Bij Tata Steel’s IJmuiden Kooksfabriek 1, waar kolen worden omgezet in kooks voor gebruik in hoogovens, is temperatuurbeheer cruciaal. De zogenaamde Kooks Eind Temperatuur (KET) moet zorgvuldig boven een minimumniveau blijven om de kwaliteit van de kooks te garanderen, terwijl tegelijkertijd de warmtetoevoer naar de ovens wordt beperkt. Traditioneel werd de beheersing van deze temperatuur deels handmatig uitgevoerd, wat leidde tot inefficiëntie en energieverlies.

In samenwerking met Tata Steel hebben wij een innovatieve stap gezet om dit proces te verbeteren door een nieuwe, volledig geautomatiseerde regeling te implementeren. Deze regeling is gebaseerd op nauwkeurige modellen die de processen binnen de kooksovens simuleren. De nieuwe regeling maakt gebruik van geavanceerde algoritmes die de belangrijkste variabelen, zoals de klepstanden van de schoorsteen en gastoevoer, en de regenerator temperatuur, in real-time monitoren en aanpassen.

Aanpak

Het ontwikkelen van een effectieve regelstrategie begint met het bouwen van nauwkeurige modellen. Onze modellen richten zich op het dynamisch gedrag van de kooksoven en houden rekening met variabelen zoals afwijkingen in verblijftijd en het zuurstofpercentage in de rookgassen. Deze modellen zijn semi-fysisch en regelaar-georiënteerd, wat betekent dat ze zowel natuurkundige als regeltechnische principes combineren om de processen in de oven optimaal te sturen. Door deze benadering konden we het nieuwe systeem zodanig afstellen dat de temperatuurspreiding (TKET) met maar liefst 40% werd verminderd ten opzichte van de oude regeling.

Uitdagingen

Een van de grootste uitdagingen in de optimalisatie van het kooksovenproces is dat de Kooks Eind Temperatuur (KET) niet direct gemeten kan worden tijdens het productieproces. De kooks blijft gedurende het hele proces in de oven, en de temperatuur kan pas gemeten worden wanneer de kooks na ongeveer 18 uur de oven verlaat. Dit zorgt voor een aanzienlijke vertraging in de feedback, wat het uitdagend maakt om real-time aanpassingen te doen aan de warmtetoevoer en de bijbehorende controleparameters.

Om deze vertraging te compenseren, hebben we in ons nieuwe regelsysteem gebruik gemaakt van geavanceerde modellen die de KET voorspellen op basis van variabelen zoals de regenerator temperatuur, zuurstofpercentage in het rookgas en de verblijftijd van de kooks. Deze modellen stellen ons in staat om de benodigde aanpassingen in real-time te maken, ondanks het feit dat de daadwerkelijke temperatuurmeting pas veel later beschikbaar is. Hierdoor kunnen we de warmte-invoer effectief beheren en tegelijkertijd de energie-efficiëntie maximaliseren.

Besparingen

Het meest indrukwekkende resultaat van deze optimalisatie is de energiebesparing. Door de verbeterde temperatuurregeling kon het setpoint voor de KET met 5,6 graden worden verlaagd, zonder dat de temperatuur onder het vereiste minimum zakte. Dit leidde tot een directe besparing van 1,7% op het gasverbruik. In latere evaluaties bleek zelfs dat het mogelijk was om het gasverbruik met 2,6% te verminderen, wat neerkomt op een jaarlijkse besparing van 1,2 miljoen euro. Dit toont aan dat technologische innovaties niet alleen kosten kunnen verlagen, maar ook een aanzienlijke impact kunnen hebben op de duurzaamheid van industriële processen.

Conclusie

Dit project bewijst dat met de juiste aanpak, aanzienlijke besparingen mogelijk zijn. De implementatie van deze nieuwe regeltechnieken biedt Tata Steel een manier om niet alleen kosten te verlagen, maar ook een bijdrage te leveren aan de duurzaamheid van de industrie. Regelmatige controle en optimalisatie van deze systemen zullen de komende jaren bijdragen aan een efficiënter en groener productieproces.