Optimal control of heating in a reheating furnace

Control óptimo del calentamiento en un horno de recalentamiento

En este trabajo se propone un nuevo método para resolver un problema de control óptimo utilizando el modelo complejo de un horno de recalentamiento que se empleó para obtener valores de referencia de las temperaturas óptimas de zona. La validación previa al uso de un modelo complejo de simulación en el procedimiento de control óptimo mostró que el modelo funcionaba bien para la predicción del comportamiento térmico. El objetivo del control óptimo de la temperatura del horno es la minimización del consumo de combustible y la desviación mínima entre los perfiles de temperatura deseados y finales del bloque de acero. Se describen el procedimiento de optimización y algunos resultados.

INTRODUCCIÓN

Los hornos de recalentamiento se utilizan muy a menudo en la industria siderúrgica para calentar diversos tipos de cargas metálicas, como desbastes o palanquillas, hasta alcanzar la temperatura necesaria para su posterior tratamiento en el tren de laminación. Allí, es necesario mantener la distribución de la temperatura lo más uniforme posible para garantizar una buena calidad del producto. El consumo medio de combustible del proceso convencional de calentamiento del metal es de 1,6 GJ/t [1, 2] o el 18 % de los costes energéticos específicos totales del acero laminado. Si no se alcanza la temperatura de calentamiento final requerida, los costes energéticos específicos del tren de laminación aumentarán y la calidad del acero laminado disminuirá. Los modelos numéricos pueden ofrecer una visión detallada de los fenómenos de transporte en los hornos y pueden ser una herramienta útil para optimizar el proceso de calentamiento, el transporte de las cargas del horno y otros procesos [3, 4]. En el pasado, muchos trabajos [4] abordaron la optimización del aire para la combustión y, posteriormente, de las atmósferas de combustión enriquecidas con oxígeno [5] en hornos de recalentamiento. Prieler et al. [6] señalaron que el uso de oxígeno en un comburente permitía ahorrar un 8 % de combustible y, al mismo tiempo, aumentaba la eficiencia del proceso en un 3,8 %. En este trabajo, el objetivo de la optimización será minimizar los costes energéticos y, simultáneamente, garantizar la buena calidad de los tochos de calentamiento al final del tiempo de calentamiento.

HORNO DE RECALENTAMIENTO Y DISPOSICIÓN EN ZONAS

El horno investigado en este trabajo es un horno de solera giratoria. Este horno industrial sirve para calentar una carga de acero en forma de tochos y diversos semiproductos antes de la laminación. La planta del horno tiene la forma de un anillo delimitado por las paredes verticales del revestimiento en el que se colocan los quemadores desde el interior y el exterior.