Gestion sûre des brûleurs pour le premier producteur d'acier au monde

Les dernières technologies de production sont au centre des préoccupations du géant de l'acier ArcelorMittal, le premier fabricant d'acier au monde.

Objectif : rendre leurs propres processus de production plus sûrs et plus efficaces. C'est pourquoi la surveillance des brûleurs des fours a été optimisée dans leur laminoir à froid à tubes de descente dans la ville belge de Gand.

L'objectif : une automatisation efficace et sûre, y compris des diagnostics plus efficaces. Lors de la conversion de l'usine, ArcelorMittal a opté pour le pack de services complet de l'expert en automatisation Pilz : leur système d'automatisation PSS 4000 est utilisé mais ce n'est pas tout – Pilz a également pris en charge la mise en œuvre de la conversion.

Le laminoir à froid d'ArcelorMittal à Gand est utilisé pour affiner les bobines d'acier (rouleaux de feuillards d'acier) conformément aux exigences des clients.

Le processus de production des tuyaux de descente dans le laminoir à froid est divisé en cinq étapes au total : décapage, laminage à froid, recuit, revenu, puis finition.

Avant le décapage, il y a un processus de laminage à chaud, au cours duquel une couche d'oxyde se forme sur les tôles d'acier. Celui-ci doit ensuite être éliminé dans le laminoir à froid pendant le décapage avant que les tôles d'acier puissent être traitées ultérieurement.

Dans l'étape suivante, le laminage à froid, la tôle décapée et laminée à chaud est refroidie puis réduite à son épaisseur requise par des forces de pression et de tension.

Pour permettre le formage à froid de la bande d'acier, celle-ci doit d'abord subir un traitement thermique. Ce processus est réalisé dans deux zones de recuit cloche - c'est-à-dire dans des fours de recuit pour bobines d'acier, où la bande d'acier reste pendant un certain temps dans un four fermé - et dans une installation de recuit et d'affinage en continu, que la bobine d'acier traverse relativement rapidement, contrairement à la chambre de recuit fermée.

Les bobines d'acier qui sortent de la zone de recuit cloche sont ensuite trempées (traitement thermique spécial pour l'acier), améliorant les propriétés mécaniques de surface de la tôle d'acier. Lors de la dernière étape, les rouleaux de feuillard d'acier sont emballés et sont ensuite prêts à être expédiés au client.

Yves De Sloover est ingénieur au laminoir à froid d'ArcelorMittal.

"Notre département est responsable de la maintenance des processus dans ce domaine. Sur l'installation de recuit continu, nous nous occupons également du contrôleur PLC et du réglage du brûleur. Notre objectif est de maintenir la production en marche en continu. Cela inclut une optimisation constante du four", a-t-il déclaré. a dit.

L'un des défis était l'arrêt fréquent des brûleurs de démarrage, qui allument les brûleurs principaux. Cette étape du processus était donc un domaine d'intérêt en matière d'optimisation.

De Sloover explique : « Au début du processus, le four est chauffé à 1200°C avec une flamme nue. Au total, il y a 50 brûleurs principaux, qui sont alimentés par 30 brûleurs de démarrage. Lorsque la température du four descend en dessous de 760 C après un arrêt, ces brûleurs principaux sont toujours utilisés pour redémarrer le four."

C'est aussi prescrit dans la norme. C'est obligatoire selon la norme DIN EN 746, ajoute l'ingénieur.

Auparavant, les brûleurs de démarrage étaient contrôlés via un module, tandis que la surveillance de la flamme se faisait via des cellules UV à l'allumage. Si une cellule UV était défectueuse, toute l'installation s'arrêterait et devrait être redémarrée.

Chaque redémarrage prendrait au moins 40 minutes car les gaz non brûlés contenant de l'azote devaient d'abord être expulsés. La cellule UV défectueuse devait également être remplacée à chaque fois. C'était un vrai jeu de cache-cache car on ne savait jamais quelle lampe UV était tombée en panne. En conséquence, les temps d'arrêt étaient considérables.

Le dépannage était également inefficace : bien que le module de commande du brûleur transmette des informations sur l'alimentation en gaz et en air et sur les détecteurs UV à l'automate, les possibilités d'analyse étaient limitées et prenaient du temps.

"Et nous ne pouvions apporter aucune modification au contrôleur car il agissait uniquement comme une boîte noire, il n'était donc responsable que de l'enregistrement des données des signaux PLC", explique De Sloover.

Les temps d'arrêt devaient donc être considérablement réduits.

"Nous sommes d'abord passés à l'ionisation au lieu des détecteurs UV. La deuxième étape consistait à remplacer l'"ancien" module de commande du brûleur", a déclaré Ives De Sloover. Le "remplacement" était le système d'automatisation Pilz pour l'automatisation et la sécurité, le PSS 4000.

Le sidérurgiste belge avait déjà de bons souvenirs du fournisseur allemand de solutions d'automatisation lors d'une précédente collaboration : « Nous avions déjà installé une solution de sécurité Pilz sur une autre usine et étions entièrement satisfaits de la qualité des composants, du service et de l'assistance. Nous connaissaient déjà le système d'automatisation et grâce à son évolutivité, il représente une solution tournée vers l'avenir », déclare l'ingénieur en rétrospective.

Pilz a dirigé toute la procédure de conversion du laminoir à froid. Le haut fourneau est divisé en cinq zones, chacune avec dix brûleurs. La zone trois a été la première à être convertie.

La première étape consistait à documenter les spécifications du module qui avait été utilisé précédemment. Pilz a ensuite transféré ces spécifications de conception au contrôleur PLC PSSuniversal du système d'automatisation.

L'objectif était un temps de mission plus long et rapide, donc des options de diagnostic adéquates. Ainsi, une visualisation efficace pour afficher l'état du brûleur a été installée à côté de l'automate PSSuniversal dans une nouvelle armoire de commande dédiée.

Comme les brûleurs passent par différentes étapes et séquences conformément à la norme et doivent remplir certaines conditions pour ce faire, la visualisation a été conçue pour garantir la capacité des opérateurs à lire d'un coup d'œil cet état sur l'affichage.

"De plus, la flamme est affichée graphiquement sur les dix brûleurs et les données du capteur du contrôleur de brûleur sont affichées à l'écran, il est donc désormais possible de réagir beaucoup plus rapidement lorsqu'une valeur est trop faible à tout moment", déclare un ravi De Sloover.

Enfin, dans les zones quatre et cinq, une armoire de commande supplémentaire avec deux API PSSuniversal a été installée pour les deux zones. Leur état peut également être lu sur l'afficheur de la zone trois.

Le logiciel PAS4000 du système d'automatisation PSS 4000 peut être utilisé pour configurer des blocs fonctionnels qui se concentrent sur des scénarios d'application spécifiques ; dans ce cas, l'application brûleur.

Avec le progiciel de gestion des brûleurs, il est possible de mettre en œuvre des programmes pour contrôler de manière simple et flexible différents types de brûleurs et d'exécuter des fonctions de sécurité telles que des contacts de porte de sécurité, des arrêts d'urgence et des barrières immatérielles. L'utilisation de blocs fonctionnels prêts à l'emploi et certifiés pour la gestion des brûleurs simplifie non seulement l'installation, mais aussi la validation.

De plus, de nombreux autres blocs fonctionnels sont disponibles dans le logiciel du système d'automatisation. Ives De Sloover décrit en quelques mots les avantages du système et de son progiciel : "Un énorme avantage du système d'automatisation est qu'il permet de mettre en œuvre des applications pour répondre aux besoins spécifiques des clients."

Depuis que le four a été converti, il a fonctionné pratiquement sans interruption. Pour les ingénieurs d'ArcelorMittal, cela signifie : « une bonne nuit de sommeil ». En effet, "plus d'une fois, nous étions ici pendant la nuit, à la recherche d'un capteur UV défectueux. C'est du passé", déclare De Sloover soulagé.

"Aujourd'hui, l'usine fonctionne sans interruption majeure. En cas de dysfonctionnement, nous savons immédiatement où trouver la panne."

Le système d'automatisation PSS 4000 est synonyme d'interaction optimale entre les composants matériels et logiciels, les appareils réseau et l'Ethernet en temps réel.