell'arco, o addirittura in caso di non copertura, una parte più o meno elevata dell'energia irradiata dall'arco stesso si disperde verso le pareti ed il tetto del forno, ciò determinando una perdita di efficienza energetica del forno.

In questi casi, quando viene riscontrata una riduzione del grado di copertura dell'arco elettrico, si interrompe, o quanto meno si rallenta, l'immissione di rottame, al fine di consentire il ripristino di uno stato di quiete all'interno del forno che permette di ritornare ad una condizione accettabile di copertura dell'arco elettrico.

Tuttavia, la verifica dello stato di copertura dell'arco elettrico è attualmente affidata a tecniche empiriche, o semplicemente visive, che non risultano affidabili, e che dipendono in gran parte dall'esperienza e dalle capacità degli operatori. Tutto ciò può determinare da un lato riduzioni non necessarie della velocità di alimentazione, nel caso si voglia garantire il mantenimento di una elevata efficienza energetica; dall'altro riduzioni di efficienza energetica nel caso si voglia comunque mantenere una velocità elevata di caricamento del rottame nel forno.

Lo scopo del presente trovato è pertanto quello di ottenere un procedimento di controllo dell'alimentazione della carica metallica in un forno elettrico di fusione che permetta di garantire un controllo affidabile, standardizzato, ripetibile ed oggettivo delle condizioni di copertura dell'arco elettrico, al fine di condizionare la velocità di caricamento del rottame nel forno, massimizzando così l'efficienza produttiva.

Per raggiungere tale scopo, nonché altri ed ulteriori vantaggi, la proponente ha ideato, sperimentato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato è espresso e caratterizzato nella rivendicazione principale. Le rivendicazioni secondarie espongono varianti dell'idea di soluzione principale.

Secondo il trovato, la proponente ha riscontrato che il grado di copertura dell'arco elettrico in un forno di fusione è correlato all'andamento delle fluttuazioni delle grandezze elettriche di alimentazione del forno, in particolare della tensione .

Più in particolare, è stato sorprendentemente riscontrato che il grado di copertura dell'arco elettrico è strettamente correlato al contenuto armonico della tensione di alimentazione, ed in particolare al numero di armoniche pari presenti nel segnale di tensione.

II procedimento secondo il trovato prevede pertanto di definire inizialmente un "indice di copertura", per il calcolo del quale vengono prese in considerazione le armoniche presenti nella tensione di alimentazione e, in una soluzione preferenziale, solo le armoniche pari presenti in detta tensione di alimentazione.

Nel procedimento secondo il trovato, vengono definite due soglie, rispettivamente inferiore e superiore, definenti valori limite corrispondenti rispettivamente ad una situazione di copertura dell'arco elettrico, quando il suddetto indice di copertura è inferiore alla soglia minima, e ad una situazione di non copertura, quando l'indice è superiore alla soglia massima.

Quando l'indice di copertura, misurato in continuo, o ad intervalli, durante un ciclo di funzionamento del forno, scende al di sotto della soglia minima, la velocità di alimentazione della carica elettrica viene aumentata; se invece l'indice sale al di sopra della soglia massima, la velocità di alimentazione viene diminuita.

In particolare, un'evoluzione del trovato prevede che, se l'indice di copertura si mantiene al di sotto della soglia minima per un tempo prestabilito anche dopo un primo aumento di velocità, la velocità stessa venga ulteriormente aumentata, ad esempio con un valore prestabilito e ad intervalli prestabiliti .

Al contrario, se l'indice di copertura è superiore alla soglia massima, la velocità viene progressivamente ridotta, ad esempio con riduzioni successive per un valore prestabilito, fino a che il valore non rientra quanto meno nell'intervallo definito tra le due soglie.

Secondo una soluzione del trovato, nella situazione di indice di copertura compreso tra le due soglie, la velocità di alimentazione viene mantenuta sostanzialmente costante ad un valore di regime prestabilito.

La distanza tra le due soglie può essere scelta a piacere ed indica una situazione di sufficiente copertura per mantenere una velocità di regime preimpostata.

Con il presente trovato, pertanto, la velocità di alimentazione della carica metallica all'interno del forno è sempre sostanzialmente la velocità massima consentita dalle effettive condizioni di copertura dell'arco elettrico riscontrate all'interno del forno, sì che la produttività complessiva può in questo modo essere ottimizzata.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Le figure allegate illustrano a titolo esemplificativo, non limitativo, una soluzione preferenziale del trovato.

Nelle tavole abbiamo che:

- la fig. 1 illustra una schematizzazione di un forno elettrico di fusione di metalli con rappresentati il sistema di alimentazione elettrica ed il sistema di alimentazione della carica metallica;

- la fig. 2 illustra uno schema a blocchi di una forma realizzativa del procedimento secondo il trovato.

DESCRIZIONE DI UNA REALIZZAZIONE PREFERENZIALE

DELL'INVENZIONE

Con riferimento alla fig. 1, il numero di riferimento 10 indica un forno elettrico ad arco alimentato in corrente alternata, all'interno del quale sono disposti gli elettrodi 11 (uno solo dei quali rappresentato in figura).

Anche se la fig. 1 si riferisce ad un forno in corrente alternata resta inteso che il trovato è applicabile, con gli opportuni adattamenti che rientrano nelle conoscenze di un tecnico del settore, anche a forni alimentati in corrente continua.

Gli elettrodi superiori 11 sono controllati da un sistema di controllo della posizione 13, collegato in retroazione ad un'unità di regolazione 15 che gestisce il funzionamento del forno 10.

La potenza elettrica al forno 10 viene prelevata da una linea di alimentazione a media tensione 16 e trasformata da un apposito trasformatore 17.

A valle della linea di alimentazione 16 vi sono gruppi di misura 20 e 21 che inviano i loro segnali all'unità di controllo 15, mediante i quali è possibile controllare il profilo di potenza erogata al forno 10 attraverso gli elettrodi 11.

Inoltre, a valle del trasformatore 17 è presente un ulteriore gruppo di misura 23 predisposto per trasmettere all'unità di controllo 15 le informazioni relative alle grandezze elettriche, ad esempio potenza, tensione e corrente, fornite agli elettrodi 11.

Un induttore 19 è posto a monte del trasformatore 17, mentre in parallelo alla linea di alimentazione è presente una batteria di condensatori di rifasamento 22.

Il forno 10 è associato, nel caso schematicamente illustrato, ad un sistema di carica continua comprendente un nastro trasportatore 12 su cui è posizionato del rottame 14.

Il nastro trasportatore 12 può essere associato, in modo noto, ad un tunnel di riscaldo o mantenimento, a mezzi di aspirazione ed evacuazione fumi, e ad altri sistemi accessori non illustrati in quanto ininfluenti per la comprensione del trovato.

Il nastro trasportatore 12 avanza ad una velocità determinata da un sistema di motorizzazione, schematicamente rappresentato con il numero 18 in fig. 1, collegato anch'esso in retroazione all'unità di controllo 15.

In questo modo, l'unità di controllo 15 regola la velocità di caricamento del rottame 14 nel forno 10 in funzione dei segnali di alimentazione elettrica provenienti dai vari gruppi presenti, ed in particolare di gruppi di misura 20, 21 e 23.

All'interno del forno 10 è presente un bagno di metallo liquido, indicato con 24, al di sopra del quale è presente uno strato di scoria schiumosa 25 che ricopre, almeno parzialmente, l'arco elettrico che scocca tra l'estremità inferiore degli elettrodi 10 ed il bagno di metallo liquido 24.

Secondo il trovato, come indicato con la fase 30 in fig. 2, viene definito un "indice di copertura IC" dell'arco elettrico per il cui calcolo vengono prese in considerazione le armoniche presenti nella tensione di alimentazione al forno 10, in particolare le armoniche pari.

Una soluzione preferita del trovato prevede che l'indice di copertura IC sia definito dalla formula seguente :

dove H rappresenta la distorsione armonica i-esima dell'onda sinusoidale di tensione di alimentazione del forno 10, e K è un coefficiente adattativo utilizzato per amplificare il segnale.

Come si vede dalla formula, la soluzione preferita prevede che, per il calcolo dell'indice di copertura IC vengano prese in considerazione solo le armoniche pari Rientra comunque nell'ambito del trovato che vengano prese in considerazione le armoniche dispari, oppure sia le armoniche pari che quelle dispari.

Vengono poi definite (fase 31) delle soglie, rispettivamente Si minima e S2 massima, che indicano una condizione, rispettivamente, di copertura quando IC < SI e di non copertura quando IC > S2. Nel caso in cui Si < IC < S2, si ha una condizione accettabile dell'indice di copertura, che viene considerata nel modo indicato nel seguito.

Quando il ciclo di funzionamento del forno 10 viene avviato, con un determinato tap-point (corrispondente ad una definita posizione degli elettrodi 11 all'interno del forno 10, definita dal sistema 13) e viene quindi avviata l'alimentazione a carica continua del rottame 14 azionando il nastro trasportatore 12, viene calcolato l'effettivo IC corrisponde ad una fase di funzionamento (fase 32).

Nel caso in cui IC è compreso tra SI e S2 (blocco 33) si mantiene la velocità di regime pre-impostata (blocco 34), corrispondente al determinato tappoint, e, dopo un determinato intervallo di tempo, si esegue una nuova misura di IC.

Nel caso in cui IC è inferiore alla soglia minima SI (blocco 35), ciò è una indicazione di una completa copertura dell'arco elettrico, e quindi si dà il consenso all'aumento della velocità di alimentazione (blocco 36).

Tale aumento di velocità può avvenire ad intervalli prefissati e con incrementi prefissati. Secondo una variante, tale aumento può avvenire in continuo con una rampa di inclinazione prefissata fino a che una nuova misurazione di IC non determina la salita di IC all'interno dell'intervallo S1-S2 od anche sopra S2.

Anche in questo caso, dopo ogni aumento di velocità può essere eseguito un nuovo calcolo di IC per verificare l'effetto perturbatore determinato da una maggiore velocità di caricamento del rottame 14 all'interno del forno 10.

Nel caso invece (blocco 37) in cui l'indice IC calcolato è superiore alla soglia massima S2, ciò significa un basso valore di copertura dell'arco elettrico, e quindi si riduce la velocità di alimentazione della carica (blocco 38).

Anche in questo caso, la riduzione della velocità può avvenire con decrementi di valore fisso e ad intervalli fissi, oppure in modo continuo, ed è comunque seguita da nuovi calcoli del valore di IC per verificarne il ritorno all'interno dell'intervallo S1-S2 consentito per ripristinare la velocità di regime, o l'abbassamento al di sotto di SI per consentire l'aumento della velocità al di sopra di quella di regime.

Al presente trovato possono essere apportate modifiche e varianti che rientrano nell'ambito di protezione come definito dalle rivendicazioni che seguono.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per il controllo dell'alimentazione di una carica metallica (14) all'interno di un forno elettrico ad arco (10), comprendente almeno un elettrodo (11) atto a generare un arco elettrico per la fusione di metalli, caratterizzato dal fatto che comprende le seguenti fasi: - una fase di definizione (30) di un "indice di copertura IC", dell'arco elettrico da parte della scoria (25) presente sopra al bagno liquido (24), per il calcolo del quale vengono prese in considerazione le armoniche presenti in una grandezza elettrica di alimentazione del forno (10); - una fase di misura (32) dell'effettivo indice di copertura (IC) durante un ciclo di funzionamento del forno (10); e una fase di regolazione della velocità di alimentazione (34, 36, 38) di detta carica metallica (14) in detto forno (10) in base al valore misurato di detto indice di copertura (IC).
2. Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende una ulteriore fase (31) di impostazione di due soglie, rispettivamente inferiore (SI) e superiore (S2), definenti valori limite corrispondenti rispettivamente, ad una situazione di copertura dell'arco elettrico quando il suddetto indice di copertura (IC) è inferiore a detta soglia minima (SI), e ad una situazione di non copertura quando l'indice (IC) è superiore a detta soglia massima (S2).
3. Procedimento come alla rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta fase di regolazione della velocità comprende un aumento (36) di velocità di alimentazione della carica metallica (14) nel forno (10) nel caso in cui detto indice di copertura (IC) sia inferiore a detta soglia minima (SI), una fase di mantenimento della velocità di regime (34) nel caso in cui detto indice di copertura (IC) sia compreso tra dette soglie (SI, S2), ed una fase di riduzione della velocità di alimentazione (38) nel caso in cui detto indice di copertura (IC) sia superiore a detta soglia massima (S2).
4. Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che per il calcolo di detto indice di copertura (IC) vengono prese in considerazione solo le armoniche pari di detta grandezza elettrica.
5. Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta grandezza elettrica di alimentazione del forno (10) è la tensione di alimentazione.
6. Procedimento come alla rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto aumento e/o diminuzione della velocità di alimentazione della carica elettrica (14) nel forno (10) avvengono per incrementi/decrementi costanti ad intervalli costanti.
7. Procedimento come alla rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto aumento e/o diminuzione della velocità di alimentazione della carica elettrica (14) nel forno (10) avvengono in modo continuo con una rampa ad inclinazione prestabilita.
8. Procedimento come alla rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che almeno dopo ogni aumento e/o diminuzione della velocità di alimentazione della carica elettrica (14) nel forno (10) avviene un successivo calcolo dell'indice di copertura (IC).
9. Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di misura (32) dell'effettivo indice di copertura (IC) durante un ciclo di funzionamento del forno (10) viene eseguita in continuo.
10. Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di misura (32) dell'effettivo indice di copertura (IC) durante un ciclo di funzionamento del forno (10) viene eseguita ad intervalli prefissati.
11. Procedimento per il controllo dell'alimentazione di una carica metallica (14) all'interno di un forno elettrico ad arco (10), sostanzialmente come descritto ed illustrato negli annessi disegni,