Variateur de vitesse MT INVT GD5000 pour ventilateur de haut fourneau en Algérie

Résumé : Cet article traite de l’application des variateurs de fréquence (VFD) moyenne tension de la série INVT GD5000 sur le ventilateur principal d’échappement du haut fourneau dans le projet de pelletisation d’une aciérie algérienne. Les opérations pratiques ont démontré la faisabilité, la nécessité et les avantages en termes d’économie d’énergie de l’application du contrôle de vitesse par variation de fréquence moyenne tension sur des charges de ventilateurs importantes, favorisant son adoption plus large dans les systèmes de haut fourneau des aciéries.

Mots-clés : aciérie, ventilateur principal d’échappement du haut fourneau, variateur de fréquence moyenne tension, refroidissement air-eau

1. Introduction

Le ventilateur principal d’échappement est l’un des équipements les plus critiques dans une aciérie. Il utilise la pression négative pour aspirer les flammes de combustion dans le haut fourneau, assurant une combustion complète et une qualité uniforme des pellets. Les paramètres de fonctionnement tels que le débit d’air et la pression influencent directement la qualité et l’efficacité de la production.

Le moteur du ventilateur est également un consommateur majeur d’énergie, représentant près des deux tiers de la consommation totale de la ligne de production de frittage. Les méthodes de contrôle traditionnelles reposent sur des moteurs synchrones combinés à des armoires à résistance liquide pour le démarrage, tandis que la régulation du débit d’air se fait par ajustement des volets. Cette approche entraîne une faible efficacité, une capacité de contrôle en temps réel limitée et une fréquence de démarrage restreinte.

Avec le développement rapide de la technologie des variateurs de fréquence moyenne tension et moyenne puissance, le démarrage progressif et la régulation précise de la vitesse sont devenus plus fiables et matures. Dans le projet de pelletisation de l’aciérie algérienne, un VFD moyenne tension est adopté pour réguler la vitesse du moteur du ventilateur, améliorant significativement l’efficacité opérationnelle et permettant un contrôle énergétique.

2. Introduction au Processus de Production du Fer au Haut Fourneau

La production de fer au haut fourneau est un processus continu qui réduit le minerai de fer en fer fondu. Des matières premières telles que le minerai de fer, le coke et le fondant sont chargées depuis le sommet du four en proportions spécifiées, formant des couches alternées à l’intérieur du four. À mesure que les matériaux descendent, ils subissent réduction et fusion, formant finalement du fer fondu et des scories dans le creuset du four.

De l’air préchauffé est soufflé dans le four à travers des tuyères situées autour du périmètre inférieur. Le carbone contenu dans le coke réagit avec l’oxygène pour produire des gaz réducteurs tels que le monoxyde de carbone et l’hydrogène, qui éliminent l’oxygène du minerai de fer. Le fer fondu et la scorie sont périodiquement évacués, tandis que le gaz du haut fourneau sort par le sommet, est épuré et réutilisé comme combustible pour d’autres équipements.

3. Introduction au Ventilateur Principal du Haut Fourneau

Le ventilateur principal du haut fourneau est un équipement vital dans les installations de production de fer, responsable de fournir un débit d’air stable nécessaire à la fusion. Le fonctionnement stable et fiable du ventilateur affecte directement la régulation de la pression en haut du four, le coefficient d’utilisation du four et la production de fer.

Des arrêts inattendus du ventilateur causés par des défaillances électriques, mécaniques ou de contrôle peuvent provoquer des accidents graves tels que des blocages de scories ou un reflux de gaz, entraînant des risques de sécurité et des pertes économiques. Par conséquent, le système d’alimentation en air doit fournir une capacité de régulation stable et un système de contrôle de sécurité fiable pour supporter la production continue.

4. Conditions de l’Équipement sur Site

5. Schéma de Contrôle

5.1 Schéma de Contrôle du Circuit Principal du Système

Le ventilateur principal fournit de l’air chaud au creuset du haut fourneau tout en supportant l’injection de poudre de charbon, constituant un composant clé du système du haut fourneau. À mesure que l’intensité de fusion augmente, un volume d’air chaud plus élevé et une régulation stable du débit deviennent essentiels pour améliorer la production de fer et maintenir des conditions uniformes dans le four.

Ce projet adopte le variateur de fréquence moyenne tension INVT GD5000-A7100-6.6-D pour le démarrage progressif et le contrôle de vitesse variable du ventilateur principal du haut fourneau dans le projet de pelletisation algérien.

5.2 Caractéristiques de Performance de Contrôle

Les méthodes de réglage de fréquence comprennent réglage numérique, réglage analogique, entrée d’impulsions haute vitesse, réglage terminal multi-vitesses, communication Modbus et communication Profinet. Les modes de fonctionnement prennent en charge le contrôle HMI, le contrôle terminal, le contrôle à distance Modbus et le contrôle Profinet.

Le système fournit une compensation de couple pré-démarrage, un freinage en CC pendant le démarrage et l’arrêt, et un ajustement automatique de la tension pour maintenir une tension de sortie stable lors de fluctuations du réseau.

5.3 Avantages de l’Utilisation d’un Variateur de Fréquence

Avec le VFD, le temps de démarrage du ventilateur est réduit d’environ deux minutes à seulement quelques secondes, tandis que le courant de démarrage est limité à 1,2–1,5 fois le courant nominal.

Le démarrage et le freinage progressifs éliminent les surtensions et les chocs mécaniques associés au contrôle par volets, réduisant considérablement la contrainte sur les moteurs, roulements et pales du ventilateur.

Le VFD moyenne tension prend en charge le contrôle local via écran tactile et le contrôle à distance DCS, permettant aux opérateurs d’ajuster la vitesse du moteur et le débit d’air depuis la salle de contrôle, améliorant ainsi la flexibilité opérationnelle et la sécurité.

6. Conclusion

Selon l’exploitation sur site, le VFD moyenne tension INVT GD5000 présente un encombrement compact, une installation facile et une mise en service simplifiée. Les utilisateurs peuvent compléter la configuration en sélectionnant la tension du moteur, en configurant les paramètres et en effectuant un apprentissage automatique rapide.

Le système atteint un contrôle vectoriel en boucle ouverte avec une sortie de couple de 150 % à 0,5 Hz et un temps de réponse du couple de 100 ms, répondant pleinement aux exigences de l’application. La surveillance en temps réel de l’état de l’unité de puissance permet une prédiction précoce des défauts et améliore la fiabilité du système. L’application réussie met en évidence les avantages des VFD moyenne tension dans les applications d’économie d’énergie pour ventilateurs et pompes.

7. Photos sur Site

Photos d’installation et de fonctionnement sur site du système VFD moyenne tension GD5000 appliqué au ventilateur principal d’échappement du haut fourneau.