Aplicação do inversor de frequência INVT GD5000 MV no exaustor principal de um alto-forno em uma siderúrgica argelina

Resumo: Este artigo discute a aplicação de inversores de frequência de média tensão da série GD5000 da INVT no ventilador de exaustão principal do alto-forno, no projeto de pelotização de uma siderúrgica argelina. A operação prática demonstrou a viabilidade, a necessidade e as vantagens de economia de energia da aplicação do controle de velocidade por frequência variável de média tensão em grandes cargas de ventiladores, promovendo sua adoção mais ampla em sistemas de alto-forno em siderúrgicas.

Palavras-chave: siderúrgica, ventilador de exaustão principal de alto-forno, inversor de frequência de média tensão,refrigeração ar-água

1. Introdução

O exaustor principal é um dos equipamentos mais críticos em uma siderúrgica. Ele utiliza pressão negativa para conduzir as chamas da combustão para o alto-forno, garantindo a combustão completa e a qualidade estável dos pellets. Parâmetros operacionais como vazão e pressão do ar influenciam diretamente a qualidade e a eficiência da produção.

O motor do ventilador também é um grande consumidor de energia, representando quase dois terços do consumo total de energia da linha de produção de sinterização. Os métodos de controle tradicionais dependem de motores síncronos combinados com painéis de resistência líquida para a partida, enquanto a regulação do fluxo de ar é feita por meio do ajuste de dampers. Essa abordagem resulta em baixa eficiência, capacidade limitada de controle em tempo real e frequência de partida restrita.

Com o rápido desenvolvimento da tecnologia de inversores de frequência de média tensão e média potência, a partida suave e a regulação precisa da velocidade tornaram-se mais maduras e confiáveis.No projeto de pelotização de uma siderúrgica argelina, um inversor de frequência de média tensão foi adotado para regular a velocidade do motor do ventilador, melhorando significativamente a eficiência operacional e alcançando um controle com economia de energia.

2. Introdução ao processo de produção de ferro em alto-forno

A produção de ferro em alto-forno é um processo contínuo que reduz o minério de ferro a ferro fundido. Matérias-primas como minério de ferro, coque e fundente são carregadas pelo topo do forno em proporções específicas, formando camadas alternadas em seu interior. À medida que os materiais descem, sofrem redução e fusão, formando ferro fundido e escória no cadinho do forno.

O ar pré-aquecido é insuflado no forno através de ventaneiras localizadas ao redor do perímetro inferior. O carbono do coque reage com o oxigênio para produzir gases redutores como monóxido de carbono e hidrogênio, que removem o oxigênio do minério de ferro. Ferro fundido e escória são descarregados periodicamente, enquanto o gás do alto-forno sai pelo topo, é purificado e reutilizado como combustível para outros equipamentos.

3. Introdução ao ventilador principal do alto-forno

O ventilador principal do alto-forno é um equipamento vital nas siderúrgicas, responsável por fornecer o fluxo de ar estável necessário para a fundição. A operação estável e confiável do ventilador afeta diretamente a regulação da pressão no topo do forno, o coeficiente de utilização do forno e a produção de ferro.

Desligamentos inesperados de ventiladores causados por falhas elétricas, mecânicas ou de controle podem resultar em acidentes operacionais graves, como bloqueio de ar ou refluxo de gás, representando sérios riscos à segurança e perdas econômicas. Portanto, o sistema de suprimento de ar deve fornecer capacidade de regulação estável e um sistema de controle de segurança confiável para suportar a produção contínua.

4. Condições dos equipamentos no local

5. Esquema de controle

5.1 Esquema de controle do circuito principal do sistema

O ventilador principal fornece ar quente ao cadinho do alto-forno, ao mesmo tempo que auxilia na injeção de carvão em pó , constituindo um componente essencial do sistema do alto-forno. À medida que a intensidade da fundição aumenta, um maior volume de ar quente e uma regulação estável do fluxo de ar tornam-se fundamentais para melhorar a produção de ferro e manter condições uniformes no forno.

Este projeto adota o inversor de frequência de média tensão INVT GD5000-A7100-6.6-D para partida suave e controle de velocidade variável do ventilador principal do alto-forno no projeto de pelotização na Argélia.

5.2 Recursos de desempenho de controle

Os métodos de configuração de frequência incluem configuração digital, configuração analógica, entrada de pulso de alta velocidade, configuração de terminal multivelocidade, comunicação Modbus e comunicação Profinet. Os modos de operação suportam controle IHM, controle de terminal, controle remoto Modbus e controle de comunicação Profinet.

O sistema oferece compensação de pré-torque na partida, frenagem CC durante a partida e o desligamento, e ajuste automático de tensão para manter a tensão de saída estável durante flutuações na rede elétrica.

5.3 Vantagens de usar um inversor de frequência

Com o VFD, o tempo de inicialização do ventilador é reduzido de aproximadamente dois minutos para apenas alguns segundos, enquanto a corrente de inicialização é limitada a 1,2-1,5 vezes a corrente nominal.

A partida e a frenagem suaves eliminam os picos de corrente e os choques mecânicos associados ao controle baseado em amortecedores, reduzindo significativamente o estresse nos motores, rolamentos e pás do ventilador.

O inversor de frequência de média tensão suporta tanto o controle local por tela sensível ao toque quanto o controle remoto por sistema DCS, permitindo que os operadores ajustem a velocidade do motor e o fluxo de ar com precisão a partir da sala de controle, melhorando a flexibilidade operacional e a segurança.

6. Conclusão

Com base na operação em campo, o inversor de frequência de média tensão INVT GD5000 demonstra um tamanho compacto, fácil instalação e comissionamento simplificado. Os usuários podem concluir a configuração selecionando a tensão do motor, definindo os parâmetros e realizando um rápido aprendizado automático.

O sistema alcança controle vetorial em malha aberta com 150% do torque nominal de saída a 0,5 Hz e um tempo de resposta de torque de 100 ms, atendendo plenamente aos requisitos da aplicação. O monitoramento em tempo real do status da unidade de potência permite a previsão precoce de falhas e aumenta a confiabilidade do sistema. A aplicação bem-sucedida destaca ainda mais as vantagens dos inversores de frequência de média tensão em aplicações de economia de energia em ventiladores e bombas.

7. Fotos no local

Fotos da instalação e operação no local do sistema VFD de média tensão GD5000 aplicado ao ventilador de exaustão principal do alto-forno.