ES2606237T3 - Procedimiento y sistema de control para controlar un proceso de fusión - Google Patents

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ES2606237T3 ES11740593.6T ES11740593T ES2606237T3 ES 2606237 T3 ES2606237 T3 ES 2606237T3 ES 11740593 T ES11740593 T ES 11740593T ES 2606237 T3 ES2606237 T3 ES 2606237T3
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Abstract

Un procedimiento para controlar un proceso de fusión en un horno de arco eléctrico para fundir un material metálico, donde el procedimiento comprende: i) recibir mediciones de al menos una variable de proceso que refleja el proceso de fusión, ii) determinar el estado actual del proceso de fusión en función de un modelo del proceso de fusión, un estado anterior del proceso de fusión, una entrada de control anterior y las mediciones de la al menos una variable de proceso, iii) determinar una entrada de proceso actual que minimice una propiedad de proceso deseada, donde la determinación comprende minimizar la propiedad de proceso deseada con respecto a todos los valores permitidos de las entradas de proceso y utilizar restricciones relacionadas con el estado actual del proceso de fusión y un estado final deseado del proceso de fusión, iv) controlar el proceso de fusión utilizando la entrada de proceso actual para controlar un agitador electromagnético, y v) repetir las etapas i) a iv) hasta obtener el estado final deseado del proceso de fusión.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento y sistema de control para controlar un proceso de fusion Campo tecnico
La presente invencion se refiere a un procedimiento y un sistema de control para controlar un proceso de fusion en un horno de arco electrico (EAF) que comprende uno o mas electrodos para fundir metales o aleaciones metalicas y un agitador electromagnetico (EMS) para agitar el material fundido.
Antecedentes
La fabricacion de acero mediante hornos de arco electrico (EAF) es un proceso industrial que necesita mucha energfa. Consume una gran cantidad de energfa electrica y qmmica. Un EAF moderno produce mas de 300 toneladas de colada de acero, y puesto que la produccion de acero en un EAF requiere una gran cantidad de energfa electrica y qmmica, el coste energetico anual de un horno de este tipo es muy alto. Este es el motivo por el cual el desarrollo mas reciente de tecnologfas EAF se ha centrado principalmente en reducir el consumo de energfa (electricidad y oxfgeno) y, por lo tanto, en aumentar la productividad. Ademas, desde un punto de vista medioambiental, es deseable reducir las emisiones de dioxido de carbono y otras emisiones del EAF.
Un horno de arco electrico tfpico comprende tres electrodos, un sistema de suministro de energfa conectado de manera operativa a los electrodos, y una camara, normalmente refrigerada con agua cuando tiene un gran tamano y cubierta por un techo retractil a traves del cual uno o mas electrodos de grafito entran en el horno. Ademas, un horno de arco electrico comprende normalmente una estacion de agua de refrigeracion y al menos una unidad de control conectada de manera operativa al sistema de suministro de energfa para controlar el funcionamiento de los electrodos. Los electrodos forman un arco entre el material metalico (por ejemplo, chatarra), que se ha cargado en el EAF, y los electrodos. Por lo tanto, se crea una masa fundida metalica (una carga) que se calienta tanto por la corriente que pasa a traves de la masa fundida como por la energfa radiante creada por el arco. Un sistema de regulacion de electrodos mantiene la corriente y la energfa introducida aproximadamente constantes durante la fusion de la carga.
Los hornos de arco presentan normalmente un patron de puntos calientes y fnos alrededor del penmetro del crisol, donde los puntos fnos estan ubicados entre los electrodos. Los hornos modernos incluyen quemadores de gas en las paredes laterales y los usan para proporcionar energfa qmmica a los puntos fnos, lo que hace que el calentamiento de la masa fundida sea mas uniforme. Tambien se proporciona energfa qmmica adicional a traves de medios, por ejemplo lanzas, que inyectan oxfgeno y carbono en el horno.
Un sistema EMS tfpico comprende al menos un agitador electromagnetico que comprende una bobina agitadora, un sistema de suministro de energfa, que comprende un convertidor de frecuencia y un transformador, conectado de manera operativa al agitador, una estacion de agua de refrigeracion y al menos una unidad de control conectada de manera operativa al sistema de suministro de potencia para controlar el funcionamiento del agitador. La bobina agitadora esta montada normalmente fuera de una carcasa de acero del horno. Esta bobina genera un campo magnetico movil que proporciona fuerzas de agitacion en la fusion del metal fundido. El agitador funciona usando un campo magnetico movil de baja frecuencia que penetra en la carcasa de acero del horno y que, de este modo, mueve la masa fundida.
El documento US 2004/244530 A1 da a conocer un procedimiento para controlar las caractensticas de la escoria en un control de horno de arco electrico. El horno tiene entradas que incluyen un suministro de oxfgeno y un suministro de carbono. El procedimiento de controlar las caractensticas de la escoria incluye introducir en el horno una carga que va a fundirse, fundir al menos una parte de la carga para producir una masa fundida e introducir oxfgeno y carbono en la masa fundida para mejorar la formacion de una escoria que presenta condiciones de escoria que incluyen una altura de escoria y una cobertura de escoria. Para controlar mejor las caractensticas de la escoria, la escoria se modela y las entradas se controlan para maximizar la energfa transferida desde el electrodo a la escoria.
El documento US 2007/133651 A1 da a conocer un procedimiento para controlar la espumacion de la escoria en un horno de arco electrico. El horno comprende al menos una columna de electrodos. Se aplica corriente a la columna de electrodos, lo que hace que se forme un arco entre la punta de la columna de electrodos y la chatarra, provocando que la chatarra se funda. Las impurezas de la chatarra fundida suben a la superficie, formando la escoria. Un medidor determina la distorsion armonica total asociada al sistema. Si la distorsion armonica total es mayor que un valor predeterminado y la chatarra esta suficientemente fundida, entonces se anade a la misma un agente espumante.
La publicacion "Tenova's intelligent arc furnace iEAF - concept and technical overview de Clerci et al., publicada por Steel Times International, DMG World Media, Lewes, GB, vol. 32, n.° 4, 1 de mayo de 2008, paginas 19 a 23, da a conocer un sistema de automatizacion basado en mediciones de proceso continuas en tiempo real y en modelos de proceso en lmea, desarrollado para el control dinamico y la optimizacion de los hornos de arco electrico.
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El documento US 2004/244530 A1 da a conocer un procedimiento para controlar las caractensticas de la escoria en un control de horno de arco electrico. El horno tiene entradas que incluyen un suministro de oxfgeno y un suministro de carbono. El procedimiento de controlar las caractensticas de la escoria incluye introducir en el horno una carga que va a fundirse, fundir al menos una parte de la carga para producir una masa fundida e introducir oxfgeno y carbono en la masa fundida para mejorar la formacion de una escoria que presenta condiciones de escoria que incluyen una altura de escoria y una cobertura de escoria. Para controlar mejor las caractensticas de la escoria, la escoria se modela y las entradas se controlan para maximizar la energfa transferida desde el electrodo a la escoria.
El documento US 2007/133651 A1 da a conocer un procedimiento para controlar la espumacion de la escoria en un horno de arco electrico. El horno comprende al menos una columna de electrodos. Se aplica corriente a la columna de electrodos, lo que hace que se forme un arco entre la punta de la columna de electrodos y la chatarra, provocando que la chatarra se funda. Las impurezas de la chatarra fundida suben a la superficie, formando la escoria. Un medidor determina la distorsion armonica total asociada al sistema. Si la distorsion armonica total es mayor que un valor predeterminado y la chatarra esta suficientemente fundida, entonces se anade a la misma un agente espumante.
La publicacion "Tenova's intelligent arc furnace iEAF - concept and technical overview de Clerci et al., publicada por Steel Times International, DMG World Media, Lewes, GB, vol. 32, n.° 4, 1 de mayo de 2008, paginas 19 a 23, da a conocer un sistema de automatizacion basado en mediciones de proceso continuas en tiempo real y en modelos de proceso en lmea, desarrollado para el control dinamico y la optimizacion de los hornos de arco electrico.
Resumen
Un objeto de la presente divulgacion es reducir el tiempo de ciclo total de un EAF y aumentar la produccion de hierro. Por lo tanto, el consumo de energfa de los electrodos y el agitador, asf como la adicion de energfa qmmica (es decir, oxfgeno, carbono y gas de quemador), se reduce, lo cual hace que aumente la productividad del EAF.
Por tanto, en un primer aspecto de la presente divulgacion se proporciona un procedimiento para controlar un proceso de fusion en un horno de arco electrico para fundir un material metalico, donde el procedimiento comprende:
i) recibir mediciones de al menos una variable de proceso que refleja el proceso de fusion,
ii) determinar el estado actual del proceso de fusion en funcion de un modelo del proceso de fusion, un estado anterior del proceso de fusion, una entrada de control anterior y las mediciones de la al menos una variable de proceso,
iii) determinar una entrada de proceso actual que minimice una propiedad de proceso deseada, donde la determinacion comprende minimizar la propiedad de proceso deseada con respecto a todos los valores permitidos de las entradas de proceso y utilizar restricciones relacionadas con el estado actual del proceso de fusion y un estado final deseado del proceso de fusion,
iv) controlar el proceso de fusion utilizando la entrada de proceso actual para controlar un agitador electromagnetico, y
v) repetir las etapas i) a iv) hasta obtener el estado final deseado del proceso de fusion.
La propiedad de proceso deseada es el consumo de energfa total del proceso de fusion durante un ciclo de fusion o el tiempo total de un ciclo de fusion.
Segun una forma de realizacion de la invencion, el procedimiento comprende ademas utilizar la entrada de proceso actual para controlar una unidad de suministro de energfa de electrodo, una unidad de control de flujo de oxfgeno, una unidad de suministro de gas de quemador y una unidad de suministro de material solido.
Segun un ejemplo de la invencion, el horno de arco electrico comprende uno o mas electrodos para fundir un material metalico, las entradas de proceso del modelo de estados incluyen ademas el suministro de energfa a los electrodos, la etapa de determinar valores de referencia incluye ademas determinar valores de referencia de una senal de control para el suministro de energfa a los electrodos en funcion del resultado de la optimizacion, y la etapa de uso incluye ademas usar dicha senal de control determinada para el suministro de energfa a los electrodos para controlar el suministro de energfa a los electrodos.
Segun un ejemplo adicional de la invencion, el horno de arco electrico comprende una unidad de inyeccion dispuesta para suministrar oxfgeno a la masa fundida, las entradas de proceso del modelo de estados incluyen ademas el suministro de oxfgeno a la unidad de inyeccion, la etapa de determinar valores de referencia incluye ademas determinar valores de referencia de una senal de control para el suministro de oxfgeno a la unidad de inyeccion en funcion del resultado de la optimizacion, y la etapa de uso incluye ademas usar la senal de control para controlar el suministro de oxfgeno a la unidad de inyeccion.
Segun un ejemplo adicional de la invencion, el horno de arco electrico comprende al menos un quemador de gas dispuesto para calentar la masa fundida, las entradas de proceso del modelo de estados incluyen ademas el
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Segun un ejemplo adicional de la invencion, el horno de arco electrico comprende medios para anadir polvo de carbono a la masa fundida, las entradas de proceso del modelo de estados incluyen ademas el suministro de polvo de carbono a dichos medios, la etapa de determinar valores de referencia incluye ademas determinar valores de referencia de una senal de control para el suministro de polvo de carbono a dichos medios en funcion del resultado de la optimizacion, y la etapa de uso incluye ademas usar la senal de control para controlar el suministro de polvo de carbono a dichos medios.
El objeto de la invencion tambien se consigue mediante el sistema de control, el cual controla un proceso de fusion en un horno de arco electrico caracterizado por que el sistema de control comprende una unidad de control de agitador, conectada de manera operativa a la unidad de suministro de energfa del agitador, para controlar el suministro de energfa en respuesta a valores de control del suministro de energfa al agitador, y al menos un sensor dispuesto para medir el suministro de energfa al agitador. El sistema de control comprende ademas una unidad de procesamiento dispuesta para recibir datos medidos relacionados con las variables de proceso desde el al menos un sensor dispuesto para medir el suministro de energfa al agitador y para optimizar el proceso de fusion con respecto al consumo de tiempo y/o de energfa segun un problema de optimizacion predefinido que incluye un modelo de estados del proceso de fusion que relaciona unidades de proceso, incluido el suministro de energfa al agitador, con al menos un estado del proceso, una funcion de perdida sometida a dicho modelo de estados y una condicion de partida inicial. La unidad de procesamiento esta dispuesta ademas para determinar el estado actual del proceso de fusion basandose en un estado anterior del proceso de fusion, en una entrada de proceso anterior y en los datos de medicion, donde el sistema de control esta dispuesto para controlar un agitador electromagnetico en funcion de la entrada de proceso actual y controlar el proceso de fusion, y donde el sistema de control esta dispuesto para repetir la determinacion de un estado actual del proceso de fusion, la determinacion de una entrada de proceso actual que minimiza la propiedad de proceso deseada y el control del agitador electromagnetico hasta obtener el estado final deseado del proceso de fusion.
Breve descripcion de los dibujos
Otras caractensticas y ventajas de la presente invencion resultaran mas evidentes a un experto en la tecnica a partir de la siguiente descripcion detallada junto con los dibujos adjuntos, en los que:
la Fig. 1 muestra una seccion transversal de un horno de arco electrico segun una forma de realizacion de la invencion;
la Fig. 2 muestra un diagrama de flujo del proceso de fusion segun una forma de realizacion de la invencion; y la Fig. 3 muestra perfiles de fusion posibles, donde la cantidad de acero solido (xi) y lfquido (X2) se muestra junto con una de las entradas de proceso (ui, u2, u3, u4, us) que afectan al EAF, segun una forma de realizacion de la invencion.
Descripcion detallada
La Figura 1 ilustra un horno de arco electrico (el EAF puede ser un EAF DC o un EAF AC, denominandose en lo sucesivo EAF) dispuesto para fundir material metalico, tal como chatarra, que se carga en el EAF antes de empezar el proceso de fusion. El EAF comprende ademas uno o mas electrodos, una camara cubierta por un techo retractil a traves del cual entran en el horno el uno o mas electrodos de grafito, y un sistema de suministro de energfa conectado de manera operativa a los electrodos. Al menos un aparato de agitacion electromagnetica (denominado agitador en lo sucesivo) de metal fundido en el EAF 1 esta dispuesto en una superficie exterior, preferiblemente la superficie inferior, de la camara del EAF. Un sistema de suministro de energfa esta conectado de manera operativa al agitador. El sistema de suministro de energfa conectado de manera operativa a los electrodos y el sistema de suministro de energfa conectado de manera operativa al agitador pueden ser dos sistemas de suministro de energfa independientes, pero tambien puede ser un unico sistema con ambas funciones. Al menos una unidad de control, que incluye hardware, una o mas unidades de memoria, una o mas unidades de procesamiento (es decir, procesadores) y software, esta conectada de manera operativa al sistema de suministro de energfa para controlar el funcionamiento del agitador. La al menos una unidad de control, dispuesta para controlar la agitacion y los electrodos, esta conectada de manera operativa al sistema de suministro de energfa y tambien puede conectarse al sistema de suministro de energfa para controlar el funcionamiento de los electrodos; no obstante, tambien puede utilizarse un sistema de control aparte con este fin.
El funcionamiento del EAF comienza introduciendo chatarra en el horno, tras lo cual comienza la fusion. Los electrodos descienden hasta llegar a la chatarra y se genera un arco, el cual inicia la fusion de la chatarra. Se seleccionan voltajes mas bajos en esta primera parte del funcionamiento para proteger el techo y las paredes del horno contra un calor excesivo y evitar danos producidos por los arcos. Una vez que los electrodos han llegado a la pesada masa fundida en la base del horno y los arcos estan protegidos por la escoria, el voltaje puede aumentar y
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los electrodos se elevan ligeramente, lo que alarga los arcos y aumenta la energfa transferida a la masa fundida. Esto permite que se forme mas rapidamente un bano de metal fundido, reduciendose los tiempos entre coladas. Unidades de inyeccion estan dispuestas en las paredes o en la superficie inferior del EAF para inyectar oxfgeno en el metal fundido. Uno o mas quemadores de gas estan dispuestos en el EAF para proporcionar calor qmmico adicional a la chatarra y al metal fundido dentro del EAF. Ambos procesos aceleran la fusion de la chatarra. El EAF incluye ademas medios para inyectar carbono en el metal fundido. El agitador esta dispuesto para acelerar el metal fundido, lo cual acelerara adicionalmente la fusion de la chatarra y los tiempos entre coladas.
El concepto de un control de EAF integrado consiste en controlar el EAF de tal manera que el control de la agitacion, el control de la unidad de inyeccion de oxfgeno (por ejemplo, una lanza), el control de los quemadores de gas, el control del gas residual y el control del suministro de energfa de electrodo esten integrados como una estrategia de control.
Se proporciona un estado inicial en el que el EAF se carga con material metalico (es decir, chatarra) (xi, X2, etc.) para t=0, y resolviendo el problema de optimizacion mostrado a continuacion, pueden determinarse valores de referencia para las entradas de proceso u para 0<t<tf.
mm tf (funcion de perdida)
u
Sometida a
x(k+l) = fs(x(k),u(k),d(k)) (modelo de estados del proceso
de fusion)
x(tf) — Xf (condicion final / estado final)
X (0) - Xo (condicion inicial/estado inicial)
XI ^ X ^ Xh
ui < u ^ hh
Tras resolver el problema anterior, el proceso pasara de manera ventajosa desde el estado inicial x(0), que como cualquier estado es normalmente un vector, al estado final deseado en el menor tiempo posible. Por tanto, las entradas de proceso optimas se determinan en el momento en que comienza la fusion del material metalico. Para cada instante tk durante el proceso de fusion, la entrada de proceso apropiada u(tk) se aplica al proceso. Este enfoque se basa en el modelo de estados del proceso de fusion, que relaciona entradas de proceso (tal como el suministro de energfa al agitador o a los electrodos, el flujo de oxfgeno, el flujo de gas de quemador o el carbono inyectado) con al menos un estado (x) del proceso, una funcion de perdida sometida al modelo de estados y una condicion de partida inicial, ya que no se utiliza informacion de respuesta del EAF real. Una vez que se ha definido la condicion de partida inicial xo se usa para optimizar el proceso de fusion con respecto al consumo de tiempo y/o de energfa, que incluye determinar el estado del proceso en funcion del problema de optimizacion antes presentado.
Siempre que las mediciones de una o mas variables de proceso esten disponibles, puede obtenerse informacion acerca del estado actual del proceso de fusion mediante estimaciones basadas en las mediciones de la una o mas variables de proceso, permitiendo que el procedimiento anterior se repita a intervalos regulares o no regulares hasta obtener un estado deseado del proceso. En una forma de realizacion, las etapas en cada intervalo son:
A) recopilar o recibir mediciones de al menos una variable de proceso y(tk) que refleja el proceso de fusion,
B) determinar el estado actual del proceso mediante estimacion, segun el modelo de estados, el estado anterior determinado x(tk-i), la senal de control anterior determinada u(tk-i) y las mediciones y(tk) de la al menos una variable de proceso. Un observador de estados (por ejemplo, un estimador de horizonte movil o un filtro Kalman extendido) puede usarse para determinar una estimacion del estado actual x(tk) del proceso de fusion.
C) Resolver el problema de optimizacion anterior con respecto al consumo de tiempo y/o de energfa usando el estado actual estimado x(tk) como la condicion de partida para la optimizacion. El resultado de esta optimizacion seran valores de referencia de las senales de control (entradas de proceso) u(t) para tk<t<tf. Aplicar la primera senal de control del valor de referencia obtenido, u(tk), al proceso.
D) Determinar valores de referencia de una senal de control para la entrada de proceso (ux) en funcion del resultado de la optimizacion del proceso de fusion.
E) usar la senal de control para controlar la entrada de proceso (ux) y, por tanto, el proceso de fusion.
F) Repetir este procedimiento (etapas A-E) durante el proceso hasta obtener un estado deseado x(tf) del proceso. En cada iteracion, el estado estimado x(tk) sustituye el estado inicial xo. Por tanto, en cada iteracion x(tk) = xtk se fija como la condicion inicial.
Una vez que se ha obtenido el estado deseado del proceso, el metal fundido se cuela desde el EAF para un procesamiento adicional, por ejemplo un proceso de colada continuo.
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Posibles entradas de proceso y variables de proceso de un EAF controlado se muestran en las tablas siguientes. Entrada de proceso (m) Descripcion
u1 Suministro de ene^a al agitador/Potencia de EMS
u2 Suministro de energfa a los electrodos/Potencia del arco electrico
u3 Flujo de oxfgeno (a traves de una unidad de inyeccion, por ejemplo una lanza)
u4 Flujo de gas de quemador (ox^geno + combustible)
u5 Carbon inyectado
Ejemplos de variables de proceso se enumeran en la siguiente tabla.
Variables de proceso____Descripcion
y1 Temperatura de gas de combustion
y2 Concentracion de gas de combustion
y3 Temperatura de agua de refrigeracion (agitador y/u horno)
y4 Temperatura de pared
y5 Temperatura de fusion (si es posible)
Si las variables de proceso d® son funciones conocidas en el tiempo, es posible calcular valores para las variables de control u® que minimicen el consumo de energfa o de tiempo del proceso de fusion.
En el caso del control predictivo de modelo (MPC)/informacion de respuesta, es decir, cuando se usa un estimador de horizonte movil, ejemplos de variables de proceso d(k) son senales medibles que afectan al proceso pero que no se determinan en la optimizacion. Por ejemplo, tales senales pueden ser perturbaciones medibles asociadas al proceso de fusion.
Ejemplos del estado actual del proceso son al menos uno los estados enumerados en la siguiente tabla.
Estado Descripcion
x1 Cantidad de material metalico solido (kg)
x2 Cantidad de material metalico lfquido (kg)
x3 Carbono disuelto en material metalico (kg) x4 Silicio disuelto en material metalico (kg) x5 Cantidad de escoria solida (kg) x6 Cantidad de escoria lfquida (kg) x7 Cantidad de FeO en la escoria (kg)
x8 Cantidad de Si02 en la escoria (kg)
x9 Concentracion de monoxido de carbono (kg) en gas de combustion
x10 Concentracion de dioxido de carbono (kg) en gas de combustion
x11 Nitrogeno en fase gaseosa (kg) x12 Temperatura de solido (K)
x13 Presion relativa del horno (Pa)
Por lo general, los ahorros de energfa relacionados con la tecnologfa EAF pueden dividirse en dos tipos, por ejemplo mejoras en procesos metalurgicos, tales como el suministro de oxfgeno, el precalentamiento de la chatarra, la postcombustion y la agitacion de los gases del fondo, o en procesos EAF y la automatizacion de las operaciones, por ejemplo la regulacion de los electrodos o el control de la fusion.
Un componente principal de la escoria del EAF es oxido de hierro procedente de la combustion del acero con el oxfgeno inyectado. Posteriormente, con el calor, se inyecta carbono (en forma de coque o carbon) en esta capa de escoria, reaccionando con el oxido de hierro para formar hierro metalico y gas de monoxido de carbono, lo que hace que la escoria se espume, permitiendo una mayor eficacia termica, una mejor estabilidad del arco y una mayor eficiencia electrica. Una vez que se obtiene un bano plano, es decir, la chatarra se ha fundido completamente, se llevan a cabo operaciones de refinado para comprobar y corregir la qmmica del acero y sobrecalentar la masa fundida por encima de su temperatura de congelacion como preparacion a la colada. Se introducen mas sustancias formadoras de escoria y se suministra mas oxfgeno al bano, quemando impurezas tales como silicio, sulfuro, fosforo, aluminio, magnesio y calcio, y anadiendo sus oxidos a la escoria. La extraccion del carbono tiene lugar despues de estos elementos se hayan quemado primero, ya que son mas afines con el oxfgeno. Metales que tienen una menor afinidad con el oxfgeno que el hierro, tales como el mquel y el cobre, no pueden eliminarse por medio de la oxidacion y deben controlarse solamente a traves de la qmmica de la chatarra, por ejemplo introduciendo hierro reducido directo y arrabio. En todo momento se mantiene una escoria espumosa, la cual sobresale del horno para verterse en el pozo de escoria a traves de la compuerta de escoria.
5
10
15
20
25
30
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45
50
55
60
Dicho de otro modo, el concepto inventivo proporciona un procedimiento para controlar un proceso de fusion en un horno de arco electrico, donde el procedimiento comprende las etapas de:
i) recibir datos de medicion de al menos una variable de proceso asociada al proceso de fusion,
ii) determinar el estado actual del proceso de fusion en funcion de un estado anterior del proceso de fusion, una entrada de proceso anterior y los datos de medicion,
iii) determinar una entrada de proceso actual que minimice una propiedad de proceso deseada, donde la determinacion comprende minimizar la propiedad de proceso deseada con respecto a todos los valores permitidos de las entradas de proceso y utilizar restricciones relacionadas con el estado actual del proceso de fusion y un estado final deseado del proceso de fusion, y
iv) controlar el proceso de fusion en funcion de la entrada de proceso actual.
Preferiblemente, las etapas anteriores se repiten, es decir, iteran, hasta que el estado actual del proceso de fusion sea igual o casi igual al estado final deseado del proceso de fusion.
En una forma de realizacion, la iteracion de las etapas i-iv se realiza una vez por minuto. Tambien se concibe que la iteracion de las etapas i-iv pueda realizarse a intervalos mas largos, por ejemplo una vez cada cinco minutos, cada diez minutos o solo muy pocas veces durante un ciclo de fusion.
Una propiedad de proceso puede ser, por ejemplo, el consumo de energfa total del proceso de fusion durante un ciclo de fusion o el tiempo total de un ciclo de fusion. Una propiedad de proceso puede ser tambien, por ejemplo, el tiempo total hasta que casi el 100% del metal este en forma lfquida en el horno de arco electrico.
En formas de realizacion en las que la propiedad de proceso es el consumo de energfa total del proceso de fusion, el consumo de energfa total puede minimizarse en funcion del siguiente problema de minimizacion.
min Ptotf (funcion de perdida)
u
Sometida a
x(k+l) - f3(x(k),u(k),d(k)) (modelo de estados del proceso
de fusion)
x(tf) — Xf (condicion final/estado final)
x(0) = Xo (condicion inicial/estado inicial)
Xi d x d Xh
ui < u < ht
Preferiblemente, el proceso de control antes descrito esta dispuesto para generar una pluralidad de entradas de proceso, tales como las entradas de proceso u1-u5 para controlar varios parametros de proceso, como se ha descrito anteriormente.
Ademas, se proporciona un sistema de control para controlar un proceso de fusion en un horno de arco electrico (EAF) para fundir un material metalico, donde el sistema de control comprende:
una pluralidad de sensores dispuestos para detectar variables de proceso respectivas del proceso de fusion, y
una unidad de procesamiento dispuesta para:
recibir las variables de proceso detectadas por la pluralidad de sensores;
determinar el estado actual del proceso de fusion en funcion de un estado anterior del proceso de fusion, una entrada de proceso anterior y los datos de medicion;
determinar una entrada de proceso actual que minimice una propiedad de proceso deseada, donde la determinacion comprende minimizar la propiedad de proceso deseada con respecto a todos los valores permitidos de las entradas de proceso y utilizar restricciones relacionadas con el estado actual del proceso de fusion y un estado final deseado del proceso de fusion;
donde el sistema de control esta dispuesto para controlar el proceso de fusion basandose en la entrada de proceso actual.
En particular, el sistema de control controla parametros de proceso del proceso de fusion. Tales parametros pueden controlarse, por ejemplo, por medio de la unidad de suministro de energfa de agitador 8 para controlar el agitador
electromagnetico, la unidad de suministro de ene^a de electrodo 13, la unidad de control de flujo de ox^geno 16, la unidad de suministro de gas de quemador 17 y la unidad de suministro de material solido 20.
El alcance de la invencion no esta limitado a las formas de realizacion presentadas, sino que incluye ademas formas 5 de realizacion evidentes para un experto en la tecnica.

Claims (6)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    REIVINDICACIONES
    1. Un procedimiento para controlar un proceso de fusion en un horno de arco electrico para fundir un material metalico, donde el procedimiento comprende:
    i) recibir mediciones de al menos una variable de proceso que refleja el proceso de fusion,
    ii) determinar el estado actual del proceso de fusion en funcion de un modelo del proceso de fusion, un estado anterior del proceso de fusion, una entrada de control anterior y las mediciones de la al menos una variable de proceso,
    iii) determinar una entrada de proceso actual que minimice una propiedad de proceso deseada, donde la determinacion comprende minimizar la propiedad de proceso deseada con respecto a todos los valores permitidos de las entradas de proceso y utilizar restricciones relacionadas con el estado actual del proceso de fusion y un estado final deseado del proceso de fusion,
    iv) controlar el proceso de fusion utilizando la entrada de proceso actual para controlar un agitador electromagnetico, y
    v) repetir las etapas i) a iv) hasta obtener el estado final deseado del proceso de fusion.
  2. 2. El procedimiento segun la reivindicacion 1, que comprende utilizar la entrada de proceso actual para controlar una unidad de suministro de energfa de electrodo (13), una unidad de control de flujo de oxfgeno (16), una unidad de suministro de gas de quemador (17) y una unidad de suministro de material solido (20).
  3. 3. El procedimiento segun la reivindicacion 1 o 2, en el que la propiedad de proceso deseada es el consumo de energfa total del proceso de fusion durante un ciclo de fusion o el tiempo total de un ciclo de fusion.
  4. 4. Un sistema de control para controlar un proceso de fusion en un horno de arco electrico para fundir un material metalico, donde el sistema de control comprende:
    una pluralidad de sensores dispuestos para detectar variables de proceso respectivas del proceso de fusion, y
    una unidad de procesamiento dispuesta para:
    recibir las variables de proceso detectadas por la pluralidad de sensores;
    determinar el estado actual del proceso de fusion en funcion de un estado anterior del proceso de fusion, una entrada de proceso anterior y los datos de medicion;
    determinar una entrada de proceso actual que minimice una propiedad de proceso deseada, donde la determinacion comprende minimizar la propiedad de proceso deseada con respecto a todos los valores permitidos de las entradas de proceso y utilizar restricciones relacionadas con el estado actual del proceso de fusion y un estado final deseado del proceso de fusion;
    donde el sistema de control esta dispuesto para controlar un agitador electromagnetico en funcion de la entrada de proceso actual para controlar el proceso de fusion, y
    donde el sistema de control esta dispuesto para repetir la determinacion de un estado actual del proceso de fusion, la determinacion de una entrada de proceso actual que minimiza la propiedad de proceso deseada y el control del agitador electromagnetico hasta obtener el estado final deseado del proceso de fusion.
  5. 5. El sistema de control segun la reivindicacion 4, donde el sistema de control utiliza la entrada de proceso actual para controlar una unidad de suministro de energfa de electrodo (13), una unidad de control de flujo de oxfgeno (16), una unidad de suministro de gas de quemador (17) y una unidad de suministro de material solido (20).
  6. 6. El sistema de control segun la reivindicacion 4 o 5, en el que la propiedad de proceso deseada es el consumo de energfa total del proceso de fusion durante un ciclo de fusion o el tiempo total de un ciclo de fusion.
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