1. DESCRIÇÃO DA APARELHAGEM ELÉTRICA NECESSÁRIA
O forno elétrico em geral, e a arco ou a arco-resistência em particular, é ligado à linha de alimentação geralmente na maneira indicada no esquema da fig. 4.1.1. Se a tensão da linha é de 50 kV ou menor, é possível inserir diretamente o transformador do forno.
Na cabina do forno (fig. 4.1.2), acham-se os divisores (de tipo normal), os interruptores e os transformadores (ou o transformador) do forno.
1.1. Interruptores dos Fornos.
Deixando para ocasião mais oportuna o tratamento especial do problema dos interruptores, salienta-se que, no caso dos fornos a arco ou a arco-resistência, os interruptores devem trabalhar em condições especialmente incomodas, uma vez que o circuito é indutivo (principalmente durante o curto--circuito, um tanto frequente); por esse motivo, a tensão não é nula em relação ao zero de corrente, sendo por isso fácil o reativamento do arco.
Linha de alimentação
de 220 a 30 kv
Subestação de transformação
Linha em cavidades ou
em barras de 10 a 6 kv
Cabina de transformação do forno
Barras ônibus do forno
de 60 a 250 volts
4.1.1 - Esquema unifilar de alimentação de um forno a arco
Fig. 4.1.2 -Esquema elétrico da cabina de urn forno a arco
1 - Seccionador
2 - Medidas de voltagem
3 - Amperímetro
4 - Voltímetro
5 - Quilowatimetro
6 - Cosifimetro
7 - Medidas de corrente
8 - lnterruptor
9 - Bobina de reatância
10 - lnterruptor para cc de reatância
11 - Transformador do forno
12 - Variador de tensão sob carga
13 - Medidas de corrente
14 - Cabos flexíveis
15 - Amperímetros
16 - Voltímetros
17 - Forno a arco
Os interruptores devem ter:
— alta capacidade de ruptura (a capacidade de ruptura é a corrente máxima que um interruptor pode interromper sem que o arco se reative),
— grande rapidez de funcionamento,
- eliminação dos perigos de incêndio.
Os interruptores são classificados em função da maneira utilizada para desionizar o arco:
— interruptores em óleo, com grande volume de óleo (quase abandonados devido ao perigo de incêndio), nos quais a desionização é provocada pelo resfriamento causado pela massa de óleo; com pequeno volume do óleo, nos quais a desionização é provocada por um jato de óleo gerado pela mesma explosão do arco;
— interruptores magnéticos, nos quais um campo magnético (sopro magnético) gerado pela mesma corrente que se vai interromper provoca um prolongamento do percurso do arco e um fracionamento do mesmo em numerosos arcos em série, de fácil interrupção;
— interruptores a ar comprimido, nos quais um sopro de ar comprimido determina o resfriamento e, portanto, a desionização do arco: atualmente são os mais adotados, em especial, nas instalações de fornos a arco e a arco-resistência.
1.2 Transformadores dos Fornos.
Os transformadores dos fornos elétricos são caracterizados por:
— forte corrente secundária com frequentes possibilidades de funcionamento em curto-circuito,
— fortes solicitações eletrodinâmicas devido às correntes acima expostas,
— necessidade de regulagem da tensão secundária, entre limites um tanto amplos e, geralmente, sob carga.
Em vista dos valores das correntes secundárias e da alta relação de redução das tensões necessárias (o secundário funciona normalmente de 50 V até algumas centenas de volts), o secundário é quase sempre constituído de uma ligação em paralelo de muitas espiras isoladas ou, no máximo, de pares de espiras.
A disposição dos enrolamentos é, na maioria das vezes, com bobinas alternadas, uma vez que essa disposição mantém melhor as solicitações dinâmicas. O núcleo é, em geral, do tipo blindado, pelo mesmo motivo.
Para limitar os efeitos dos curtos-circuitos recorre-se normalmente a um aumento da reatância própria do transformador, aumentando os fluxos dispersos; isso equivale a dizer que a tensão de curto-circuito do transformador do forno (ou seja, a tensão a ser aplicada ao primário, a fim de que circule corrente normal no secundário em curto--circuito) é mais elevada do que a normal (de 10 a 12%); isso ao menos para as potências pequenas e médias dos fomos a arco direto, enquanto para as grandes potências de tal tipo de fornos e para os fornos a arco-resistência (para os quais existe, inevitavelmente, uma reatância um tanto elevada da espira/forno) torna-se possível baixar o valor da reatância própria do transformador do forno.
Lembrando que a tensão de curto-circuito é aquela provocada pela impedância do transformador à passagem da corrente normal
sendo R1 e R12 consideradas baixas para evitar grandes perdas no cobre, falta apenas aumentar X1 e X12 , isto é, os fluxos dispersos.
Regulagem da tensão. A potência do forno é regulada através da regulagem da tensão de alimentação e da intensidade da corrente nos elétrodos do forno.
A regulagem de tensão é efetuada por meio de comutação sob carga, realizada, na maioria das vezes, com tomadas complementares sobre o primário do transformador.
Os esquemas mais comuns são aqueles mostrados na figura 4.1.3.
Nestes transformadores é dada atenção especial aos interruptores de comutação sob carga, comandados geralmente por um pequeno motor elétrico.
A comutação (passagem de uma tomada, que compreende um certo número de espiras, a uma outra, com um número diferente de espiras)
não pode ser feita com um comutador simples, porque se formaria um arco na passagem, nem com um comutador duplo (deixando, assim, um contato sobre uma tomada e passando um outro contato sobre uma tomada sucessiva) uma vez que, em tal caso, as espiras incluídas entre os dois comutadores entrariam em curto-circuito.
Portanto, de modo normal, as passagens são efetuadas com um comutador duplo dotado, porém, de uma resistência ou de uma reatância de passagem (ver fig. 4.1.4); no caso das potências maiores, procede-se de maneira que a comutação (que inclui sempre arcos pequenos, com produção de produtos carbônicos que poluem o óleo) se efetue em uma caixa externa do transformador (último esquema da figura anterior).
2. DESCRIÇÃO E UTILIZAÇÃO DOS FORNOS A ARCO E A ARCO-RESISTÊNCIA
2.1 Fornos a Arco.
Os fornos a arco direto são destinados, em geral, à fusão de resíduos de ferro e aço para a produção de lingotes a ser laminados, ou para a produção de jactos de aço normal, ou para a produção (em lingotes ou em jactos) de aço normal, ou para a fusão de resíduos ou gusa para a produção de jactos, ou para o superaquecimento ou purificação de aço líquido proveniente de um conversor ou de outro forno de fusão para a produção de aços especiais (funcionamento em duplex), para o superaquecimento ou purificação de gusa líquido proveniente do cubilô para produzir gusa especial (funcionamento em duplex com o cubilô), para o superaquecimento e a manutenção de aço ou gusa líquido, provenientes de outros for-nos, para uniformizar a composição e servir à fundição conforme as necessidades (misturador ou forno de espera).
O forno a arco representa o único equipamento de fusão universal, no qual, com completa independência dos materiais de carga, pode ser fabricada toda a gama moderna de aços, desde os comuns até aos especiais do mais alto preço.
Os fornos a arco direto são de vários tipos, principalmente no que diz respeito à carga.
De modo geral (ver fig. 4.2.1) são trifásicos com crisol cilíndrico e fundo abaulado, com coberta de tijolos de sílica, colocados ao seu redor, apoiados sobre um suporte de ferro e resfriados com circulação de água.
Os elétrodos são, geralmente, de grafita (enquanto que para os fornos a arco-resistência são de carvão amorfo, que custa menos da metade do que a grafita, ou do tipo de autocozimento, que custa a metade do tipo de carvão amorfo) e são sustentados por tijolos de cobre condutores, carregados por braços móveis por meio de servo motores hidráulicos, comandados por reguladores (de corrente ou de impedância constante).
Os vários tipos de fornos a arco variam segundo o sistema de carre-gamento:
-- de porta lateral, móvel a guilhotina, para os fornos de capacidade limitada,
— de portal, com coberta e porta-elétrodos deslocáveis horizontalmente por meio de um portal móvel sobre trilhos, para deixar livre o crisol para a carga,
-- com coberta levantável e crisol móvel na horizontal,
— com coberta e porta-elétrodos que podem erguer-se e girar em torno de um eixo vertical: este é o sistema mais moderno e quase universalmente adotado.
Os fornos a arco direto são normalmente oscilantes de modo a des-carregar, por meio de uma porta de escoamento posterior, a escória e por meio de uma passagem de escoamento anterior (mais baixa) o produto fundido. Os fornos a arco direto são construídos para pequena capacidade (1 t ou menos) até um máximo (atual) de 300 t.
2.2 Fornos a Arco-Resistência.
Tais fornos são também chamados a arco submerso, uma vez que o arco fica sob a carga de matérias-primas. Por outro lado, os fornos elétricos a arco-resistência são também chamados de redução, uma vez que são sempre destinados a uma reação química de redução:
Nota: Continua em outra postagem.
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