Det svenska stålet biter - igen
Ett unikt projekt i Jernkontorets regi håller på att förbättra möjligheterna för svensk- och nordisk stålindustri att befästa ledningen inom tillverkning av kvalitetsstål. En avgörande roll spelar styrsystemen. Förbättrade styrsystem kan ge årliga energibesparingar på över 100 gigawatt och bättre produkter.
För att kunna vara konkurrensmässig och lönsam i stålindustrin krävs förbättringar av produktkvalitet, material, och driftskostnader. Mer avancerade stålsorter kan tillverkas med högre precision. Det är här som styrsystemen kommer in i bilden.
- Styrsystemen måste förses med fler funktioner och ge ökad träffsäkerhet genom hela produktionskedjan. Om processavvikelser kan identifieras kan också försämringar av produktkvaliteter undvikas. Speciellt viktig för produktkvaliteten är temperaturprecisionen och ökad kunskap om temperaturen ger möjlighet till minskade värmningstider, som i sin tur sparar energi, säger Magnus Evestedt, specialist på området och Prevas ansvarige i projektet.
- Före och efter bearbetning värms stål enligt vissa bestämda värmningskurvor. En förutsättning för detta är att det finns tillgång till sofistikerade styrsystem, men styrsystemen har inte utvecklats för alla ämnestyper och ugnar.
FOCS, som är det system som styr hur ett ämne värms upp på sin färd genom ugnen, används fortfarande inom svensk stålindustri. Det utvecklades samtidigt med det motsvarande temperatur - och värmeflödessystemet Steeltemp och fungerar bra men behövde uppgraderas för att utnyttja de möjligheter som erhållits med ökande datorkapacitet. I mitten av 1980-talet installerades det första FOCS-systemet så det var hög tid.
Magnus Evestedt gjorde tillsammans med sina kollegor en ordentlig uppgradering av FOCS vilket innebar att temperaturfördelningen i ett stålämne i ugnen kunde beräknas i tvärsnitt i stället för i tjockleksriktningen.
- Nu kunde vi beräkna i två dimensioner med hjälp av 81 beräkningspunkter istället för tidigare fem beräkningspunkter. Med nio beräkningspunkter på vardera sida av stålämnets yta fick vi noggrannare styrning. I Dalsbruk som var pionjär av det uppdraperade systemet, kunde vi konstatera upp till 9 procents energibesparing vilket är mycket i de här sammanhangen där energiåtgången är mycket hög.
- Varje ugn är unik. Det svåra var att implementera gränssnitten för olika verk och konfigurera data, samt att sitta med under produktion under flera veckor för att trimma parametrar i systemet så att hastigheter och temperaturer styrs optimalt.
Ny tillämpning
Arbetet har resulterat i ytterligare en tillämpning, nämligen för gropugnar, där stålämnet förs in i ugnen stående. Outokumpu i Degerfors har installerat en ny gropugn och Prevas kan följa stålprocessen i realtid.
- Det är en utveckling av FOCS, kallat FOCS-PF, med liknande användargränssnitt. Vi installerade och provkörde FOCS-PF i Degerfors. Testerna tydde här på sänkningar av energiförbrukningen med 7 procent.
Under Verkstädernas besök på Prevas ser vi ser ett material gå in i en ugn och en färgskala som visar olika temperatur på en datorskärm. Ett annat fönster visar information om ämnet, dimension, material och kund. Ytterligare ett visar ett kurvdiagram med olika temperatur beroende på var i ugnen stålämnet befinner sig. Hela temperaturprofilen kan beräknas, vilket inte varit möjligt tidigare. FOCS-PF medger ökad kontroll av ämnets temperatur, vilket i sin tur ger möjlighet till mindre restriktiv värmning och därigenom nedkortad värmningstid.
- Vi följer tillverkningen ganska intensivt i perioder. När drifttagningen är färdig är det inte lika frekvent, säger Magnus.
I delprojekt fyra som följde, ville man förbättra temperaturträffsäkerheten vid glödgning för att minska antalet omglödgningar. Systemet skulle här baseras på en kombination av fysikaliska och statistiska modeller. Arbetet resulterade i en förstudie med efterföljande marknadsundersökning.
Tillsammans med Outokumpu Stainless i Avesta går nu Prevas vidare för att uppdatera nuvarande styrsystem för att få bättre funktion och användarvänlighet.
Delprojekt fem slutligen, arbetade med att fram ett system som identifierar processavvikelser längs hela kedjan; värmning, valsning, glödgning till färdig produkt. Tanken var från början att sprickor i en plåt skulle kunna spåras till orsaker i produktionskedjan. En sådan övervakning kan identifiera processavvikelser som kan ge produktfel och se till att de åtgärdas innan de får genomslag i produkten.
Projekten har redan gett industrinytta. Deltagande verk har i flera fall nått stora reduceringar av energiförbrukningen, nått ökat materialutbyte och förbättrad produktkvalitet.
Faktaruta Ugnsstyrning och överordnad processanalys
Ett antal delprojekt har avslutats i forskningsstadiet medan andra gått till installation och igångkörning.
Forskningsprojekten inbegriper flera företag: Swerea Mefos, Prevas (Prevas var huvudman i fyra av delprojekten) Outokumpu Stainless, SSAB EMEA Ovako Steel.
Arbetet ingår i: Energiforskningsprogrammet , Jernkontorets teknikområde 51, finansierat av Statens Energimyndighet, STEM och medverkande företag.
Citat: ” Varje ugn är unik. Det svåra var att implementera gränssnitten för olika verk och konfigurera data, samt att sitta med under produktion under flera veckor för att trimma parametrar i systemet”.
Av Mikael Hedlund
