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Este trabalho descreve o controle de temperatura na produção do aço
Tipologia: Trabalhos
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Instituto Superior de Educação e Pesquisa – Inesp Curso de Engenharia de Produção
Leonardo Ribeiro Antunes
Divinópolis Setembro 2011
Leonardo Ribeiro Antunes
Trabalho apresentado ao Professor Marcelo, docente da disciplina Processos Discretos da Produção, do 6º período A de Engenharia de Produção, para obtenção de crédito.
Divinópolis
Todo processo de transformação do estado de determinadas substâncias (líquidas, gasosas, sólidas) participantes de uma cadeia de processamento, para a composição de um produto final, envolve, em síntese, certas operações, que, em certos casos, necessitam serem controladas a fim de manter as grandezas envolvidas (pressão, vazão, temperatura, etc.), dentro de valores preestabelecidos. A definição clássica de processo denota toda a operação de transformação de matéria-prima (no seu estado natural) em uma forma útil. Todo processo químico é formado por um conjunto de operações unitárias interligadas entre si de acordo com uma seqüência lógica. Estabelecida no projeto básico de engenharia. Um processo apresenta variáveis a serem controladas, que interferem direta ou indiretamente no resultado da qualidade do produto ou subproduto. Os métodos de coleta de informações sobre as condições do processo diferem em muito dependendo do tipo de grandeza que se quer inferir. Algumas informações (variáveis) podem ser coletadas através de métodos diretos ou indiretos. Para este último, em muitos casos, utilizamos a inferência.
São os elementos responsáveis pela leitura do estado em que o processo se encontra. Os sensores (ou transdutores) medem grandezas mecânicas como de posição, de velocidade e aceleração; grandezas físicas como de temperatura, de fluxo, de nível e de pressão; grandezas químicas como de concentração, entre outras. Eles enviam para o controlador a atual situação do processo para que este possa tomar as medidas necessárias. Um sensor é um dispositivo que responde a um estímulo físico de maneira específica e mensurável. Alguns sensores respondem com sinal elétrico a um estímulo, isto é, convertem a energia recebida em um sinal elétrico. Nesse caso, podem ser chamados de transdutores. O transdutor converte um tipo de energia em outro. É geralmente composto por um elemento sensor e uma parte que converte a energia proveniente dele em sinal elétrico. O conjunto formado por um transdutor, um condicionador de sinal (amplificador) e um indicador é chamado de sistema de medição. Quando o sinal é disponibilizado não por um indicador, mas na forma de corrente ou tensão já condicionado - (4 a 20) mA ou (0 a 5) V, geralmente - o dispositivo é chamado de transmissor. Como o sinal é uma forma de energia, os sensores podem ser classificados de acordo com o tipo de energia que detectam.
Um sistema de controle é basicamente um sistema entrada(s)-saída(s). O sistema a ser controlado é, em geral, chamado de processo ou planta. O processo é um sistema dinâmico, ou seja, seu comportamento é descrito matematicamente por um conjunto de equações diferenciais. Como exemplos de sistemas dinâmicos temos, entre outros: sistemas elétricos, mecânicos, químicos, biológicos e econômicos. A entrada do processo é chamada de variável de controle ou variável manipulada (MV) e a saída do processo é chamada de variável controlada ou variável de processo (PV). A filosofia básica de um sistema de controle é unir o resultado da leitura dos elementos sensores com a ação dos elementos atuadores. Eles recebem as informações lidas dos sensores para saber o atual estado do processo, executa cálculos e lógicas pré-definidas (também chamadas de lei de controle) e envia o resultado para os atuadores, de modo que a situação atual do processo seja modificada para que se atinja um ponto de operação próximo do desejado. Para projetar um controlador são utilizadas diversas ferramentas computacionais, técnicas e teorias de controle. As ferramentas computacionais permitem que o processo seja simulado em um computador para que os parâmetros do controlador possam ser projetados sem a necessidade de utilizar o processo real. Uma vez projetado o controlador o mesmo é implementado e validado no processo real. Os Sistemas de Controle unem o resultado da leitura dos elementos sensores com a ação dos elementos atuadores. Eles recebem as informações lidas dos sensores para saber o atual estado do processo, executa cálculos e lógicas pré-definidas (também chamadas de lei de controle) e envia o resultado para os atuadores, de modo que a situação atual do processo seja modificada para que se atinja um ponto de operação próximo do desejado. Na era da modernidade, o uso dos sistemas de controle é disseminado: desde uma simples bóia que controla o nível de um tanque d'água até os sistemas digitais das aeronaves mais sofisticadas. Para implementar sistemas de controle, são utilizados dispositivos como microcontroladores, CLP's e microprocessadores, entre outros. Estes dispositivos possuem em comum entradas e saídas (Portas de entrada/saída), que servem para realizar a comunicação com os dispositivos periféricos (sensores e atuadores). Estas portas de entrada/saída também podem ser destinadas a realizar a comunicação com outros sistemas, a fim de fornecer dados de leitura dos sensores ou até receber instruções externas para os atuadores.
Produção do Ferro-Gusa: Alto-forno
O alto-forno constitui ainda o principal aparelho utilizado na metalurgia do ferro.
Figura-1 Seção transversal da instalação de um alto-forno, incluindo o equipamento auxiliar principal.
Redução
Esta parte do processo de fabricação do aço consiste na redução do minério de ferro, utilizando o coque metalúrgico ou carvão vegetal e outros fundentes, que misturados com o minério de ferro são transformados em ferro-gusa. A reação ocorre no equipamento denominado alto-forno, e constitui uma reação exotérmica. O resíduo formado pela reação a escória, é vendida para a indústria de cimento. Após a reação o ferro, o ferro-gusa na forma liquida é transportado em vagões (carros- torpedos) ou panelas de aço revestidos com material refratário para uma estação de dessulfuração, onde são reduzidos os teores de enxofre, a níveis aceitáveis. Também são feitas análises de composição química da liga (carbono, silício, manganês, fósforo, enxofre) e a seguir o ferro-gusa é transportado para a aciaria, onde será transformado em aço.
Laminação a quente.
Posteriormente, os lingotes devem passar pelo processo de laminação, podendo ser quente ou frio, onde se transformarão em chapas através da diminuição da área da seção transversal. Na laminação a quente, a peça com aproximados 250 mm é aquecido é submetido a deformação por cilindros que a pressionarão até atingir a espessura desejada. Os produtos laminados a quente podem ser: Chapas grossas: espessura: 6 a 200 mm, largura: 1000 a 3800 mm, comprimento: 5000 a 18000 mm Tiras: espessura: 1,2 a 12,50 mm, largura: 800 a 3800 mm, comprimento padrão: 2000, 3000 e 6000mm.
Figura-4 Processo de laminação a quente
Laminação a frio
Ao contrário do processo de laminação a quente as peças laminadas a frio são normalmente mais finas, com melhor acabamento e sem a presença de tensões residuais. Dimensões: espessura: 0,3 a 3 mm, largura: 800 a 1600 mm comprimento padrão: 2000, 2500 e 3000mm.
Produtos Laminados
Ao final de todo o processo preparação das matérias-primas, produção do gusa (alto- forno), aciaria (produção do aço) e por fim sua conformação (laminação do aço) temos os mais diversos produtos para aplicação na indústria metalúrgica, na construção civil, entre outras.
Variáveis do Processo no Forno de Refino Secundário: Temperatura do aço e da água de refrigeração da abóboda do forno; composição química do aço; tensão elétrica corrente elétrica, pressão dos gases de injeção para homogeneização do banho metálico.
Sensores: Sensores de temperatura: termopares, resistores e termostastos. Sensores de corrente elétrica: amperímetro. Sensores de tensão elétrica: electrômetro, voltímetro. Sensores de pressão: barômetro Análise de Composição química: Espectrômetro por fluorescência de Raio-X.
Registradores: Painéis de controle; Displays; Supervisórios; Softwares especializados como CPA e MÊS.
Controladores: Disjuntores; válvulas de controle de pressão e vazão; PLC.
