Deneyimli bir operatörün transformatör kademesini ve elektrot konumunu hissetme yoluyla ayarladığı manuel kontrolle çalışan bir EAF, saygın sonuçlar elde edebilir. İyi ayarlanmış bir Seviye 2 otomasyon sistemiyle çalışan bir EAF, güç açma süresini %8-12, elektrot tüketimini %10-15 ve elektrik enerjisi tüketimini ton başına 20-40 kWh azaltabilir. Fark azımsanmayacak kadar büyüktür. Yıllık 500.000 ton kapasiteli ve kWh başına 0,08 dolar ödeyen bir tesis için, ton başına 30 kWh tasarruf yıllık 1,2 milyon dolara denk gelir.
MONTE INTELLIGENCE, proses kontrol sistemlerini EAF tedarik paketlerimize entegre etmektedir. Bu makale, kontrol mimarisini, onu yönlendiren algoritmaları ve pratik uygulama zorluklarını ele almaktadır.
Seviye 1 otomasyonu, gerçek zamanlı kontrolü (elektrot regülasyonu, hidrolik sistem kontrolü, su soğutma akış regülasyonu) sağlar. Bu fonksiyonlar, 10-50 milisaniyelik çevrim sürelerine sahip programlanabilir mantık kontrolörleri (PLC'ler) üzerinde çalışır. Elektrot regülasyon sistemi, Seviye 1'in en kritik fonksiyonudur: hurda hareketinden, cüruf köpürmesinden ve elektrik şebekesindeki voltaj dalgalanmalarından kaynaklanan bozulmalara rağmen kararlı bir ark uzunluğunu korumalıdır.
Empedans tabanlı elektrot regülasyonu standart yaklaşımdır. Regülatör, ark voltajını ve akımını ölçer, empedansı hesaplar (Z = V/I) ve empedans ayar noktasını korumak için elektrot konumunu ayarlar. Ayar noktası ısı boyunca değişir: hurda eritme aşamasında fırın gövdesini ark radyasyonundan korumak için daha yüksek empedans, düz banyo aşamasında ise güç girişini en üst düzeye çıkarmak için daha düşük empedans.
Modern regülatörler adaptif kazanç kontrolü kullanır; PID döngüsünün oransal ve integral kazançları, çalışma koşullarına bağlı olarak otomatik olarak ayarlanır. Ark kararsız olduğunda (hurda çökmeleri, köpüklü cüruf değişimleri), daha hızlı tepki sağlamak için kazançlar artar. Ark kararlı olduğunda, elektrot tüketimini ve hidrolik sistem aşınmasını artıran gereksiz elektrot hareketini önlemek için kazançlar azalır.
Seviye 2 otomasyonu, gerçek zamanlı Seviye 1 kontrolünün üzerinde yer alan ısı seviyesi optimizasyonunu sağlar. Seviye 2 sistemi, tesisin üretim yürütme sisteminden (MES) çelik kalite spesifikasyonunu alır, ısı işleminin her aşaması için optimum ayar noktalarını hesaplar ve bu ayar noktalarını Seviye 1 sistemine indirir. Isı işleminden sonra, Seviye 2 sistemi performansı hedeflere göre analiz eder ve sonuçlara göre bir sonraki ısı işlemi için ayar noktalarını ayarlar.
Seviye 2 sistemindeki ısı profili, EAF döngüsünü farklı fazlara ayırır: sepet yükleme 1, erime 1, sepet yükleme 2, erime 2, arıtma ve boşaltma. Her fazın ark voltajı, ark akımı, oksijen akış hızı, karbon enjeksiyon hızı ve brülör çalışması için hedef ayar noktaları vardır. Seviye 2 sistemi, bu ayar noktalarını gerçek hurda karışımına, istenen boşaltma sıcaklığına ve hedef karbon içeriğine göre ayarlar.
Elektrik ark fırını kontrolünde sinir ağlarının uygulamaları, araştırma makalelerinden üretim sistemlerine geçmiştir. En yaygın uygulama, uç nokta tahminidir; yani kimyasal analiz beklemeden, gerçek zamanlı proses verilerine dayanarak ısıtma işleminin sonundaki banyo sıcaklığını ve karbon içeriğini tahmin etmektir. Geçmiş ısıtma verilerine göre eğitilmiş bir sinir ağı, ısıtma işlemlerinin %85-90'ı için uç nokta sıcaklığını ±15°C ve uç nokta karbon içeriğini ±0,02% hassasiyetle tahmin edebilmektedir.
Uç nokta tahmin ağına giren veriler arasında kümülatif elektrik enerjisi, kümülatif oksijen hacmi, kümülatif enjekte edilen karbon miktarı, baca gazı sıcaklığı ve bileşimi (CO, CO2, H2), soğutma suyu sıcaklık artışı ve geçen süre yer almaktadır. Ağ, bu değişkenler ile uç nokta koşulları arasındaki ilişkileri binlerce geçmiş ısıl işlem verisinden öğrenir. Eğitildikten sonra, operatörün gerçek uç noktayı örnekleme ile doğrulamadan önce düzeltici önlemler almasına (oksijen akışını ayarlama, karbon ekleme, ısıl işlemi uzatma veya kısaltma gibi) olanak tanıyan gerçek zamanlı bir tahmin sağlar.
Tahmine dayalı güç yönetimi, EAF'nin kısıtlı bir elektrik şebekesinde çalıştığı durumlarda önem kazanan bir özelliktir. EAF, büyük ve oldukça değişken bir elektrik yüküdür. Elektrik şirketinden gelen talep ücretleri, elektrik maliyetine MWh başına 5-15 dolar ekleyebilir. Tahmine dayalı güç yönetim sistemi, ısı profilini kullanarak 5-15 dakika öncesinden güç talebini tahmin eder ve yükü sözleşmede belirtilen talep sınırları içinde kalacak şekilde yönetir. Tahmin limiti aşarsa, sistem geçici olarak transformatör kademesini azaltabilir, akımı azaltmak için elektrot konumunu ayarlayabilir veya bir sonraki ısı işleminin başlangıcını geciktirebilir.
Gelişmiş proses kontrolünün uygulanmasında veri altyapısı genellikle darboğaz oluşturmaktadır. Sistem, PLC'lerden (Seviye 1), enerji yönetim sisteminden, baca gazı analiz cihazından, sıcaklık ölçüm sisteminden ve laboratuvar bilgi sisteminden gelen verilere ihtiyaç duyar. Verilerin bir saniye hassasiyetinde zaman senkronizasyonu yapılması gerekmektedir. Birçok tesis, otomasyon yükseltmeleri sırasında mevcut veri altyapılarının bu gereksinimleri karşılayamadığını keşfeder ve ağ ve veritabanı yükseltmeleri proje maliyetinin önemli bir bölümünü oluşturur.
MONTE INTELLIGENCE, entegre EAF kontrol sistemleri sunmak için önde gelen otomasyon tedarikçileriyle ortaklık yapmaktadır. Hizmetlerimiz arasında kontrol sistemi spesifikasyonu, entegrasyon mühendisliği, devreye alma ve operatör eğitimi yer almaktadır.
Fırın konfigürasyonunuza özel proses kontrolü görüşmeleri için helenxu@cnlymonte.com adresinden iletişime geçin.
