Tungku busur listrik (EAF) yang beroperasi dengan kontrol manual—dengan operator terampil yang menyesuaikan tap transformator dan posisi elektroda secara intuitif—dapat mencapai hasil yang cukup baik. EAF yang beroperasi dengan sistem otomatisasi Level 2 yang disetel dengan baik dapat mengurangi waktu pengoperasian sebesar 8-12%, konsumsi elektroda sebesar 10-15%, dan konsumsi energi listrik sebesar 20-40 kWh per ton. Perbedaannya tidak sedikit. Untuk pabrik dengan kapasitas 500.000 ton per tahun yang membayar $0,08 per kWh, penghematan 30 kWh/ton setara dengan $1,2 juta per tahun.
MONTE INTELLIGENCE mengintegrasikan sistem kontrol proses ke dalam paket pasokan EAF kami. Artikel ini membahas arsitektur kontrol, algoritma yang menggerakkannya, dan tantangan implementasi praktisnya.
Otomatisasi Level 1 menangani kontrol waktu nyata — pengaturan elektroda, kontrol sistem hidrolik, pengaturan aliran pendingin air. Fungsi-fungsi ini berjalan pada pengontrol logika yang dapat diprogram (PLC) dengan waktu siklus 10-50 milidetik. Sistem pengaturan elektroda adalah fungsi Level 1 yang paling penting: sistem ini harus mempertahankan panjang busur yang stabil meskipun ada gangguan dari pergerakan skrap, pembentukan busa terak, dan fluktuasi tegangan pada jaringan listrik.
Pengaturan elektroda berbasis impedansi adalah pendekatan standar. Regulator mengukur tegangan dan arus busur, menghitung impedansi (Z = V/I), dan menyesuaikan posisi elektroda untuk mempertahankan titik setel impedansi. Titik setel bervariasi selama proses pemanasan: impedansi lebih tinggi selama fase peleburan skrap untuk melindungi cangkang tungku dari radiasi busur, impedansi lebih rendah selama fase bak datar untuk memaksimalkan input daya.
Regulator modern menggunakan kontrol penguatan adaptif — penguatan proporsional dan integral dari loop PID menyesuaikan secara otomatis berdasarkan kondisi operasi. Ketika busur tidak stabil (runtuhan sisa las, variasi terak berbusa), penguatan meningkat untuk memberikan respons yang lebih cepat. Ketika busur stabil, penguatan menurun untuk menghindari pergerakan elektroda yang tidak perlu yang meningkatkan konsumsi elektroda dan keausan sistem hidrolik.
Otomatisasi Level 2 menyediakan optimasi tingkat panas yang berada di atas kontrol Level 1 secara real-time. Sistem Level 2 menerima spesifikasi jenis baja dari sistem eksekusi manufaktur (MES) pabrik, menghitung titik pengaturan optimal untuk setiap fase pemanasan, dan mengunduh titik pengaturan tersebut ke sistem Level 1. Setelah pemanasan, sistem Level 2 menganalisis kinerja terhadap target dan menyesuaikan titik pengaturan untuk pemanasan berikutnya berdasarkan hasilnya.
Profil panas dalam sistem Level 2 membagi siklus EAF menjadi beberapa fase berbeda: pengisian keranjang 1, peleburan 1, pengisian keranjang 2, peleburan 2, pemurnian, dan penyadapan. Setiap fase memiliki titik acuan target untuk tegangan busur, arus busur, laju aliran oksigen, laju injeksi karbon, dan pengoperasian pembakar. Sistem Level 2 menyesuaikan titik acuan ini berdasarkan campuran skrap aktual, suhu penyadapan yang diinginkan, dan kandungan karbon target.
Aplikasi jaringan saraf dalam kontrol EAF telah beralih dari makalah penelitian ke sistem produksi. Aplikasi yang paling umum adalah prediksi titik akhir — memperkirakan suhu cairan dan kandungan karbon di akhir proses pemanasan berdasarkan data proses waktu nyata, tanpa menunggu analisis kimia. Jaringan saraf yang dilatih menggunakan data pemanasan historis dapat memprediksi suhu titik akhir dalam ±15°C dan karbon titik akhir dalam ±0,02% untuk 85-90% proses pemanasan.
Input ke jaringan prediksi titik akhir meliputi energi listrik kumulatif, volume oksigen kumulatif, karbon yang disuntikkan secara kumulatif, suhu dan komposisi gas buang (CO, CO2, H2), kenaikan suhu air pendingin, dan waktu yang telah berlalu. Jaringan ini mempelajari hubungan antara variabel-variabel ini dan kondisi titik akhir dari ribuan data pemanasan historis. Setelah dilatih, jaringan ini memberikan perkiraan waktu nyata yang memungkinkan operator untuk melakukan tindakan korektif — menyesuaikan aliran oksigen, menambahkan karbon, memperpanjang atau mempersingkat pemanasan — sebelum pengambilan sampel mengkonfirmasi titik akhir yang sebenarnya.
Manajemen daya prediktif merupakan fitur yang menjadi penting ketika EAF beroperasi pada jaringan listrik yang terbatas. EAF adalah beban listrik yang besar dan sangat bervariasi. Biaya permintaan dari perusahaan listrik dapat menambah $5-15 per MWh pada biaya listrik. Sistem manajemen daya prediktif menggunakan profil panas untuk memperkirakan permintaan daya 5-15 menit ke depan dan mengelola beban agar tetap berada dalam batas permintaan yang telah disepakati. Jika perkiraan melebihi batas, sistem dapat mengurangi sementara tap transformator, menyesuaikan posisi elektroda untuk mengurangi arus, atau menunda dimulainya pemanasan berikutnya.
Infrastruktur data seringkali menjadi hambatan dalam implementasi kontrol proses tingkat lanjut. Sistem membutuhkan data dari PLC (Level 1), sistem manajemen energi, penganalisis gas buang, sistem pengukuran suhu, dan sistem informasi laboratorium. Data tersebut harus disinkronkan waktunya dengan akurasi hingga satu detik. Banyak pabrik menemukan selama peningkatan otomatisasi bahwa infrastruktur data yang ada tidak dapat mendukung persyaratan ini, dan peningkatan jaringan dan basis data menjadi bagian yang signifikan dari biaya proyek.
MONTE INTELLIGENCE bermitra dengan pemasok otomatisasi terkemuka untuk menghadirkan sistem kontrol EAF terintegrasi. Lingkup kerja kami meliputi spesifikasi sistem kontrol, rekayasa integrasi, komisioning, dan pelatihan operator.
Untuk diskusi mengenai pengendalian proses yang spesifik untuk konfigurasi tungku Anda, hubungi helenxu@cnlymonte.com.
