Egy kézi vezérlésű EAF – egy képzett kezelővel, aki tapintás alapján állítja be a transzformátor leágazását és az elektróda pozícióját – tiszteletre méltó eredményeket érhet el. Egy jól hangolt 2. szintű automatizálási rendszeren működő EAF 8-12%-kal csökkentheti a bekapcsolási időt, 10-15%-kal az elektródafogyasztást, és 20-40 kWh-val az elektromos energiafogyasztást tonnánként. A különbség nem elhanyagolható. Egy 500 000 tonnás évi 0,08 dollárt kWh-nként fizető üzem esetében a 30 kWh/tonna megtakarítás évi 1,2 millió dollárt jelent.
A MONTE INTELLIGENCE folyamatirányító rendszereket integrál az EAF ellátási csomagjaiba. Ez a cikk a szabályozási architektúrát, az azt vezérlő algoritmusokat és a gyakorlati megvalósítás kihívásait tárgyalja.
Az 1. szintű automatizálás valós idejű vezérlést kezel – elektródaszabályozást, hidraulikus rendszer vezérlését, vízhűtés áramlásszabályozását. Ezek a funkciók programozható logikai vezérlőkön (PLC-ken) futnak, 10-50 milliszekundumos ciklusidővel. Az elektródaszabályozó rendszer a legkritikusabb 1. szintű funkció: stabil ívhosszt kell fenntartania a hulladékmozgás, a salakhabzás és az elektromos hálózat feszültségingadozása okozta zavarok ellenére is.
Az impedancia alapú elektródaszabályozás a standard megközelítés. A szabályozó méri az ívfeszültséget és -áramot, kiszámítja az impedanciát (Z = V/I), és az impedancia alapértékének fenntartásához állítja be az elektróda helyzetét. Az alapérték a hő hatására változik: nagyobb impedancia a hulladékolvasztási fázisban a kemence burkolatának védelme érdekében az ívsugárzástól, alacsonyabb impedancia a síkfürdős fázisban a teljesítményfelvétel maximalizálása érdekében.
A modern szabályozók adaptív erősítésszabályozást alkalmaznak – a PID hurok arányos és integrális erősítése automatikusan igazodik az üzemi körülményekhez. Amikor az ív instabil (vasbeomlások, habos salakváltozások), az erősítés növekszik a gyorsabb válaszidő biztosítása érdekében. Amikor az ív stabil, az erősítés csökken, hogy elkerülje az elektróda szükségtelen mozgását, amely növeli az elektródafogyasztást és a hidraulikus rendszer kopását.
A 2. szintű automatizálás biztosítja a hőszint-optimalizálást, amely a valós idejű 1. szintű vezérlés felett helyezkedik el. A 2. szintű rendszer az üzem gyártásvégrehajtási rendszerétől (MES) kapja meg az acélminőség-specifikációt, kiszámítja az optimális alapértékeket a hőkezelés minden egyes fázisához, és letölti ezeket az alapértékeket az 1. szintű rendszerbe. A hőkezelés után a 2. szintű rendszer elemzi a teljesítményt a célokhoz képest, és az eredmények alapján módosítja a következő hőkezelés alapértékeit.
A 2. szintű rendszer hőprofilja az EAF ciklust különálló fázisokra osztja: 1. kosáradagolás, 1. olvasztás, 2. kosáradagolás, 2. olvasztás, finomítás és csapolás. Minden fázishoz tartoznak célértékek az ívfeszültség, az íváram, az oxigénáramlási sebesség, a szénbefecskendezési sebesség és az égő működése tekintetében. A 2. szintű rendszer ezeket az alapértékeket a tényleges hulladékkeverék, a kívánt csapolási hőmérséklet és a célzott széntartalom alapján állítja be.
Az EAF szabályozásában alkalmazott neurális hálózati alkalmazások a kutatási cikkekből a termelési rendszerekbe kerültek át. A leggyakoribb alkalmazás a végpont-előrejelzés – a fürdő hőmérsékletének és a széntartalomnak a becslése a hőkezelés végén valós idejű folyamatadatok alapján, kémiai elemzés megvárása nélkül. A historikus hőadatokon betanított neurális hálózat a hőkezelések 85-90%-ában ±15°C-on belül képes megjósolni a végpont hőmérsékletét, a végpont széntartalmát pedig ±0,02%-on belül.
A végpont-előrejelző hálózat bemenetei közé tartozik a kumulatív elektromos energia, a kumulatív oxigénmennyiség, a befecskendezett szén mennyisége, a füstgáz hőmérséklete és összetétele (CO, CO2, H2), a hűtővíz hőmérséklet-emelkedése és az eltelt idő. A hálózat több ezer korábbi hőmennyiségből tanulja meg ezen változók és a végponti feltételek közötti összefüggéseket. Betanítás után valós idejű becslést ad, amely lehetővé teszi a kezelő számára korrekciós intézkedések megtételét – az oxigénáramlás beállítását, a szén hozzáadását, a hőmennyiség meghosszabbítását vagy lerövidítését –, mielőtt a mintavétel megerősítené a tényleges végpontot.
Az előrejelző energiagazdálkodás egy olyan funkció, amely akkor válik fontossá, amikor az EAF korlátozott villamosenergia-hálózaton működik. Az EAF egy nagy, rendkívül változó elektromos terhelés. A szolgáltatótól felszámított igénydíjak MWh-nként 5-15 dollárral növelhetik az áramköltséget. Az előrejelző energiagazdálkodási rendszer a hőprofilt használja az energiaigény 5-15 percre előre történő előrejelzésére, és úgy kezeli a terhelést, hogy a szerződéses igénykorlátokon belül maradjon. Ha az előrejelzés meghaladja a korlátot, a rendszer ideiglenesen csökkentheti a transzformátor megcsapolását, módosíthatja az elektróda helyzetét az áram csökkentése érdekében, vagy késleltetheti a következő fűtés kezdetét.
Az adatinfrastruktúra gyakran a szűk keresztmetszet a fejlett folyamatirányítás megvalósításában. A rendszernek adatokra van szüksége a PLC-ktől (1. szint), az energiagazdálkodási rendszertől, a füstgázelemzőtől, a hőmérsékletmérő rendszertől és a laboratóriumi információs rendszertől. Az adatokat egy másodperces pontossággal kell időszinkronizálni. Sok üzem az automatizálási frissítések során rájön, hogy a meglévő adatinfrastruktúrájuk nem tudja támogatni ezeket a követelményeket, és a hálózati és adatbázis-frissítések a projekt költségeinek jelentős részét teszik ki.
A MONTE INTELLIGENCE vezető automatizálási beszállítókkal működik együtt integrált EAF vezérlőrendszerek szállítása érdekében. Tevékenységi körünk magában foglalja a vezérlőrendszer specifikációját, az integrációs mérnöki munkát, az üzembe helyezést és a kezelők képzését.
A kemence konfigurációjára vonatkozó folyamatszabályozási megbeszélésekkel kapcsolatban forduljon a helenxu@cnlymonte.com címhez.
