Transformador de horno de refinación de cuchara

El refinado en cuchara es una etapa de refinado secundaria en el proceso de fabricación de acero, situada entre el horno de fusión primario y la colada continua; su objetivo principal es ajustar la composición, temperatura y pureza del acero fundido. El transformador del horno de refinación de cuchara suministra energía de calentamiento por arco eléctrico a esta estación y sus características de carga difieren significativamente de las de los hornos de arco de fusión.

Yulan Transformer diseña y fabrica transformadores para hornos de refinación de cuchara como una rama especializada de su serie de transformadores para hornos eléctricos. Estas unidades cubren un rango de capacidad de 1000 kVA a 80 000 kVA, admiten voltajes primarios de 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV, 35 kV y 110 kV, y cuentan con voltajes secundarios y pasos de regulación de voltaje adaptados a los requisitos específicos del proceso de refinación.

Diferencias entre condiciones de refinación y hornos de fusión

Los hornos cuchara procesan acero fundido, con el arco eléctrico ardiendo entre los electrodos y la masa fundida; en consecuencia, el horno no está sujeto a los violentos cortocircuitos provocados por el colapso de la chatarra. Como resultado, la tensión mecánica en los devanados es menor que la experimentada por los transformadores de horno de arco de fusión, aunque las operaciones de regulación de voltaje ocurren con mucha más frecuencia. Durante el refinado, la potencia de entrada debe ajustarse continuamente en función del grado del acero y la temperatura objetivo; el cambiador de tomas bajo carga funciona con mucha más frecuencia que en los transformadores de potencia estándar, a veces decenas de veces al día.

Los voltajes secundarios son generalmente más bajos que los de los hornos de arco de fusión, y generalmente oscilan entre 90 V y 240 V, mientras que las corrientes secundarias varían entre varios miles y decenas de miles de amperios, dependiendo de la capacidad. Debido a la relativa estabilidad del arco, la impedancia de cortocircuito puede ser ligeramente menor que la de los hornos de fusión, aunque aún debe mantenerse dentro de un rango razonable para garantizar la continuidad del arco y la seguridad del equipo. Los valores de impedancia de diseño suelen oscilar entre el 6% y el 10%, y la cifra exacta la determinan conjuntamente el fabricante del horno y el diseñador del sistema eléctrico.

Gama de parámetros técnicos clave

Extracto de datos del modelo representativo

Los siguientes datos se compilan a partir de registros de fábrica de productos ya suministrados; Sólo las especificaciones seleccionadas se enumeran como referencia. Las dimensiones externas y el peso varían según la configuración específica; Las especificaciones finales están sujetas a la documentación de fábrica.

Nota: El voltaje primario se puede diseñar como 20 kV, 60 kV o 110 kV según los requisitos del usuario; en tales casos, el nivel de aislamiento y las dimensiones exteriores se ajustarán en consecuencia.

Regulación de voltaje y diseño de impedancia

Los transformadores de horno de refinación de cuchara generalmente presentan menos pasos de regulación de voltaje que los hornos de arco de fusión, ya que la etapa de refinación no requiere cubrir todo el rango de potencia desde la formación del arco inicial hasta la fusión. Las configuraciones comunes varían de 5 a 8 pasos; sin embargo, algunos hornos de refinación grandes que requieren un control de voltaje más preciso pueden utilizar de 13 a 19 pasos con cambio de tomas en carga. El cambiador de tomas bajo carga seleccionado debe ser adecuado para un funcionamiento frecuente, con una vida útil de los contactos y velocidades de conmutación alineadas con el ciclo de refinado.

La selección de la impedancia de cortocircuito debe equilibrar la estabilidad del arco con las limitaciones de corriente de cortocircuito del sistema. Dado que el arco en un horno de cuchara es relativamente estable, la impedancia puede ser ligeramente menor que la de un horno de arco de fusión; sin embargo, si la capacidad de cortocircuito de la red es insuficiente, es posible que se requiera un reactor en serie o que sea necesario aumentar la impedancia del transformador. Los valores objetivo se determinan mediante cálculos del sistema eléctrico durante la fase de diseño, y el fabricante logra estas especificaciones mediante la disposición de los devanados y el control del flujo de fuga.

Conexiones secundarias y características estructurales

Dada la alta corriente secundaria, las conexiones de salida utilizan múltiples barras colectoras de cobre en paralelo, con tableros de terminales montados en la pared del tanque. Algunos modelos emplean una disposición en paralelo inverso en fase, lo que hace que las corrientes en las barras colectoras adyacentes fluyan en direcciones opuestas, reduciendo así los campos magnéticos externos y el calentamiento de los componentes estructurales. Internamente, se utilizan conductores transpuestos o múltiples conductores paralelos dentro de los devanados para garantizar una distribución uniforme de la corriente en todas las ramas.

El tanque presenta una estructura tipo campana o tipo cubierta, dependiendo de la capacidad y los requisitos de mantenimiento. Las unidades grandes están equipadas con paneles de radiador o sistemas de refrigeración por circulación forzada de aceite. La parte activa se seca en un sistema de vacío de vapor de queroseno para eliminar completamente la humedad y los gases de los componentes del aislamiento.

Verificación de calidad

Antes de salir de fábrica, cada unidad se somete a mediciones de resistencia de CC del devanado, relación de tensión, resistencia de aislamiento, tensión soportada de frecuencia industrial, tensión soportada inducida, pérdida sin carga, pérdida con carga e impedancia de cortocircuito. El cambiador de tomas bajo carga se somete a una prueba de ciclo operativo completo. Para unidades con clasificación de 35 kV y superiores, se realizan pruebas adicionales de impulso de rayo y mediciones de descarga parcial. La empresa cuenta con las certificaciones ISO 9001:2015, ISO 14001 e ISO 45001, y los datos de las pruebas se archivan por número de serie.

Preguntas y respuestas sobre la selección

P: ¿Se pueden utilizar indistintamente los transformadores de horno cuchara y los transformadores de horno de arco eléctrico (EAF)?

Si bien comparten los mismos principios estructurales, sus prioridades de diseño difieren. Los transformadores EAF en fusión deben soportar choques de cortocircuito más severos; por lo tanto, suelen presentar una impedancia más alta y un rango de regulación de voltaje más amplio. Los transformadores de horno cuchara funcionan con un arco más estable, lo que permite una impedancia ligeramente menor y menos pasos de regulación de voltaje. Si un usuario requiere capacidad de doble propósito en el corto plazo, se deben volver a verificar parámetros como la impedancia, el rango de regulación de voltaje y la resistencia mecánica; la sustitución directa no es factible. 

P: ¿Es mejor elegir 5 pasos de regulación de voltaje u 8?

Depende de los grados de acero que se refinan y de las curvas del proceso. El refinado del acero al carbono ordinario exige menos regulación de voltaje, por lo que 5 pasos suelen ser suficientes. Refinar acero aleado o acero inoxidable requiere un control de potencia más preciso, por lo que son preferibles 8 o más pasos. Aumentar el número de pasos aumenta el costo del cambiador de tomas y el tamaño del tanque del transformador, pero mejora la precisión del control de temperatura.

P: ¿Cómo se determina el rango de voltaje secundario?

Lo especifica el fabricante del horno en función de la capacidad de la cuchara, el diámetro del electrodo y el proceso de refinación. Luego, el diseñador del transformador traduce este rango de voltaje secundario en recuentos de vueltas de devanado y posiciones de tomas específicas. Los usuarios deben proporcionar la curva de voltaje completa durante la fase inicial del proyecto; Las modificaciones realizadas posteriormente requerirían un rediseño de los devanados.

P: ¿Cómo se debe seleccionar el método de enfriamiento?

Para capacidades inferiores a 5.000 kVA, suele ser suficiente la refrigeración por aceite natural o por aire. Por encima de 10.000 kVA, la densidad de pérdida aumenta, por lo que se recomienda la circulación forzada del aceite con refrigeración por aire o por agua. Los sistemas de refrigeración por agua requieren más mantenimiento; Específicamente, la presión del aceite debe mantenerse más alta que la presión del agua en todo momento para evitar que el agua se filtre al aceite.

P: ¿Un transformador de horno cuchara requiere un reactor en serie?

Depende de la capacidad de cortocircuito de la red eléctrica y del proceso de refinación. La mayoría de los transformadores de horno cuchara están diseñados con una impedancia ya establecida dentro de un rango apropiado, lo que elimina la necesidad de un reactor adicional. Sin embargo, si la red local es débil o si hay varios hornos funcionando en paralelo en la planta siderúrgica, se puede instalar un reactor para limitar la corriente de cortocircuito y estabilizar el arco. Capacidades de ingeniería

Yulan Transformer fabrica transformadores para hornos eléctricos desde 1999, y suministra transformadores para hornos de refinación de cuchara en volumen a numerosas acerías nacionales. Nuestras instalaciones de producción cuentan con una capacidad de elevación de 80 toneladas, un sistema de secado al vacío de queroseno fase vapor de 400 kW, un equipo de prueba de impulso de 1,200 kV y un transformador de prueba de frecuencia industrial libre de descarga parcial de 400 kV; Estas capacidades nos permiten cumplir con los requisitos de pruebas de aceptación en fábrica y de fabricación para transformadores de horno cuchara con clasificación de 110 kV y menos.

Para proyectos con capacidades que van desde 1.000 kVA a 80.000 kVA y voltajes primarios entre 6 kV y 110 kV, nuestro departamento técnico puede desarrollar soluciones de diseño basadas en diagramas unifilares proporcionados por el cliente y refinando parámetros de proceso, suministrando esquemas, cálculos de pérdidas y cronogramas de regulación de voltaje. Comuníquese con el departamento técnico de Yulan Transformer para obtener información detallada.