Indicadores de Estabilidad y Cobertura de Arco en un HAE

Indicadores de Estabilidad y Cobertura de Arco en un HAE-CD Mediante
Armónicos de Voltaje y Corriente
Alumno:
Ing. Edgar Gómez
Introducción
Un Horno de Arco Eléctrico (HAE) consume grandes cantidades de energía eléctrica y
química (oxígeno, gas natural, carbón). La pregunta es: ¿Cuánta energía está
fundiendo el metal y cuánta está siendo desperdiciada?
La operación óptima de un horno está relacionada con la eficiencia energética y el
incremento de la productividad.
La radiación del arco eléctrico es fundamental para el proceso de fusión del acero,
sin embargo, si la misma impacta las paredes del horno las destruirá. Para evitar esto,
se busca que el arco esté siempre cubierto con chatarra o escoria.
El espumado de la escoria puede reducir el consumo de: energía, electrodos,
refractarios y tiempo de fusión.
La práctica del espumado de la escoria es la única forma de transferir grandes
potencias eléctricas al horno sin destruir los refractarios.
Sumergir el arco eléctrico en espumado de escoria mejora la transferencia de calor
entre el arco y el metal fundido.
El espumado depende de la composición de la escoria y de la tecnología de inyección
de carbón y oxígeno.
El principal componente que impacta el espumado de escoria es el monóxido de
carbono.
• C (en acero) + FeO (en escoria) = CO + Fe
• C (en acero) + ½O2 (inyectado) = CO
• FeO (en escoria) + C (inyectado) = Fe + CO
Comité de tesis:
Dr. Osvaldo Micheloud, ITESM
M.C. Miguel Meléndez, TERNIUM
o Corriente eléctrica
Al inicio de la colada, las formas de onda están más distorsionadas que al final,
cuando las condiciones del espumado de escoria están presentes.
El monitoreo de las distorsiones de las formas de onda y el espectro armónico puede
indicar cuándo el arco está cubierto. Es necesario identificar claramente las
frecuencias indicativas.
Rangos de valores de THD pueden ser usados para dividir la operación del horno en
diferentes etapas.
Tema de Investigación y Objetivos
Estudiar y analizar los armónicos de voltaje y corriente en el Horno de Arco Eléctrico
de Corriente Directa (HAE-CD) y relacionarlos con una etapa del proceso de fusión
para determinar cuando el arco se encuentra cubierto por espumado de escoria.
o Estudiar, analizar y desarrollar un control para la estabilidad y la cobertura del
arco y proteger los paneles refrigerados por agua.
Actividades
Definición del Problema
La altura de la escoria y la formación de la espuma siguen siendo estimadas en la
mayoría de las instalaciones por medios subjetivos acústicos y visuales. El control de
cobertura de arco es una técnica instintiva de cada operador de horno.
El principal objetivo de la presente investigación es indicar al operador el grado en
que el arco está sumergido en espuma de escoria y controlar de esta manera la
alimentación de los agentes espumantes.
Antecedentes: Medios para Estimar las Condiciones y la Altura
del Espumado de la Escoria
o Vibración
Existe una relación confiable entre la vibración del horno y la altura del espumado de
la escoria. La magnitud de la señal de la vibración del horno decrece durante el
proceso de formación de espuma.
o Ruido
El análisis de la señal entregada por un medidor sónico mostró que cuando una
importante cantidad de espumado de escoria está presente, se evidenció una fuerte
disminución del nivel de la señal, en comparación cuando el espumado todavía no se
ha formado.
o Emisiones ópticas
Las emisiones ópticas de los Hornos de Arco Eléctrico contienen distintas líneas de
emisión atómicas que pueden ser usadas para identificar qué componentes están
presentes en el arco y para adquirir información cuantitativa acerca de la composición
de la escoria.
o Revisión bibliográfica de antecedentes del tema.
o Encontrar un punto de medición adecuado en la instalación eléctrica del horno,
donde un analizador de calidad de energía eléctrica pueda ser conectado.
o Mediciones de armónicos de voltaje y corriente en el horno para correlacionar
fenómenos con la cobertura del arco.
o Distinguir entre el contenido armónico que se debe a factores externos y lo que es
debido a las inestabilidades y cobertura del arco.
o Determinar índices de cobertura de arco.
Referencias
1. F. Tsu-Hsun and W. Chi-Jui, "Load characteristics analysis of AC and DC arc
furnaces using various power definitions and statistic method," Power Delivery,
IEEE Transactions on, vol. 17, pp. 1099-1105, 2002.
2. C. Sedivy and R. Krump, "Tools for foaming slag operation at EAF steelmaking,"
Archives of Metallurgy and Materials, vol. 53, pp. 405-410, 2008.
3. J. Jae Jin, B. Sung Jun, and K. Sang-Woo, "Estimation of slag foaming height from
vibration signals in electric arc furnaces," in Electrical Engineering/Electronics
Computer Telecommunications and Information Technology (ECTI-CON), 2010
International Conference on, 2010, pp. 866-869.
4. T. Matschullat, D. Rieger, K. Kruger, and A. Dobbeler, "Foaming slag and scrap
melting behavior in electric arc furnace - A new and very precise detection
method with automatic carbon control," Archives of Metallurgy and Materials,
pp. 399-404, 2008.
5. A. Mäkinen, J. Niskanen, H. Tikkala, and H. Aksela, "Optical emission from a small
scale model electric arc furnace in 250–600 nm region," Review of Scientific
Instruments, vol. 84, pp. 1-7, 2013.
Agradecimientos
o A la Cátedra de Energía Roberto Rocca, por proveer financiamiento para mis
estudios.
o A TERNIUM, por ser patrocinador de la Cátedra Roberto Rocca y por facilitar a sus
expertos en el área.
o A mis asesores, por proveer conocimientos y guía.
Información de Contacto
Un análisis de las imágenes grabadas se puede llevar a cabo para ligar información de
las imágenes con eventos del proceso.
Para mayor información:
Cátedra de Energía Roberto Rocca
http://www.mty.itesm.mx/dia/consorcio/rrocca.html
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o Director de la Cátedra Roberto Rocca:
Dr. Osvaldo Miguel Micheloud Vernackt
(81) 8358 2000 Ext. 5423
[email protected]
o Estudiante:
Ing. Edgar Iván Gómez Holguín
Alumno de Maestría en Ciencias en Ingeniería Energética
[email protected]