Lò điện hồ quang (EAF) vận hành bằng tay — với người vận hành lành nghề điều chỉnh nấc biến áp và vị trí điện cực bằng cảm nhận — có thể đạt được kết quả khá tốt. Một lò EAF vận hành trên hệ thống tự động hóa cấp 2 được tinh chỉnh tốt có thể giảm thời gian vận hành từ 8-12%, tiêu hao điện cực từ 10-15%, và tiêu thụ điện năng từ 20-40 kWh/tấn. Sự khác biệt không hề nhỏ. Đối với một nhà máy có công suất 500.000 tấn/năm, với giá điện 0,08 đô la/kWh, việc tiết kiệm 30 kWh/tấn tương đương với 1,2 triệu đô la mỗi năm.
MONTE INTELLIGENCE tích hợp các hệ thống điều khiển quy trình vào các gói cung cấp lò điện hồ quang (EAF) của chúng tôi. Bài viết này đề cập đến kiến trúc điều khiển, các thuật toán điều khiển nó và những thách thức thực tiễn trong quá trình triển khai.
Hệ thống tự động hóa cấp 1 xử lý điều khiển thời gian thực — điều chỉnh điện cực, điều khiển hệ thống thủy lực, điều chỉnh lưu lượng nước làm mát. Các chức năng này được vận hành trên bộ điều khiển logic lập trình (PLC) với chu kỳ thời gian từ 10-50 mili giây. Hệ thống điều chỉnh điện cực là chức năng quan trọng nhất ở cấp 1: nó phải duy trì chiều dài hồ quang ổn định bất chấp các nhiễu loạn do chuyển động của phế liệu, sự sủi bọt của xỉ và sự dao động điện áp trên lưới điện.
Điều chỉnh điện cực dựa trên trở kháng là phương pháp tiêu chuẩn. Bộ điều chỉnh đo điện áp và dòng điện hồ quang, tính toán trở kháng (Z = V/I), và điều chỉnh vị trí điện cực để duy trì điểm đặt trở kháng. Điểm đặt này thay đổi trong suốt quá trình nấu: trở kháng cao hơn trong giai đoạn nấu chảy phế liệu để bảo vệ vỏ lò khỏi bức xạ hồ quang, trở kháng thấp hơn trong giai đoạn bể phẳng để tối đa hóa công suất đầu vào.
Các bộ điều chỉnh hiện đại sử dụng điều khiển khuếch đại thích ứng — các hệ số khuếch đại tỷ lệ và tích phân của vòng lặp PID tự động điều chỉnh dựa trên điều kiện hoạt động. Khi hồ quang không ổn định (sự sụp đổ của phế liệu, biến đổi xỉ sủi bọt), các hệ số khuếch đại tăng lên để cung cấp phản hồi nhanh hơn. Khi hồ quang ổn định, các hệ số khuếch đại giảm xuống để tránh chuyển động điện cực không cần thiết, làm tăng tiêu hao điện cực và mài mòn hệ thống thủy lực.
Hệ thống tự động hóa cấp 2 cung cấp khả năng tối ưu hóa mức nhiệt, nằm trên hệ thống điều khiển thời gian thực cấp 1. Hệ thống cấp 2 nhận thông số kỹ thuật mác thép từ hệ thống quản lý sản xuất (MES) của nhà máy, tính toán các điểm đặt tối ưu cho từng giai đoạn của quá trình nung nóng và tải các điểm đặt đó xuống hệ thống cấp 1. Sau khi quá trình nung nóng kết thúc, hệ thống cấp 2 phân tích hiệu suất so với mục tiêu và điều chỉnh các điểm đặt cho quá trình nung nóng tiếp theo dựa trên kết quả.
Hồ sơ nhiệt trong hệ thống cấp 2 chia chu trình lò điện hồ quang (EAF) thành các giai đoạn riêng biệt: nạp liệu mẻ 1, nấu chảy mẻ 1, nạp liệu mẻ 2, nấu chảy mẻ 2, tinh luyện và rót. Mỗi giai đoạn có các điểm đặt mục tiêu cho điện áp hồ quang, dòng điện hồ quang, tốc độ dòng oxy, tốc độ phun carbon và hoạt động của đầu đốt. Hệ thống cấp 2 điều chỉnh các điểm đặt này dựa trên hỗn hợp phế liệu thực tế, nhiệt độ rót mong muốn và hàm lượng carbon mục tiêu.
Ứng dụng mạng nơ-ron trong điều khiển lò điện hồ quang (EAF) đã chuyển từ các bài báo nghiên cứu sang các hệ thống sản xuất. Ứng dụng phổ biến nhất là dự đoán điểm cuối – ước tính nhiệt độ và hàm lượng cacbon của bể luyện ở cuối mẻ nấu dựa trên dữ liệu quy trình thời gian thực, mà không cần chờ phân tích hóa học. Một mạng nơ-ron được huấn luyện trên dữ liệu mẻ nấu trong quá khứ có thể dự đoán nhiệt độ điểm cuối trong phạm vi ±15°C và hàm lượng cacbon điểm cuối trong phạm vi ±0,02% đối với 85-90% số mẻ nấu.
Các thông số đầu vào cho mạng dự đoán điểm kết thúc bao gồm năng lượng điện tích lũy, thể tích oxy tích lũy, lượng carbon được bơm vào tích lũy, nhiệt độ và thành phần khí thải (CO, CO2, H2), độ tăng nhiệt độ nước làm mát và thời gian trôi qua. Mạng này học mối quan hệ giữa các biến số này và điều kiện điểm kết thúc từ hàng nghìn mẻ đốt trong quá khứ. Sau khi được huấn luyện, nó cung cấp ước tính theo thời gian thực cho phép người vận hành thực hiện các hành động khắc phục — điều chỉnh lưu lượng oxy, thêm carbon, kéo dài hoặc rút ngắn mẻ đốt — trước khi lấy mẫu xác nhận điểm kết thúc thực tế.
Quản lý công suất dự đoán là một tính năng trở nên quan trọng khi lò điện hồ quang (EAF) hoạt động trên lưới điện có hạn chế. EAF là một tải điện lớn, có tính biến động cao. Phí phụ thu từ công ty điện lực có thể làm tăng thêm 5-15 đô la/MWh vào chi phí điện năng. Hệ thống quản lý công suất dự đoán sử dụng hồ sơ nhiệt để dự báo nhu cầu điện năng trong vòng 5-15 phút tới và quản lý tải để duy trì trong giới hạn nhu cầu đã thỏa thuận. Nếu dự báo vượt quá giới hạn, hệ thống có thể tạm thời giảm nấc biến áp, điều chỉnh vị trí điện cực để giảm dòng điện hoặc trì hoãn việc bắt đầu mẻ nung tiếp theo.
Cơ sở hạ tầng dữ liệu thường là nút thắt cổ chai trong việc triển khai hệ thống điều khiển quy trình tiên tiến. Hệ thống cần dữ liệu từ các PLC (Cấp 1), hệ thống quản lý năng lượng, máy phân tích khí thải, hệ thống đo nhiệt độ và hệ thống thông tin phòng thí nghiệm. Dữ liệu phải được đồng bộ hóa thời gian với độ chính xác trong vòng một giây. Nhiều nhà máy phát hiện ra trong quá trình nâng cấp tự động hóa rằng cơ sở hạ tầng dữ liệu hiện có của họ không thể đáp ứng các yêu cầu này, và việc nâng cấp mạng lưới và cơ sở dữ liệu trở thành một phần đáng kể trong chi phí dự án.
MONTE INTELLIGENCE hợp tác với các nhà cung cấp tự động hóa hàng đầu để cung cấp các hệ thống điều khiển lò điện hồ quang (EAF) tích hợp. Phạm vi công việc của chúng tôi bao gồm lập đặc tả hệ thống điều khiển, thiết kế tích hợp, vận hành thử và đào tạo người vận hành.
Để được tư vấn về kiểm soát quy trình cụ thể cho cấu hình lò nung của bạn, vui lòng liên hệ helenxu@cnlymonte.com.
