Valusenkan liukusulkimen säätöpiirin optimaalinen viritys

Abstract

Työn tavoitteena oli tutkia Outokummun Tornion tehtaan sulaton 2-linjan liukusulkimen säädön kehityspotentiaalia välialtaan painovaihtelujen minimoimiseksi. Välialtaan pienemmällä painohajonnalla haluttiin tehostaa kuonasulkeumien poistoa välialtaassa. Liukusulkimen säädön kehityksen yhteydessä tutkittiin myös mahdollisuutta vähentää liukusulkimen liikekertoja kulumisen vähentämiseksi. Tämän lisäksi tarkasteltiin muita mahdollisia välialtaan painovaihteluihin vaikuttavia tekijöitä.

Työn alussa käytiin läpi terässulaton 2 linjan toimintaa ja tarkempaan tarkasteluun otettiin senkka-aseman, välialtaan ja liukusulkimen toiminta.

Työssä tarkasteltiin aiempia samaan aihepiiriin liittyviä tutkimuksia ja niissä tehtyjä havaintoja, joista saatiin apua tässä työssä esiteltyihin parannusehdotuksiin. Työn teoriaosuudessa käytiin läpi mallinnusta, yleistä säätöpiireihin liittyvää teoriaa ja tässä työssä käytetyn Smith-prediktorin toimintaa.

Kokeellisessa osuudessa tehtaalta saatua prosessidataa analysoitiin, minkä avulla luotiin kuva olemassa olevan prosessin käyttäytymisestä ja siihen liittyvän automaatiojärjestelmän toiminnasta. Tämän pohjalta kehitettiin useampi simulointimalli ja vaihtoehtoinen säätöratkaisu käyttäen Smith-prediktoria välialtaan painon ohjauksessa. Luoduilla simulointimalleilla simuloitiin ensisijaisesti välialtaan painoa, mutta myös liukusulkimen liikkeitä.

Simulointien perusteella vaihtoehtoisella säädinratkaisulla saataisiin vähennettyä välialtaan painovaihteluja. Liukusulkimen liikekertoja saatiin simuloinneissa vähennettyä kasvattamalla sen minimiliikettä ilman, että välialtaan painovaihtelu olisi kasvanut. Liukusulkimen toiminnasta kuitenkin havaittiin, että sen nykyinen liike ei vastannut säätimen asettamia asetusarvoja halutulla tavalla, joten sen mekaaninen toimivuus on syytä varmistaa ennen mahdollisia muutoksia automaatiojärjestelmään. Simulointien osalta tulokset ovat suuntaa antavia ja prosessikokeisiin ei työssä ollut mahdollisuutta tulosten todentamiseksi.

In this thesis, the aim was to study development potential of the slide gate control in order to minimize tundish weight variations at Outokumpu steel factory in Tornio. With smaller tundish weight variation,the desire was to improve removal of slag occlusions in the tundish. Possibility to reduce slide gate movements was also studied to reduce slide gate wear. In addition, other possible factors affecting tundish weight variations were studied.

First the smelter production line 2 manufacturing process was introduced and then ladle station, tundish and slide gate operations were more closely looked at. Previous studies and their findings about the subject were examined which helped in this thesis when making suggestions for the improvements. Theory about modelling and control systems and how they link to this study were presented on the theory part of this thesis as well as the working principle of Smith predictor was explained.

Process data was acquired from the factory for analysis which helped studying the behavior and the automation system of the process. This served as a basis for creating multiple simulation models and an alternative control system using Smith predictor to control tundish weight. Simulation models were used primarily to simulate tundish weight,but they were also used to simulate movement of the slide gate.

Based on simulation results,the alternative control system provided decrease in tundish weight variation. Reduction of slide gate movements was achieved by increasing minimum movement of the slide gate without increasing tundish weight variation. It was also noticed that slide gate movement was not corresponding to the values set by the controller in the current system, which would require attention before any other implementations to the automation system. The results concerning simulations in this thesis are only indicative and there was no opportunity for process experiments to confirm these results.