Variador de MT INVT GD5000 para ventilador de alto horno en Argelia

Resumen: Este artículo analiza la aplicación de los variadores de frecuencia (VFD) de media tensión de la serie INVT GD5000 en el ventilador principal de escape del horno alto en el proyecto de peletización de una planta siderúrgica en Argelia. La operación práctica ha demostrado la viabilidad, necesidad y ventajas de ahorro de energía de aplicar el control de velocidad por frecuencia variable de media tensión a cargas de ventiladores grandes, promoviendo su adopción más amplia en los sistemas de horno alto de plantas siderúrgicas.

Palabras clave: planta siderúrgica, ventilador principal de escape del horno alto, variador de frecuencia de media tensión, enfriamiento aire-agua

1. Introducción

El ventilador principal de escape es uno de los equipos más críticos en una planta siderúrgica. Utiliza presión negativa para extraer las llamas de combustión hacia el horno alto, asegurando una combustión completa y una calidad de pelet uniforme. Los parámetros de operación como flujo de aire y presión influyen directamente en la calidad y eficiencia de producción.

El motor del ventilador es también un gran consumidor de energía, representando casi dos tercios del consumo total de energía de la línea de producción de sinterización. Los métodos de control tradicionales se basan en motores síncronos combinados con gabinetes de resistencia líquida para el arranque, mientras que la regulación del flujo de aire se realiza mediante ajuste de compuertas. Este enfoque resulta en baja eficiencia, capacidad limitada de control en tiempo real y frecuencia de arranque restringida.

Con el rápido desarrollo de la tecnología de variadores de frecuencia de media tensión y media potencia, el arranque suave y la regulación precisa de velocidad se han vuelto más confiables y maduras. En el proyecto de peletización de la planta siderúrgica argelina, se adopta un VFD de media tensión para regular la velocidad del motor del ventilador, mejorando significativamente la eficiencia operativa y logrando un control de ahorro de energía.

2. Introducción al Proceso de Producción de Hierro del Horno Alto

La producción de hierro en horno alto es un proceso continuo que reduce el mineral de hierro a hierro fundido. Materias primas como mineral de hierro, coque y fundentes se cargan desde la parte superior del horno en proporciones especificadas, formando capas alternas dentro del horno. A medida que los materiales descienden, se someten a reducción y fusión, formando finalmente hierro fundido y escoria en el fondo del horno.

El aire precalentado se sopla a través de toberas ubicadas alrededor del perímetro inferior. El carbono en el coque reacciona con el oxígeno para producir gases reductores como monóxido de carbono e hidrógeno, que eliminan oxígeno del mineral de hierro. El hierro fundido y la escoria se descargan periódicamente, mientras que el gas del horno alto sale por la parte superior, se limpia y se reutiliza como combustible para otros equipos.

3. Introducción al Ventilador Principal del Horno Alto

El ventilador principal del horno alto es un equipo vital en las plantas de producción de hierro, responsable de suministrar el flujo de aire estable requerido para la fundición. El funcionamiento estable y confiable del ventilador afecta directamente la regulación de presión superior, el coeficiente de utilización del horno y la producción de hierro.

Paradas inesperadas del ventilador causadas por fallos eléctricos, mecánicos o de control pueden resultar en accidentes graves como bloqueo de aire con escoria o reflujo de gas, generando riesgos de seguridad y pérdidas económicas. Por ello, el sistema de suministro de aire debe proporcionar una capacidad de regulación estable y un sistema de control de seguridad confiable para soportar la producción continua.

4. Condiciones del Equipo en Sitio

5. Esquema de Control

5.1 Esquema de Control del Circuito Principal del Sistema

El ventilador principal suministra aire caliente al horno alto mientras soporta la inyección de polvo de carbón, formando un componente clave del sistema del horno alto. A medida que aumenta la intensidad de fundición, se vuelve esencial un mayor volumen de aire caliente y una regulación estable del flujo de aire para mejorar la producción de hierro y mantener condiciones uniformes en el horno.

Este proyecto adopta el variador de frecuencia de media tensión INVT GD5000-A7100-6.6-D para el arranque suave y el control de velocidad variable del ventilador principal del horno alto en el proyecto de peletización argelino.

5.2 Características de Rendimiento de Control

Los métodos de ajuste de frecuencia incluyen ajuste digital, ajuste analógico, entrada de pulso de alta velocidad, ajuste de terminal de velocidad múltiple, comunicación Modbus y comunicación Profinet. Los modos de operación soportan control HMI, control por terminal, control remoto Modbus y control Profinet.

El sistema proporciona compensación de par previo al arranque, frenado en CC durante el arranque y parada, y ajuste automático de voltaje para mantener estable la tensión de salida durante fluctuaciones de la red.

5.3 Ventajas de Usar un Variador de Frecuencia

Con el VFD, el tiempo de arranque del ventilador se reduce de aproximadamente dos minutos a solo unos segundos, mientras que la corriente de arranque se limita a 1,2–1,5 veces la corriente nominal.

El arranque y frenado suave eliminan los picos de corriente y los choques mecánicos asociados con el control mediante compuerta, reduciendo significativamente el estrés en motores, rodamientos y palas del ventilador.

El VFD de media tensión soporta control local mediante pantalla táctil y control remoto DCS, permitiendo a los operadores ajustar la velocidad del motor y el flujo de aire desde la sala de control, mejorando la flexibilidad operativa y la seguridad.

6. Conclusión

Según la operación en sitio, el VFD de media tensión INVT GD5000 demuestra un diseño compacto, instalación sencilla y puesta en marcha simplificada. Los usuarios pueden completar la configuración seleccionando el voltaje del motor, configurando parámetros y realizando un autoaprendizaje rápido.

El sistema logra control vectorial en lazo abierto con salida de par del 150% a 0,5 Hz y tiempo de respuesta de par de 100 ms, cumpliendo plenamente los requisitos de la aplicación. La supervisión en tiempo real del estado de la unidad de potencia permite predecir fallos tempranamente y mejora la confiabilidad del sistema. La aplicación exitosa resalta las ventajas de los VFD de media tensión en aplicaciones de ahorro de energía en ventiladores y bombas.

7. Fotos en Sitio

Fotos de instalación y operación en sitio del sistema VFD de media tensión GD5000 aplicado al ventilador principal de escape del horno alto.