operacion de hornos de fusion

1. ENERGIA
ELÉCTRICA
HEA
Ing. Marciano Garcia

2. Marciano Garcia
Personal
Profile
Contac info
Work experience
Education
 COORDINADOR AHORRO DE ENERGIA
Laboratorios Sídney roos
 JEFE DE SERVICIOS ELECTRICOS.
COMPAÑIA SIDERURGICA DE
GUADALAJARA
 RESPONSABLE DE INGENIERÍA
ELÉCTRICA Y PUESTA EN MARCHA DE
PLANTA
Grupo acerero de zacatecas
 INGENIERÍA Y SOPORTE TÉCNICO
ESPECIALIZADO
Ingeniero mecánico electricista
Especialista en mejora de procesos
y electrodos de grafito
marciano@frcglobal.com
+ 52 1 33 1270 6766

3. Agenda
1. Regulacion de arco
• Puntos clave para mejorar la EE de su HEA
• Cual es el mejor regulador para mi horno?
• Regulacion del horno
• Regulador del horno
• Caracteristicas de una valvula hidraulica
• Tipo de regulador
• Regulador usarlo o reemplazarlo
• FACTORES EXTERNOS QUE AFECTAN LA REGULACION
• FACTORES DE MAYOR INFLUENCIA EN LA
EFECTIVIDAD DEL SISTEMA DE REGULACION
• ESTUDIO DEL SISTEMA TRANSFORMADOR – HORNO Y
PERFIL DE FUSION
1. Perfiles de fusion

4. Regulació
n de arco

5. Annual
January 3,
• Características y dimensiones del EAF
• Datos del sistema eléctrico (subestación y
transformador del horno)
• Curvas de potencia para el conjunto EAF-
Transformador
1. Elementos a considerar antes de revisar la
regulación de arco
• Formas y ventajas de los diferentes sistemas
de regulación.
• Parámetros típicos para el ajuste de la
regulación.
• Ajustes particulares de la regulación de Simec
Gdl
• Determinación de etapas en la regulación
2. Regulación de Arco:
Puntos clave para mejorar la
EE de un HEA

6. Cual es el mejor
regulador para mi
horno?
January 3,
Annual
Depende de tres factores:
Sistemas de regulación
en la actualidad
Necesidades de la
acería
Forma que otros
factores afecten el
comportamiento del
regulador
 Una buena regulación minimiza las roturas de
electrodos, reduce los costos por concepto de
energía eléctrica y refractarios
 Un buen regulador mantiene, con variaciones
mínimas el control de las variables. El
comportamiento de un buen regulador se
caracteriza por mantener constante la potencia
aplicada al horno, con reducción del parpadeo
eléctrico (flicker), y un bajo consumo de
electrodos.

7. REGULACIÓN DEL HORNO
Annual
Es el sistema que trata de mantener la estabilidad del arco eléctrico conforme a un valor prefijado, y está
influenciado por:
La práctica de carga
Mediciones de voltaje y corriente
Lógica del regulador
Posición del electrodo
Energía suplementaria
Aditivos

8. January 3,
Annual
COMPONENTES DE UN REGULADOR
POSICION
ACTUADOR
ELECTRODO ARRIBA
PARA RECARGAR
O
FIN DE COLADA
CAMBIO EN LA
PRESION HIDRAULICA
O TENSION DEL CABLE
+/- VOLTAJE DEL
CIRCUITO INTEGRADO
O DEL PLC
PROXIMIDAD DEL
ELECTRODO
A LA CARGA
TIPO DE
CHATARRA
INYECCION DE
CARBON Y OXIGENO
CORRIENTE
REGULADOR
CORRIENTE
DEL SECUNDARIO
DE ACUERDO AL
TAP SELECCIONADO
COLECCIÓN AUTOMATICA
PARA RESPUESTA DE POSICION
VOLTAJE DEL
ARCO
BOMBA
&
ACUMULADOR
VALVULA BY-PASS
VALVULA REGULADORA
PRESION DEL
TRANSDUCTOR
REGULADOR
+/- 10 V CD
0 ó 10 V CD
HIDRAULICA
REGULADOR DEL HORNO
HIDRAULICA DEL
REGULADOR

9. CARACTERISTICAS DE UNA VALVULA HIDRAULICA
January 3,
Annual
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10
SUBIR
SEÑAL DEL REGULADOR

10. TIPO DE
REGULADOR
January 3,
Annual
En el pasado, se tenían pocas alternativas para
escoger el tipo de regulador adecuado a sus
necesidades. Los reguladores existentes en esa
época eran relativamente sencillos (por ejemplo,
Viga balanceada).
En la actualidad con las potentes computadoras
existentes reguladores mucho más sofisticados. No
solo por el tipo de regulación, sino por la amplia
gama de variables por controlar y controladas, por
supuesto, diseñados para mejorar la eficiencia y
reducción de costos de operación.

11. Reguladores
proporcionales
January 3,
Annual
Producían una señal de corrección cuya magnitud y polaridad eran
proporcionales a la magnitud del error entre las señales
comparadas, las cuales eran el VOLTAJE Y LA CORRIENTE DE
SECUNDARIO.
Con el tiempo hicieron su aparición los reguladores proporcionales
de estado sólido que incorporaron características interesantes
como las ganancias múltiples, que fueron y son utilizadas en las
diferentes etapas de la operación como:
• Profundización y/o perforación
• Fusión
• Fusión Estable
• Afino

12. Regulador PID
(Proporcional, Integral y Derivativo)
January 3,
Annual
Se desarrolló para proporcionar magnitudes variables de respuesta a la señal
de error entre las señales de referencia y retroalimentación (VOLTAJE Y
CORRIENTE DE SECUNDARIO EN LOS DIFERENTES TAP), la lógica PID opera
como un concepto de control interrelacionado, incorpora dos funciones
adicionales a la acción PROPORCIONAL (P), que son la acción INTEGRAL (I), y
la acción DERIVATIVA (D).
La acción INTEGRAL tiene como finalidad corregir los errores de
larga duración y la acción DERIVATIVA incrementa el tiempo de
respuesta.
En el origen de este tipo de reguladores se calculaba el error en
función de la comparación de las señales de voltaje y corriente de
secundario.
Posteriormente aparecieron los reguladores de impedancia simple
luego aparecieron los reguladores de voltaje de arco y resistencia
de arco, y así continuaron surgiendo reguladores y hoy es posible
monitorear casi cualquier combinación de los parámetros del horno.

13. EJEMPLOS:
January 3,
Annual
1.- Regulación con impedancia constante
Z = V/I = CONSTANTE
2. Regulación con resistencia de arco constante
Ra = VA / I = CONSTANTE

14. Regulación por
potencia activa
constante Pa =
constante
January 3,
Annual

15. January 3,
Annual
Antiguamente, los primeros sistemas reguladores de arco eran complementados por los sistemas posicionadores de
electrodos del tipo malacate (winch) con velocidades de respuesta muy bajas, los valores típicos eran de 1.5 a 3
metros por minuto, el termino REGULADOR estaba asociado con un dispositivo relativamente simple cuyo único
propósito era colocar a una determinada distancia la punta del electrodo de grafito con la carga metálica
A través de los tiempos aparecieron los
sistemas hidráulicos, los cuales
evolucionaron del sistema de 2 bombas hasta
la aparición de válvulas proporcionales
convirtiéndose en los preferidos por los
diseñadores y acereros a partir de los años
70´s, proporcionando beneficios como:
1. El sistema es mucho más rápido en su respuesta
(hasta 17 metros por minuto)
2. Prácticamente todos los componentes se
encuentran localizados en el mismo sitio, lo que
facilita su mantenimiento.

16. January 3,
Annual
 Resistencia de arco (Ra)
 Potencia de arco (Pa)
 Longitud de arco (La) (calculada)
 Factor de potencia (cosɸ)
También se pueden monitorear las condiciones cambiantes o intermitentes dentro del horno y utilizarlas como
señales de entrada para el sistema de regulación como:
 Temperatura del agua de sistemas de enfriamiento
 Posición de los mástiles de los brazos porta electrodos
 Energía (KWH/TON)
 Índice de erosión al refractario (IER)
(calculado)
 Eficacia de arco (WN)
 Y un gran etc. De parámetros más.
 Contenido de armónicas de la frecuencia de
operación eléctrica
 Estabilidad del arco, etc.
Con el uso de las computadoras y los controladores
lógicos programables (PLC’S) se ha logrado llevar
el concepto de regulación más allá del simple usa
de volts y amperes. Ahora, se utilizan otros
parámetros importantes en la eficiencia de
operaciones del horno de arco eléctrico, como son:

17. January 3,
Annual
Pero para aprovechar la velocidad de las
computadoras y plc actuales es necesario contar
con un sistema posicionador de electrodos con
respuesta rápida.
Los sistemas de regulación actuales van más allá
de la simple regulación, incorporando
características importantes como son:
 Voltajes de secundario del transformador del
horno mayores
 Recolección de datos
 Reportes de consumos
 Productividad
 Demoras etc.

18. REGULADOR USARLO O REEMPLAZARLO??
Depende de las condiciones específicas de cada acería, sin embargo,
la principal razón debe buscar el incremento de la productividad y
que el nuevo sistema proporciona la información para la toma de
decisiones que conlleven a la mejora continua en la operación del
HEA.
Reguladores
• Los reguladores de alto rendimiento
no trabajan todo su potencial cuando
se combinan con sistemas lentos o
mástiles con sistemas defectuosos
• POR EL SOLO HECHO DE UTILIZAR
EQUIPO SOFISTICADO NO SE VAN
A ELIMINAR TODOS LOS
PROBLEMAS DE REGULACION
Aumento de velocidad de respuesta de
las columnas de electrodos
• Disminuye los tiempos perdidos al
efectuar recargues. En muchos casos
tiempos muy significativos (3-5
min/col)
• Cambiar un sistema electromecánico
obsoleto a un sistema hidráulico
mucho mas rápido
Sistema existente confiable
• Razonablemente rápido, trabaja bien
mantenido lo valores prefijados
deseados, puede ser difícil detectar
una mejora clara al cambiar el
regulador
Si se tienen problemas crónicos de mantenimiento, componentes obsoletos, o falta de partes y servicio, entonces la decisión es más
fácil

19. FACTORES EXTERNOS QUE AFECTAN LA REGULACION
January 3,
Annual
Los beneficios actuales y potenciales de un sistema de regulación pueden ser obstaculizados por factores
externos, tales como
DISEÑO DEL HORNO TIEMPOS DE RESPUESTA DE LOS SISTEMAS
El diámetro del círculo de
electrodos (PCD) (CA 3F)
Un PCD demasiado pequeño puede conducir a generar fuerzas
magnéticas excesivas entre las columnas de electrodos
El diseño del mástil, Brazo,
rodamientos guía, etc
La combinación de baja reactancia de secundario, PCD pequeño y un
sistema de alimentación de energía rígido hace que se amplifiquen las
oscilaciones de corriente, dificultando que el regulador las controle
adecuadamente
la selección de los materiales de carga tiene una gran influencia sobre
la efectividad y comportamiento del regulador, con cargas de piezas
grandes y densas como lingotes, agravan la estabilidad del arco e
incrementan las roturas de electrodos a pesar del tiempo de respuesta
del sistema.

20. January 3,
Annual
FACTORES DE MAYOR INFLUENCIA EN LA EFECTIVIDAD DEL
SISTEMA DE REGULACION
DISEÑO
MECANICO
• Diámetro del circulo
de electrodos (PCD)
• Estructura mecánica
• Sistema de
elevación de
columnas
DISEÑO
ELECTRICO
• Reactancia del
sistema
• Balance de fases
• Sistema de tierras
• Exactitud del
sistema de
medición
MATERIALES
DE CARGA
• Piezas Grandes
• Chatarra mojada
• Distribución de la
carga en la cesta
• Escorias

21. ESTUDIO DEL SISTEMA
TRANSFORMADOR – HORNO Y
PERFIL DE FUSION
Se debe hacer un análisis de las características del horno en su conjunto
incluido el transformador y sus diferentes tap, para diseñar el perfil o perfiles
de fusión que mejor se adapten a las características técnicas del equipo y a las
necesidades de la empresa.
A continuación, los requerimientos, necesarios para la realización de estudio y
posteriormente, el diseño de los diferentes perfiles de fusión:
a) diámetro del crisol
b) diámetro del acero líquido a la altura de la línea de escoria
c) diámetro del círculo de electrodos (PCD)
d) diámetro nominal del electrodo
e) placa de datos del transformador del horno
January 3,
Annual

22. January 3,
Annual
Una vez recopilada la información necesaria procederemos con
los cálculos de las curvas de potencia para los diferentes tap del
transformador, en los que se pueden ver los siguientes
parámetros:
a) Cosɸ (cos phi)
b) Voltaje fase a fase sin carga en el secundario del
transformador (volt)
c) Corriente de secundario de operación (Iop)
d) Potencia activa en el primario del transformador (MW)
e) Potencia aparente (MVA)
f) Potencia reactiva (MVAR)
g) Longitud de arco (LA)
h) Potencia activa del arco (MWarco)
i) Indice de erosión al refractario (IER)
j) Eficacia de arco (WN)

23. Perfiles
de fusión
• 3 cestas
• 4 cestas
• 5 cestas

24. Para fines de eficientar el proceso de fusión dividiremos este en 4
partes que serán las siguientes:
• Está definida por el
periodo de inicio de la
fusión y hasta que el
electrodo alcanza una
profundidad en la
chatarra de por lo
menos una vez el
diámetro del electrodo
y como máximo una
vez y media el
diámetro de este
Profundización
/Perforación
• Está definido por el
periodo que inicia
después de la
profundización y que
culmina cuando se
elimina o funde la
chatarra que se
encuentra en las
paredes del horno,
(fusión de
aproximadamente el
70% de la chatarra
ingresada al horno)
Fusión
• está definido por el
periodo que inicia
después de la etapa de
fusión y termina
cuando se funde el
100% de la chatarra
ingresada al horno
Fusión estable
• está definido por el
periodo que inicia
después de fusión
estable y culmina
cuando se tiene la
temperatura y análisis
químico del acero para
el vaciado del horno.
Calentamiento
/Refinación

25. January 3,
Annual
TRANSFORMADOR TES PARA SIMEC GUADALAJARA
60 MVA 23000/603……990 VOLTS 18 TAP DELTA EN PRIMARIO
%Z = 5.80 a 60 mva 953 volts
%Z = 6.65 a 60 mva 990 volts
tap
conect?
con
conexión
H
volts
prim.
amp.
Prim
volts
sec
Amp
sec
MVA
REAL
1 delta 23000 1091 603 41607 43.5
2 delta 23000 1117 617 41607 44.5
3 delta 23000 1144 632 41607 45.5
4 delta 23000 1172 648 41607 46.7
5 delta 23000 1202 664 41607 47.9
6 delta 23000 1233 681 41607 49.1
7 delta 23000 1266 700 41607 50.4
8 delta 23000 1300 719 41607 51.8
9 delta 23000 1337 739 41607 53.3
10 delta 23000 1375 760 41607 54.8
11 delta 23000 1416 783 41607 56.4
12 delta 23000 1460 807 41607 58.2
13 delta 23000 1506 833 41607 60.0
14 delta 23000 1506 860 40189 59.9
15 delta 23000 1506 889 38971 60.0
16 delta 23000 1506 920 37653 60.0
17 delta 23000 1506 953 36635 60.5
18 delta 23000 1506 990 35018 60.0
DATOS
1. Diámetro de crisol 5500 mm (crisol de
forma irregular) se toma como medida
de crisol esta dimensión por ser la que
determina la parte más cercana al arco
eléctrico.
2. Diámetro del círculo de acero 4814 mm
esta dimensión, es la que acerca más el
ladrillo al arco eléctrico
3. Diámetro del círculo de electrodos
(PCD) 1050 mm
4. Diámetro del electrodo 508 mm (20
pulgadas)
5. Placa de datos del transformador

26. January 3,
Annual
• CLIENTE: Simec Guadalajara D = 481.4
CURVAS DE POTENCIA 60 MVA d = 50.8
COS PHI VOLTS Iop MW MVAR MVA I²R La MWarco IER WN
0.99 681 9.79 11.43 1.63 11.54 0.20 35.10 11.23 157.9 116.2
0.98 681 13.81 15.96 3.24 16.28 0.39 34.36 15.57 154.7 160.6
0.97 681 16.87 19.30 4.84 19.89 0.58 33.63 18.72 151.6 192.2
0.96 681 19.43 22.00 6.42 22.91 0.77 32.90 21.23 148.5 216.9
0.95 681 21.66 24.27 7.98 25.55 0.96 32.19 23.32 145.4 236.8
0.94 681 23.67 26.24 9.53 27.92 1.14 31.48 25.10 142.3 253.3
0.93 681 25.50 27.97 11.06 30.08 1.33 30.78 26.65 139.3 267.2
0.92 681 27.19 29.51 12.57 32.07 1.51 30.08 28.00 136.3 278.8
0.91 681 28.77 30.87 14.07 33.93 1.69 29.40 29.19 133.4 288.5
0.90 681 30.24 32.10 15.55 35.67 1.87 28.72 30.24 130.5 296.7
0.89 681 31.63 33.21 17.01 37.31 2.04 28.05 31.17 127.6 303.5
0.88 681 32.95 34.20 18.46 38.87 2.22 27.39 31.99 124.7 309.1
0.87 681 34.21 35.10 19.89 40.35 2.39 26.73 32.72 121.9 313.6
0.86 681 35.40 35.91 21.31 41.76 2.56 26.09 33.36 119.1 317.2
0.85 681 36.55 36.64 22.71 43.11 2.73 25.45 33.92 116.4 319.8
0.84 681 37.64 37.30 24.09 44.40 2.89 24.82 34.41 113.7 321.7
0.83 681 38.70 37.88 25.46 45.64 3.06 24.20 34.83 111.0 322.9
0.82 681 39.71 38.41 26.81 46.84 3.22 23.58 35.19 108.3 323.4
0.81 681 40.69 38.87 28.14 47.99 3.38 22.98 35.49 105.7 323.3
0.80 681 41.63 39.28 29.46 49.10 3.54 22.38 35.74 103.1 322.7
0.79 681 42.54 39.64 30.76 50.17 3.69 21.79 35.94 100.5 321.6
0.78 681 43.42 39.94 32.05 51.21 3.85 21.20 36.10 98.0 319.9
0.77 681 44.27 40.20 33.31 52.21 4.00 20.63 36.21 95.5 317.9
0.75 681 45.89 40.60 35.80 54.13 4.30 19.50 36.30 90.6 312.7
0.73 681 47.42 40.83 38.22 55.93 4.59 18.41 36.24 85.8 306.1
0.71 681 48.86 40.91 40.58 57.63 4.87 17.34 36.04 81.2 298.3
HORNO: FUSION
pcd = 105
TAP # 6 23 KV primario %Z =5.8 L = 167.8
VOLTS > 681
X=5.152
CURVA DE POTENCIA DE TRANSFORMADOR 60 MVA HORNO SIMEC
GUADALAJARA
se tienen 2 diámetros de circulo de electrodos 1049.57 y 1240
mm

27. January 3,
Annual
0.67 681 51.50 40.70 45.10 60.75 5.41 15.31 35.29 72.3 280.0
0.65 681 52.72 40.42 47.26 62.19 5.67 14.34 34.75 68.1 269.8
0.63 681 53.88 40.04 49.35 63.55 5.92 13.40 34.11 63.9 259.0
0.61 681 54.98 39.55 51.38 64.84 6.17 12.50 33.39 59.9 247.8
0.59 681 56.02 38.98 53.35 66.07 6.40 11.62 32.58 56.1 236.2
0.57 681 57.01 38.33 55.25 67.24 6.63 10.78 31.70 52.3 224.3
0.55 681 57.94 37.59 57.08 68.34 6.85 9.97 30.74 48.7 212.3
0.53 681 58.83 36.78 58.85 69.39 7.06 9.19 29.72 45.2 200.2
0.51 681 59.68 35.90 60.55 70.39 7.27 8.44 28.63 41.9 188.0
0.49 681 60.48 34.95 62.18 71.34 7.46 7.72 27.49 38.7 175.9
0.47 681 61.24 33.95 63.76 72.23 7.65 7.04 26.30 35.6 163.9
0.45 681 61.96 32.89 65.26 73.08 7.83 6.38 25.05 32.6 152.0
0.43 681 62.64 31.77 66.70 73.88 8.00 5.76 23.76 29.8 140.3
0.41 681 63.28 30.60 68.08 74.64 8.17 5.17 22.43 27.1 128.8
0.39 681 63.89 29.39 69.39 75.35 8.33 4.61 21.06 24.5 117.7
0.37 681 64.46 28.13 70.63 76.02 8.48 4.08 19.65 22.1 106.9
0.35 681 64.99 26.83 71.81 76.66 8.62 3.59 18.21 19.7 96.4
0.33 681 65.49 25.49 72.92 77.25 8.75 3.12 16.74 17.5 86.4
0.31 681 65.96 24.12 73.97 77.80 8.88 2.69 15.24 15.5 76.8
0.29 681 66.40 22.71 74.95 78.32 8.99 2.29 13.72 13.5 67.6
0.27 681 66.80 21.27 75.87 78.79 9.10 1.92 12.17 11.7 59.0
0.25 681 67.18 19.81 76.72 79.23 9.21 1.58 10.60 10.1 50.9
0.23 681 67.52 18.32 77.50 79.64 9.30 1.27 9.02 8.5 43.3
0.21 681 67.83 16.80 78.22 80.01 9.39 0.99 7.41 7.1 36.2
0.19 681 68.12 15.26 78.88 80.34 9.47 0.75 5.80 5.8 29.8
0.17 681 68.37 13.71 79.47 80.64 9.54 0.54 4.17 4.7 23.9
0.15 681 68.59 12.14 79.99 80.91 9.60 0.36 2.54 3.6 18.7
0.13 681 68.79 10.55 80.45 81.14 9.65 0.21 0.89 2.7 14.1
0.11 681 68.96 8.95 80.84 81.34 9.70 0.09 -0.75 1.9 10.1
0.09 681 69.10 7.34 81.17 81.50 9.74 0.00 -2.41 1.3 6.8
COS PHI VOLTS Iop MW MVAR MVA I²R La MWarco IER WN

28. CURVA DE POTENCIA TRANSFORMADOR 60 MVA TAP 6 681 V SIMEC GUADALAJARA
January 3,
Annual
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
-10.00
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
Iop
9.79
13.81
16.87
19.43
21.66
23.67
25.50
27.19
28.77
30.24
31.63
32.95
34.21
35.40
36.55
37.64
38.70
39.71
40.69
41.63
42.54
43.42
44.27
45.89
47.42
48.86
50.22
51.50
52.72
53.88
54.98
56.02
57.01
57.94
58.83
59.68
60.48
61.24
61.96
62.64
63.28
63.89
64.46
64.99
65.49
65.96
66.40
66.80
67.18
67.52
67.83
68.12
68.37
68.59
68.79
68.96
CURVAS DE POTENCIA TAP6 SIMEC GDL
MW MVAR MVA MWarco COS PHI
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
300.0
350.0
Iop
9.79
13.81
16.87
19.43
21.66
23.67
25.50
27.19
28.77
30.24
31.63
32.95
34.21
35.40
36.55
37.64
38.70
39.71
40.69
41.63
42.54
43.42
44.27
45.89
47.42
48.86
50.22
51.50
52.72
53.88
54.98
56.02
57.01
57.94
58.83
59.68
60.48
61.24
61.96
62.64
63.28
63.89
64.46
64.99
65.49
65.96
66.40
66.80
67.18
67.52
67.83
68.12
68.37
68.59
68.79
68.96
CURVA DE POTENCIA TAP6 SIMEC GDL
IER WN La

29. January 3,
Annual

30. Thank you
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