Analisi e modellazione della temperatura di semilavorati di un forno di riscaldo di un'acciaieria

In this thesis work, topics belonging to the production processes related to the steel industry were addressed; in particular the work has been focused on the lamination process of the semi-finished products which follows the reheating process of the billets, carried out inside a reheating furnace. The steel industry, like all the industrial processes, can be a cause of environmental risks which could be limited by adopting a policy aimed at reducing wastefulness in line with the “Green Economy”. Thanks to the implementation of advanced control system and predictive control techniques, which replace the manual action of the workers, it is possible to optimize industrial processes ensuring a significant energy saving. For this purpose, an in-depth knowledge of the industrial processes and a preventive data analysis work, capable of informing on the behavior of the process itself, is fundamental. On these results it will then be possible to create models and control systems capable of ensuring energy saving while guaranteeing high product quality and limiting pollution emissions. The first problem addressed in the present thesis work deals with an in-depth analysis of the values recorded by the temperature sensors (thermal imaging camera and pyrometers) and the absorption values recorded in the rolling mills. The position of the thermal imaging camera, initially positioned at the furnace exit, was verified to be not optimal due to the presence of scale that altered the temperature measure value. The thermal imaging camera was subsequently repositioned downstream of the descaling device and a new analysis was carried out on the new data available. In the second part of the work a mathematical model of the temperature decay of the billets have been developed which models the billets’ temperature behavior from the exit of the furnace through the descaling device and up to the last nine cages, belonging to rolling mills, considered in the present analysis. The initial analysis phase was functional in order to have at disposal a subset of data for the modelling validation. Satisfactory results were obtained in both the addressed problems. This work has been started during the internship period and it is carried out in collaboration with the company “Alperia Bartucci S.p.a.” and the Laboratory of Interconneted System control Automation (LISA) of the Università Politecnica delle Marche.

In questo lavoro di tesi sono stati affrontati argomenti inerenti ai processi produttivi legati all'industria siderurgica; in particolare il lavoro si è concentrato sul processo di laminazione dei semilavorati che segue il processo di riscaldamento delle billette, effettuato all'interno di un forno di riscaldo. L'industria siderurgica, come tutti i processi industriali, può essere causa di rischi ambientali che potrebbero essere limitati adottando una politica volta a ridurre gli sprechi in linea con la "Green Economy". Grazie all'implementazione di sistemi di controllo avanzati e alle tecniche di controllo predittivo, che sostituiscono l'azione manuale degli operai, è possibile ottimizzare i processi industriali garantendo un significativo risparmio energetico. A tal fine, è fondamentale una conoscenza approfondita dei processi industriali e un lavoro di analisi preventiva dei dati, in grado di informare sul comportamento del processo stesso. Su questi risultati sarà quindi possibile creare modelli e sistemi di controllo capaci di garantire il risparmio energetico garantendo alta qualità del prodotto e limitando le emissioni inquinanti. Il primo problema affrontato nel presente lavoro di tesi riguarda un'analisi approfondita dei valori registrati dai sensori di temperatura (termocamera e pirometri) e dei valori di assorbimento registrati nelle gabbie di laminazione. E' stato verificato che la posizione della termocamera, inizialmente posizionata all'uscita del forno, non risulta ottimale a causa della presenza di una scaglia di ossido che altera il valore della temperatura misurato. La termocamera è stata successivamente riposizionata a valle del descagliatore ed è stata effettuata una nuova analisi sui nuovi dati disponibili. Nella seconda parte del lavoro di tesi è stato sviluppato un modello matematico di decadimento della temperatura delle billette che modella il comportamento della temperatura delle billette dall'uscita del forno, passando attraverso il descagliatore, fino alle ultime nove gabbie, appartenenti ai treni di laminazione, considerati nella presente analisi. La fase di analisi iniziale è stata funzionale al fine di disporre di un sottoinsieme di dati per la validazione del modello. Risultati soddisfacenti sono stati ottenuti in entrambi i problemi affrontati. Questo lavoro ha avuto inizio durante il periodo di tirocinio ed è stato svolto in collaborazione con la società "Alperia Bartucci S.p.a." e il Laboratorio di automazione dei sistemi di controllo interconnessi (LISA) dell'Università Politecnica delle Marche.