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Mar 25, 2023

Gestión segura de quemadores para el principal productor de acero del mundo

Las últimas tecnologías de producción son el foco del gigante siderúrgico

Las últimas tecnologías de producción son el foco del gigante siderúrgico ArcelorMittal, el principal fabricante de acero del mundo.

Objetivo: hacer sus propios procesos de producción más seguros y eficientes. Es por eso que se optimizó el control de los quemadores de los hornos en su tren de laminación en frío de tubería descendente en la ciudad belga de Gante.

El enfoque: automatización eficiente y segura, incluido un diagnóstico más eficiente. Al convertir la planta, ArcelorMittal optó por el paquete completo de servicios del experto en automatización Pilz: se utiliza su sistema de automatización PSS 4000, pero eso no es todo: Pilz también asumió la responsabilidad de implementar la conversión.

El laminador en frío de ArcelorMittal en Gante se utiliza para refinar bobinas de acero (rollos de acero en tiras) de acuerdo con los requisitos de los clientes.

El proceso de producción de bajantes en el laminador en frío se divide en cinco pasos en total: decapado, laminado en frío, recocido, templado y luego acabado.

Antes del decapado hay un proceso de laminación en caliente, durante el cual se forma una capa de óxido sobre las placas de acero. A continuación, debe eliminarse en el tren de laminación en frío durante el decapado antes de que las placas de acero puedan seguir procesándose.

En el siguiente paso, el laminado en frío, la placa decapada y laminada en caliente se enfría y luego se reduce a su espesor requerido mediante fuerzas de presión y tensión.

Para permitir que la tira de acero se forme en frío, primero debe someterse a un tratamiento térmico. Este proceso se lleva a cabo en dos áreas de recocido en campana, es decir, en hornos de recocido para bobinas de acero, donde la banda de acero permanece durante un tiempo en un horno cerrado, y en una planta continua de recocido y afino, por la que la bobina de acero pasa con relativa rapidez, en contraste con la cámara de recocido cerrada.

Luego, las bobinas de acero que salen del área de recocido de la campana se templan (tratamiento térmico especial para acero), mejorando las propiedades mecánicas de la superficie de la placa de acero. En el paso final, los rollos de tiras de acero se empaquetan y luego están listos para enviarse al cliente.

Yves De Sloover es ingeniero en la planta de laminación en frío de ArcelorMittal.

"Nuestro departamento es responsable de mantener los procesos en esta área. En la planta de recocido continuo, también nos ocupamos del controlador PLC y la configuración del quemador. Nuestro objetivo es mantener la producción en funcionamiento continuo. Eso incluye la optimización constante del horno", dijo. dicho.

Un desafío fue el apagado frecuente de los quemadores de arranque, que encienden los quemadores principales. Así que esta etapa del proceso fue un área de enfoque con respecto a la optimización.

De Sloover explica: "Al comienzo del proceso, el horno se calienta a 1200°C con una llama abierta. En total, hay 50 quemadores principales, que son alimentados por 30 quemadores de arranque. Cuando la temperatura del horno cae por debajo de 760 C después de una parada, estos quemadores principales siempre se usan para reiniciar el horno".

Eso también está prescrito en la norma. Es obligatorio según DIN EN 746, añade el ingeniero.

En el pasado, los quemadores de arranque se controlaban a través de un módulo, mientras que el control de la llama se realizaba a través de células UV en el momento del encendido. Si una celda UV estuviera defectuosa, toda la planta se detendría y sería necesario reiniciarla.

Cada reinicio tomaría al menos 40 minutos porque los gases no quemados que contenían nitrógeno tenían que ser expulsados ​​primero. La celda UV defectuosa también tuvo que ser reemplazada cada vez. Ese fue un verdadero juego de escondite porque nunca sabías qué lámpara UV había fallado. Como resultado, los tiempos de inactividad fueron considerables.

La solución de problemas también fue ineficiente: aunque el módulo de control del quemador enviaba información sobre el suministro de gas y aire y los detectores de UV al PLC, las oportunidades de análisis eran limitadas y requerían mucho tiempo.

"Y no pudimos hacer ningún cambio en el controlador porque solo actuaba como una caja negra, por lo que solo era responsable de registrar los datos de las señales del PLC", explica De Sloover.

Por lo tanto, los tiempos de inactividad tuvieron que reducirse drásticamente.

"Primero cambiamos a ionización en lugar de detectores UV. El segundo paso fue reemplazar el módulo de control del quemador 'antiguo'", dijo Ives De Sloover. El 'reemplazo' fue el sistema de automatización de Pilz para automatización y seguridad, el PSS 4000.

El fabricante de acero belga ya tenía recuerdos positivos del proveedor alemán de soluciones de automatización de una colaboración anterior: "Ya habíamos instalado una solución de seguridad de Pilz en otra planta y estábamos completamente satisfechos con la calidad de los componentes, el servicio y la asistencia. ya estaban familiarizados con el sistema de automatización y, gracias a su escalabilidad, representa una solución con visión de futuro", dice el ingeniero, reflexionando.

Pilz dirigió todo el proceso de transformación del tren de laminación en frío. El alto horno está dividido en cinco zonas, cada una con diez quemadores. La zona tres fue la primera en ser convertida.

El primer paso fue documentar las especificaciones del módulo que se había utilizado previamente. Luego, Pilz transfirió estas especificaciones de diseño al controlador PLC PSSuniversal del sistema de automatización.

El objetivo era un tiempo de misión más largo y rápido, por lo tanto, opciones de diagnóstico adecuadas. Por lo tanto, se instaló una visualización eficiente para mostrar el estado del quemador junto con el PSSuniversal PLC en un nuevo gabinete de control designado.

Como los quemadores pasan por varios pasos y secuencias de acuerdo con el estándar y deben cumplir ciertas condiciones al hacerlo, la visualización fue diseñada para garantizar la capacidad de los operadores para leer este estado en la pantalla de un vistazo.

"Además, la llama se muestra gráficamente en los diez quemadores y los datos del sensor del controlador del quemador se muestran en la pantalla, por lo que ahora es posible reaccionar mucho más rápido cuando un valor es demasiado bajo en cualquier punto", dice un encantado De Sloover.

Finalmente, en las zonas cuatro y cinco se instaló un armario de control adicional con dos PLC PSSuniversal para ambas zonas. Su estado también se puede leer en la pantalla de la zona tres.

El software PAS4000 del sistema de automatización PSS 4000 se puede utilizar para configurar bloques de funciones, que se centran en escenarios de aplicación específicos; en este caso, la aplicación del quemador.

Con el paquete de software de gestión de quemadores es posible implementar programas para controlar varios tipos de quemadores de forma sencilla y flexible y realizar funciones de seguridad como contactos de puerta de seguridad, paradas de emergencia y cortinas de luz. El uso de bloques de funciones certificados listos para usar para la gestión de quemadores no solo simplifica la instalación sino también la validación.

Además, muchos otros bloques de funciones están disponibles en el software para el sistema de automatización. Ives De Sloover describe los beneficios del sistema y su paquete de software en pocas palabras: "Una gran ventaja del sistema de automatización es que permite implementar aplicaciones para satisfacer las necesidades específicas de los clientes".

Desde que se convirtió el horno, ha funcionado prácticamente sin parar. Para los ingenieros de ArcelorMittal esto significa: "una buena noche de sueño". Eso es porque, "Más de una vez estuvimos aquí durante la noche, buscando un sensor UV defectuoso. Eso es todo en el pasado", dice aliviado De Sloover.

"Hoy, la planta funciona sin interrupciones importantes. Si hay un mal funcionamiento, sabemos de inmediato dónde encontrar la falla".

El sistema de automatización PSS 4000 representa una interacción óptima entre componentes de hardware y software, dispositivos de red y Ethernet en tiempo real.