Modelagem, controle e otimização do processo dos fornos de reaquecimento de placas

• Published in: Controle & automação : revista da Sociedade Brasileira de Automática 2007-03, Vol.18 (1), p.67-93
• Main Authors: Teixeira, Bruno Otávio Soares, Jota, Fábio Gonçalves, Teixeira, Marcos Henrique
• Format: Article
• Language: English
• ISSN: 0103-1759; 0103-1759
• DOI: 10.1590/S0103-17592007000100006

Fornos de reaquecimento são comumente utilizados na indústria siderúrgica para aquecimento das placas de aço produzidas pelo processo de lingotamento. Essas placas devem ser reaquecidas, uniformemente, seguindo um perfil apropriado, de forma que elas tenham as propriedades mecânicas e metalúrgicas requeridas para sua laminação. Além disso, é desejável um controle dinâmico de temperatura nos fornos de reaquecimento satisfatório para que se reduza o consumo de combustível, já que tal consumo é responsável pela parcela mais onerosa dos custos de operação do processo de laminação a quente. Este trabalho apresenta melhorias desenvolvidas no controle dinâmico dos Fornos de Reaquecimento de Placas da Linha de Tiras a Quente da Usiminas. Para isso, foi utilizada uma metodologia que consistiu na modelagem experimental, projeto, re-sintonia de controladores PI e PID, e estudo de estratégias de controle avançado (controles antecipatório e chaveado e preditor de Smith) para as principais malhas de vazão e temperatura que compõem o processo. A Matriz de Ganhos Relativos (MGR) foi utilizada para avaliar o melhor emparelhamento das variáveis de controle e o acoplamento das zonas. Com o desenvolvimento deste trabalho, de acordo com os resultados de diversos testes em malha fechada, observaram-se uma melhoria de desempenho nas malhas e um ganho de eficiência nos controles, responsáveis por uma redução mensal de 3,7% no consumo do combustível, o que representa uma economia mensal média aproximada de 182 mil litros de óleo. Reheating furnaces are commonly found in the steel industry for thermal treatment of slabs from continuous casting process. These slabs are uniformly reheated, following a suitable temperature profile so as to they can be sent to the milling stage with the necessary mecanical and metallurgical properties. Besides, it is desirable to have a satisfactory dynamic control of the temperature in order to reduce the fuel consumption, since the reheating process is the most expensive part of the whole hot strip mill plant. In this paper it is presented the improvement developed in dynamic control in reheating furnace of hot strip mill plants of Usiminas. To achieve that, a methodology consisting of the application of a systematic experimental modeling, PI and PID controllers design, simulation, investigation of advanced control strategies (feedforward and switched controls and Smith predictor) and performance assessment has been used on main loops of process. Rel