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Consulenze e Servizi per l'Ingegneria - Wide Electrical and Mechanical for Engineering Service

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Forni Elettrici ad Arco

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L'offerta WEMES Consulting in questo importante settore della siderurgia riguarda  gli studi, i calcoli e le misure sui Forni Elettrici ad Arco.

Gli studi  possono comprendere tra l'altro:

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Modelli elettrici di lavoro del forno

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Modelli matematici per l'analisi delle caratteristiche di funzionamento di un sistema non lineare con arco elettrico

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Applicazione di tali modelli ai moderni forni fusori per l'acciaio

 

 

Le misure ed i calcoli comprendono: 

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Disturbi elettromagnetici vari: flicker di tensione, variazioni della tensione con carico, ecc.

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Coordinamento delle protezioni dell’impianto elettrico o rete elettrica e loro taratura.

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Calcolo dell’impedenza trifase del circuito secondario di un forno elettrico ad arco.

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Calcolo del diagramma circolare di lavoro e delle relative curve per un forno elettrico ad arco.

 

Diagramma circolare per il funzionamento con SVC di un forno elettrico ad arco diretto per la fusione dell'acciaio

 

 Inoltre WEMES Consulting progetta, verifica e collauda con le misure sul campo:

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      Filtri di rifasamento per la compensazione della potenza reattiva.

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      Filtri RC per gli interruttori.

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      Reattori in serie al circuito del Forno elettrico ad arco, Fissi o Saturabili.

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      Compensatori statici di potenza reattiva SVC (Static Var Compensator) e per la riduzione del Flicker di Tensione.

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      Condensatori sincroni per la compensazione della potenza reattiva.

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      Trasformatori di potenza per forni elettrici ad arco e per le sottostazioni.

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      Limitatori di Corrente a Reattori Saturabili FCL (Fault Current Limiter).

 

Possiamo dare un esempio di realizzazione WEMES di uno studio effettuato per un'importante azienda siderurgica italiana:

 

Studio sui Forni Elettrici ad arco, modello elettrico di lavoro del forno

Modello matematico per l'analisi delle caratteristiche di funzionamento di un sistema non lineare con arco elettrico,

applicazione ai moderni forni fusori per l'acciaio.

 

0.0 - Introduzione all’arco elettrico:

            0.1 - Introduzione;

            0.2 - Fenomeni dell’arco elettrico;

            0.3 - Caratteristiche termiche ed elettriche generali dell’arco elettrico;

            0.4 - Arco elettrico in un circuito elettrico mono e/o bifase e trifase;

                        0.4.1 - Forno ad arco diretto ed indiretto monofase (R=0).

                        0.4.2 - Forno ad arco diretto ed indiretto monofase (R¹0).

                        0.4.3 - Forno ad arco diretto ed indiretto trifase (R=0).

                        0.4.4 - Forno ad arco diretto ed indiretto trifase (R¹0).

            0.5 - Caratteristiche del forno con l’arco elettrico;

            0.6 - Circuito Trifase con l’arco elettrico e filtri di compensazione della potenza reattiva:

                         - senza reattanza serie;

                         - con reattanza serie fissa;

                         - con reattanza serie variabile controllata;

            0.7 - Panoramica sui metodi di simulazione in bibliografia;

 

1.0 - Arco elettrico:

            1.1 - modello matematico;

                        1.1.1 - eq. diff. elettriche;

                        1.1.2 - eq. diff. termiche;

                        1.1.3 - eq. Magnetoidrodinamiche;

            1.2 - circuito elettrico trifase senza reattanza serie;

            1.3 - circuito elettrico trifase con reattanza serie:

                                   1.3.1 - con reattore fisso;

                                    1.3.2 - con reattore variabile (saturabile, o con controllo elettronico di potenza);

            1.4 - caratteristiche elettriche;

 

2.0 - Simulazione del sistema non lineare con arco elettrico:

            2.1 - programmi di calcolo:

                        2.1.1 - Circuiti Elettrici;

2.1.2 - Elementi Finiti;

                        2.1.3 - Reti Elettriche;

                        2.1.4 - Sviluppo mirato in linguaggi tipo C e FORTRAN;

 

3.0 - Sistema con dinamica non lineare:

            3.1 - con l’arco elettrico AC o DC;

            3.2 - con controllo serie tramite: Thyristori, GTO, IGBT o Reattore Saturabile;

            3.3 - con cicli d’isteresi;

            3.4 - con SVC;

            3.5 - con rifasamento filtrato (per varie topologie del circuito dei filtri);

            3.6 - con regolazione elettrodi.

 

4.0 - Misure reali delle caratteristiche del sistema non lineare modellizzato.

 

5.0 - Conseguenze della non linearità del sistema:

            5.1 - armoniche di tensione e corrente;

            5.2 - flicker di tensione;

            5.3 - possibili instabilità del sistema;

            5.4 - possibile degenerazione in uno stato caotico;

            5.5 - soluzioni delle instabilità e della caoticità;

            5.6 - ottimizzazione dei parametri del sistema.

            5.7 - sincronizzazione dei sistemi non lineari.

 

6.0 - Applicazioni ad un sistema reale.

 

7.0 – Studio di fattibilità per il controllo spaziale dell’arco elettrico ad alte correnti:

7.1 - riduzione delle componenti aleatorie elettriche.

7.2 - conduzione elettrica ottimale.

7.3 - ottimizzazione del rendimento termo-elettrico dell’arco.

  

Esempio di definizione matematica di una parte del modello:

               (1.25)

                  (1.26)

 

I termini di sorgente SK ed Se sono definiti come:

                                  (1.27)

                   (1.28)

 

 

Studio sull’arco elettrico nei forni per la fusione dell’acciaio

 

Studio per l’individuazione di soluzioni alle problematiche dei forni elettrici ad arco di seguito esposte.

 

1. Oggetto del lavoro.

·        Il seguente elenco di problematiche ha lo scopo di introdurre una base interlocutoria, per meglio individuare e poter definire gli scopi ed obiettivi della fornitura dei lavori.

·        Analisi dei disturbi dell’arco elettrico nella caverna durante la perforazione e la fusione

·        Impostazione, analisi e verifica dei risultati delle simulazioni per la comprensione della deflessione dell’arco DC durante il funzionamento del forno

·        Influenza sull’arco elettrico DC dei materiali tipo: scoria, calce, metano, CO2 ,ossigeno, azoto, ecc.

·        Incremento della potenza d’arco mediante l’ottimizzazione termoelettrica del suo rendimento, ed individuazione dei possibili problemi d’instabilità nell’arco

·        Evidenziazione dei parametri i quali influenzano le condizioni ottimali per avere la lunghezza d’arco massima ed un trasferimento termico dall’arco migliore

·        Studio per l’ottimizzazione dei parametri elettrici (dalla rete AT al circuito secondario del forno DC) i quali controllano direttamente l’arco elettrico nel suo funzionamento ottimale

·        Analisi verifica e predisposizione di eventuali misure sul forno ad arco DC

 

2. Scopo del lavoro.

·        Ricerca dei parametri per il controllo dinamico del complesso: termoelettrico, elettromagnetico e Magnetofluidodinamico del forno;

·        Ricerca bibliografica;

·        Fattibilità;

·        Sviluppo degli algoritmi;

·        Simulazione numerica software; linguaggi software: FORTRAN e C++ con librerie, ambienti di sviluppo ben definiti, ecc.;

·        Modelli semplificati;

·        Modelli complessi;

·        Simulazioni analogiche;

·        Applicazione ad un forno elettrico reale;

·        Misure di parametrizzazione del circuito elettrico e delle grandezze di conduzione ottima del forno e controllo del forno; Backward dei parametri;

·        Regolazione dei punti di lavoro del forno in real-time, con controllo avanzato tramite PC;

·        Bilancio energetico del forno;

·        Ottimizzazione dei parametri e dei costi;

Studio della deflessione dell'arco elettrico

 

·        Disturbi dell’arco elettrico nella cavità del rottame, durante la perforazione e la fusione

o          Analisi e valutazione del layout meccanico ed elettrico del forno ad arco DC

o          Analisi e valutazione delle misure già effettuate sul forno ad arco DC

§              Predisposizione, esecuzione e valutazione, di eventuali misure necessarie sul forno ad arco DC, 

o          Analisi e valutazione delle simulazioni già eseguite (Elementi finiti, circuitali elettriche, rete elettrica analisi transitoria di stabilità, ecc.)

§              Impostazione, analisi e verifica dei risultati di eventuali simulazioni, eseguite per la comprensione della deflessione dell’arco DC durante il funzionamento del forno

 

·        Ottimizzazione dei parametri elettrici (dalla rete AT al circuito secondario del forno DC) i quali controllano direttamente l’arco elettrico nel suo funzionamento

o          Evidenziazione dei parametri i quali influenzano le condizioni ottimali, per avere la lunghezza d’arco massima ed un migliore trasferimento termico dall’arco

o          Analisi e valutazione di misure elettriche già effettuate sul forno ad arco DC

§              Predisposizione, esecuzione e valutazione, di eventuali misure necessarie sul forno ad arco DC, 

o          Analisi e valutazione delle simulazioni già eseguite (Elementi finiti, circuitali elettriche, reti elettriche analisi transitorie di stabilità, ecc.)

§              Impostazione, analisi e verifica dei risultati di eventuali simulazioni, eseguite per la valutazione quantitativa dell’incremento possibile di potenza sull’arco DC durante il funzionamento del forno

 

·        Incremento della potenza d’arco mediante l’ottimizzazione termoelettrica del suo rendimento, ed individuazione dei possibili problemi d’instabilità nell’arco

o          Influenza sull’arco elettrico DC dei materiali interni al forno (scoria, calce, metano, CO2 ,ossigeno, azoto, ecc.)

 

Modifica del percorso dell'arco elettrico in una cavità di fusione.

 

Responsabile del coordinamento per l'Ingegneria: WEMES Consulting

Dr. in Physics Alberto Fragiacomo (Engineering Coordination Manager)

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Update the: 25 settembre 2013