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, premier fabricant mondial d’acier.

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 de la ville belge de Gand.

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

Le laminoir à froid d’ArcelorMittal à Gand est utilisé pour affiner les bobines d’acier (rouleaux d’acier en feuillard) 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 plaques d’acier. Celui-ci doit ensuite être enlevé 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 déformée et laminée à chaud est refroidie puis réduite à son épaisseur requise par des forces de pression et de tension.

Pour permettre la formation à froid de la bande d’acier, elle doit d’abord subir un traitement thermique. Ce processus est réalisé dans deux zones de recuit des cloches – 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 continu, dans laquelle la bobine d’acier passe relativement rapidement, contrairement à la chambre de recuit fermée.

Les bobines d’acier qui quittent la zone de recuit de la cloche sont ensuite trempées (traitement thermique spécial pour l’acier), améliorant les propriétés de surface mécanique de la tôle d’acier. Dans la dernière étape, les rouleaux d’acier en bande 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 du maintien 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 continu. Cela inclut l’optimisation constante du four », a-t-il déclaré.

L’un des défis était l’arrêt fréquent des brûleurs de démarrage, qui enflamment les brûleurs principaux. Cette étape du processus était donc un domaine d’intérêt en ce qui concerne l’optimisation.

De Sloover explique : « Au début du processus, le four est chauffé jusqu’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 également prescrit dans la norme. C’est obligatoire conformément à la norme DIN EN 746, ajoute l’ingénieur.

Dans le passé, 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’usine 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 a également dû être remplacée à chaque fois. C’était un vrai jeu de cache-cache parce qu’on ne savait jamais quelle lampe UV avait échoué. En conséquence, les temps d’arrêt étaient considérables.

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

« Et nous ne pouvions apporter aucune modification au contrôleur car il n’agissait que 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 ont donc dû 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 « remplaçant » était le système d’automatismes de Pilz pour les automatismes et la sécurité, le PSS 4000.

Le sidérurgiste belge gardait déjà un souvenir positif du fournisseur allemand de solutions d’automatismes lors d’une collaboration antérieure : « Nous avions déjà installé une solution de sécurité Pilz dans une autre usine et nous étions entièrement satisfaits de la qualité des composants, du service et de l’assistance. Nous connaissions déjà le système d’automatisation et, grâce à son évolutivité, il représente une solution tournée vers l’avenir », explique l’ingénieur en réfléchissant.

Pilz a dirigé l’ensemble du processus de transformation 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 à l’automate PLC PSSuniversal du système d’automatismes.

L’objectif était une durée de mission plus longue 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 désignée.

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

« De plus, la flamme est affichée graphiquement sur les dix brûleurs, et les données du capteur du contrôleur du brûleur sont affichées sur l’écran, de sorte qu’il est désormais possible de réagir beaucoup plus rapidement lorsqu’une valeur est trop faible à tout moment », explique De Sloover, ravi.

Enfin, dans les zones quatre et cinq, une armoire de commande supplémentaire avec deux automates PSSuniversal a été installée pour les deux zones. Leur statut peut également être lu sur l’écran dans la zone trois.

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

Avec le progiciel de gestion des brûleurs, il est possible de mettre en œuvre des programmes pour contrôler différents types de brûleurs de manière simple et flexible et d’exécuter des fonctions de sécurité telles que les contacts pour protecteurs mobiles, les E-STOP et les 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 pour le système d’automatisation. Ives De Sloover décrit les avantages du système et de son progiciel en quelques mots : « 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 fonctionne pratiquement sans arrêt. Pour les ingénieurs d’ArcelorMittal, cela signifie : « une bonne nuit de sommeil ». C’est parce que, « Plus d’une fois, nous étions ici pendant la nuit, à la recherche d’un capteur UV défectueux. Tout cela appartient au passé », dit De Sloover soulagé.

« Aujourd’hui, l’usine fonctionne sans perturbations majeures. En cas de dysfonctionnement, nous savons immédiatement où trouver le défaut. »

Le système d’automatismes PSS 4000 est synonyme d’interaction optimale entre les composants matériels et logiciels, les périphériques réseau et l’Ethernet temps réel.