Un aparat de căldură cu arc electric (EAF) care funcționează cu control manual — cu un operator calificat care ajustează priza transformatorului și poziția electrodului prin atingere — poate obține rezultate respectabile. Un EAF care funcționează cu un sistem de automatizare de Nivel 2 bine reglat poate reduce timpul de pornire cu 8-12%, consumul de electrozi cu 10-15% și consumul de energie electrică cu 20-40 kWh pe tonă. Diferența nu este marginală. Pentru o centrală de 500.000 de tone pe an care plătește 0,08 USD pe kWh, o economie de 30 kWh/tonă se traduce prin 1,2 milioane de dolari anual.
MONTE INTELLIGENCE integrează sisteme de control al proceselor în pachetele noastre de aprovizionare cu energie electrică (EAF). Acest articol prezintă arhitectura de control, algoritmii care o ghidează și provocările practice de implementare.
Automatizarea de Nivel 1 se ocupă de controlul în timp real — reglarea electrozilor, controlul sistemului hidraulic, reglarea debitului de răcire a apei. Aceste funcții rulează pe controlere logice programabile (PLC) cu timpi de ciclu de 10-50 milisecunde. Sistemul de reglare a electrozilor este cea mai critică funcție de Nivel 1: trebuie să mențină o lungime stabilă a arcului în ciuda perturbațiilor cauzate de mișcarea fierului vechi, spumarea zgurii și fluctuațiile de tensiune din rețeaua electrică.
Reglarea electrodului bazată pe impedanță este abordarea standard. Regulatorul măsoară tensiunea și curentul arcului, calculează impedanța (Z = V/I) și ajustează poziția electrodului pentru a menține valoarea de referință a impedanței. Punctul de referință variază în funcție de căldură: o impedanță mai mare în timpul fazei de topire a fierului vechi pentru a proteja învelișul cuptorului de radiațiile arcului, o impedanță mai mică în timpul fazei băii plate pentru a maximiza puterea de intrare.
Regulatoarele moderne utilizează controlul adaptiv al amplificării — amplificările proporționale și integrale ale buclei PID se ajustează automat în funcție de condițiile de funcționare. Când arcul este instabil (surpări de fier vechi, variații de zgură spumoasă), amplificările cresc pentru a oferi un răspuns mai rapid. Când arcul este stabil, amplificările scad pentru a evita mișcarea inutilă a electrodului, care crește consumul electrodului și uzura sistemului hidraulic.
Automatizarea de Nivel 2 oferă optimizarea nivelului de încălzire care se află deasupra controlului de Nivel 1 în timp real. Sistemul de Nivel 2 primește specificațiile privind gradul de oțel de la sistemul de execuție a producției (MES) al fabricii, calculează punctele de referință optime pentru fiecare fază a încălzirii și descarcă aceste puncte de referință în sistemul de Nivel 1. După încălzire, sistemul de Nivel 2 analizează performanța în raport cu obiectivele și ajustează punctele de referință pentru următoarea încălzire pe baza rezultatelor.
Profilul termic într-un sistem de Nivel 2 împarte ciclul EAF în faze distincte: încărcătură coș 1, topire 1, încărcătură coș 2, topire 2, rafinare și evacuare. Fiecare fază are valori de referință țintă pentru tensiunea arcului, curentul arcului, debitul de oxigen, debitul de injecție a carbonului și funcționarea arzătorului. Sistemul de Nivel 2 ajustează aceste valori de referință pe baza amestecului real de deșeuri, a temperaturii dorite de evacuare și a conținutului țintă de carbon.
Aplicațiile rețelelor neuronale în controlul EAF au trecut de la lucrări de cercetare la sisteme de producție. Cea mai comună aplicație este predicția punctului final - estimarea temperaturii băii și a conținutului de carbon la sfârșitul încălzirii pe baza datelor de proces în timp real, fără a aștepta o analiză chimică. O rețea neuronală antrenată pe date istorice de încălzire poate prezice temperatura punctului final cu o marjă de ±15°C și carbonul punctului final cu o marjă de ±0,02% pentru 85-90% din încălziri.
Datele de intrare în rețeaua de predicție a punctelor finale includ energia electrică cumulativă, volumul cumulativ de oxigen, carbonul cumulativ injectat, temperatura și compoziția gazelor de eșapament (CO, CO2, H2), creșterea temperaturii apei de răcire și timpul scurs. Rețeaua învață relațiile dintre aceste variabile și condițiile punctului final din mii de încălziri istorice. Odată antrenată, aceasta oferă o estimare în timp real care permite operatorului să ia măsuri corective - ajustarea debitului de oxigen, adăugarea de carbon, extinderea sau scurtarea încălzirii - înainte ca eșantionarea să confirme punctul final real.
Managementul predictiv al energiei este o caracteristică care devine importantă atunci când sistemul de alimentare cu energie electrică (EAF) funcționează pe o rețea electrică constrânsă. EAF este o sarcină electrică mare, extrem de variabilă. Taxele de cerere de la utilități pot adăuga 5-15 USD pe MWh la costul energiei electrice. Un sistem predictiv de management al energiei utilizează profilul de încălzire pentru a prognoza cererea de energie cu 5-15 minute înainte și gestionează sarcina pentru a rămâne în limitele de cerere contractate. Dacă prognoza depășește limita, sistemul poate reduce temporar priza transformatorului, poate ajusta poziția electrodului pentru a reduce curentul sau poate întârzia începerea următoarei încălziri.
Infrastructura de date este adesea un blocaj în implementarea controlului avansat al proceselor. Sistemul are nevoie de date de la PLC-uri (Nivelul 1), sistemul de management al energiei, analizorul de gaze de eșapament, sistemul de măsurare a temperaturii și sistemul informatic de laborator. Datele trebuie sincronizate în timp cu o precizie de o secundă. Multe fabrici descoperă în timpul modernizărilor de automatizare că infrastructura lor de date existentă nu poate suporta aceste cerințe, iar modernizările de rețea și de baze de date devin o parte semnificativă a costului proiectului.
MONTE INTELLIGENCE colaborează cu furnizori de top în domeniul automatizării pentru a livra sisteme integrate de control al arderii cu arc electric (EAF). Domeniul nostru de aplicare include specificarea sistemului de control, ingineria de integrare, punerea în funcțiune și instruirea operatorilor.
Pentru discuții despre controlul procesului specifice configurației cuptorului dumneavoastră, contactați helenxu@cnlymonte.com.
