Autor: Evaldo de Arajo Braga Engenheiro de suporte e aplicao Altus S/A

Automao na Indstria Siderrgica

Introduo

As indstrias siderrgicas sempre foram de extrema importncia

para as naes e representam um dos alicerces de um pas

desenvolvido. No toa que so chamadas de indstrias de base, j

que fornecem produtos que so a matria prima para diversas outras

indstrias. O ferro e o ao podem ser encontrados na agricultura, nos

transportes, na construo civil, na indstria automobilstica, de embalagens, aparelhos

domsticos e muitas outras reas.

A produo mundial de ao bruto, em 2004, foi de 1.050 bilho de toneladas. Para 2005, a

expectativa que o consumo aparente/ produo cresa 5% e, em 2006, 3,5%. Os dez

maiores produtores mundiais de ao no ano passado foram, em ordem decrescente, China,

Japo, Estados Unidos, Rssia, Coria do Sul, Alemanha, Ucrnia, Brasil, ndia e Itlia.

A previso de investimentos no setor de 2005 a 2010 de US$ 12,5 bilhes, com projeo

de alcanar a capacidade instalada de 49,7 milhes de toneladas no final desses cinco anos.

Esse novo ciclo de investimentos est voltado para o aumento da capacidade de produo, a

fim de atender ao crescimento da demanda interna que deve ser de mais de um milho de

toneladas por ano no perodo de 2005 e 2010.

A palavra automation foi inventada pelo marketing da indstria de equipamentos na dcada

de 60. A inteno era enfatizar a participao do computador no controle de sistemas

industriais. Hoje entende-se por automao industrial qualquer sistema baseado em

computadores/processadores que substitua o trabalho humano e que vise solues rpidas e

econmicas para atingir os complexos objetivos das indstrias. Num mercado complexo e

competitivo como o setor siderrgico, uma indstria somente pode sobreviver se garantir

a qualidade de seus produtos, mantendo altos ndices de produtividade. E neste contexto

que se integra a automao industrial, tendo um papel de extrema importncia na

diminuio de custos de produo, normalizao de processos, aumento da confiabilidade e

segurana, diminuio de perdas, e outros aspectos inerentes aos processos industriais.

O processo de produo do ao pode ser dividido em trs etapas; a reduo, o refino e a

laminao, as quais possuem caractersticas semelhantes em relao aos sistemas

automticos empregados.

Autor: Evaldo de Arajo Braga Engenheiro de suporte e aplicao Altus S/A

Reduo

No processo de reduo o minrio de ferro levado ao Alto

Forno, onde submetido a altas temperaturas (cerca de 1.500 oC). Aps este processo de fuso ele recebe o nome de ferro-gusa

ou ferro de primeira fuso. Impurezas como calcrio e slica

formam a escria de alto forno, que matria-prima para a

fabricao de cimento e outros materiais derivados.

Para atingir altas temperaturas no Alto Forno e garantir a performance do sistema, so

injetados finos de carvo utilizando o oxignio em alta presso como comburente. A

automao torna-se fundamental neste processo uma vez que garante a performance sem

comprometer a segurana dos operadores e equipamentos, imprimindo agilidade no

processo de injeo. Um sistema SCADA permite a monitorao da planta em tempo real,

arquivando dados do processo que sero teis no diagnstico de falhas, no ajuste de

parmetros, ou na contabilizao de gastos e gerenciamento da planta. Um sistema baseado

em CLPs (Controladores Lgicos Programveis) permite o controle automtico das

ventaneiras, visando manter a presso e vazo constantes e o rendimento necessrios. Em

tempo real, caso alguma anormalidade seja detectada, pode ser automaticamente corrigida,

ou causar a parada da planta, visando a integridade das pessoas e dos equipamentos

envolvidos.

No Alto Forno o processo de carregamento de carvo e minrio totalmente realizado sem

a interferncia humana. Por meio de correias transportadoras os materiais so conduzidos

dos silos at o topo do forno, e na quantidade necessria calculada por um algoritmo

especialista. O topo do forno totalmente controlado por uma mquina de estado que

posiciona vlvulas e cilindros a fim de adicionar o coque e o minrio na parte interna do

forno, mantendo a presso a nveis desejados. Este processo jamais poderia ser feito por um

operador local pois os gases de alto forno so altamente txicos, alm de ser um ambiente

insalubre e de alto risco.

A Temperatura interna no Alto Forno tambm um fator importante a ser monitorado. O

seu controle permite aumentar a vida til do material refratrio e da chaparia externa do

forno, elevando ainda mais o tempo de vida e melhorando assim sua produtividade. Neste

contexto, sensores (termopares) so posicionados no permetro do forno, e seus sinais

transmitidos a um CLP. Este controlador por sua vez trata os dados os quais so lidos por

um sistema SCADA. A partir da os dados so analisados e geram resultados de ajuste de

carga de carvo e minrio, vazo de injeo, etc. permitindo obter os melhores ndices de

produtividade e performance.

Ainda no processo de reduo, os subprocessos de despoeiramento, peneiramento do

minrio, manuseio de matrias primas (minrio de ferro, carvo, e outros materiais),

fabricao do coque, sinterizao, produtos carbo-qumicos tambm so controlados por

CLPs, permitindo o acionamento automtico remoto de todos os equipamentos envolvidos,

auxiliando no diagnstico de falhas e garantindo a operabilidade dos sistemas, livrando o

homem de ambientes insalubres e periculosos.

Autor: Evaldo de Arajo Braga Engenheiro de suporte e aplicao Altus S/A

Refino

A etapa seguinte do processo o refino. O ferro gusa levado para a

aciaria, ainda em estado lquido, para ser transformado em ao, mediante

queima de impurezas e adio de materiais. O refino do ao se faz em

fornos a oxignio ou eltricos.

Numa aciaria LD por exemplo, onde o ferro gusa aquecido atravs da

injeo de oxignio sob alta presso, todos os sub-processos so

controlados por CLPs. O sistema de basculamento do forno, de controle

de injeo de oxignio, de controle de carga de materiais fundentes e

ferro-ligas, de acionamento da lana de oxignio, de medio da temperatura do banho, etc,

so totalmente automticos e muitos deles no seriam viveis caso no houvesse essa

tecnologia.

O basculamento do forno de metal lquido (conversor) realizado manualmente por um

operador localizado na cabine de basculamento, mas a monitorao da velocidade de giro,

inclinao do forno, bem como o controle do motor principal realizado por um CLP

dedicado. Neste mesmo CLP ainda so incorporadas funes de acionamento da lana de

oxignio principal, alm de todo o sistema de troca de lanas. A velocidade de descida e

subida da lana so rigorosamente controladas, afim de garantir um baixo tempo de corrida

(tempo total de sopro de uma carga de ferro-gusa) e aumentando assim a produtividade.

Alem disso, a cada anormalidade no sopro, a lana rapidamente retirada do forno,

evitando o risco de exploso/ vazamento de gua. Um segundo CLP utilizado para

acionar as vlvulas de controle de vazo e presso de oxignio principal de sopro. Nele

ainda so colocadas funes de controle de presso na boca do forno, e de todo o sistema de

fornecimento de oxignio para aquecimento do banho. Controles do tipo PID mantm a

presso e vazo de gases a nveis desejados, se utilizando de vlvulas posicionadoras para

isso. Um terceiro CLP responsvel pela pesagem e adio de materiais dentro do forno.

Destes materiais, os fundentes so usados para se unir s impurezas existentes no ferro

gusa, formando assim a escria de aciaria. Um quarto CLP necessrio para a pesagem e

adio de ferro-ligas ao final do processo de fundio do ao. As ferro-ligas imprimem

caractersticas metalrgicas ao ao, necessrias ao fim a que sero destinadas. Um sistema

de clculo implementado em nvel 2 de automao, responsvel pelo clculo da

quantidade e do instante da adio de fundentes e ferro-ligas dentro do forno. Este sistema

se comunica com os CLPs, enviando tabelas de dados contendo a programao de pesagem

e adio, as quais so executadas durante a corrida (fundentes) ou ao final da mesma (ferro-

ligas). Somente um sistema automtico poderia garantir tal performance com a exatido

necessrias. Este sistema de clculo desenvolvido em um ambiente de um PC, e responde

pelos clculos estticos e dinmicos do processo. Nele so instalados drivers de

comunicao com os CLPs e com outros PCs, afim de monitorar e enviar dados s estaes

remotas. Um ambiente grfico mostra o andamento da corrida, permitindo ao operador

(soprador) alterar parmetros a todo o instante, visando atingir a temperatura e as

caractersticas metalrgicas desejadas do ao ao final da corrida. Um sistema SCADA

implementado em duas estaes de operao baseadas em PCs, monitora toda a planta,

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permitindo ao operador atuar no sistema por meio de comandos e/ ou presets, alem de gerar

dados histricos do processo e criar relatrios e diagnstico de falhas.

Todos os equipamentos (CLPs e SCADA e Estaes de clculo) se comunicam numa rede

Ethernet de alta velocidade (10/100Mbps) com cabeamento tico imune a rudos, numa

configurao em anel redundante, de forma que a rede sempre estar disponvel para o

controle do sistema. Redes de campo como o Modbus/RTU e/ou Profibus/DP

possibilitam a leitura de dados de equipamentos dedicados como inversores de freqncia,

geradores de energia, conversores, No-breaks, etc. possibilitando economia de cabos,

monitorao de toda a planta e centralizao de diagnstico de falhas.

Sub-Processos como o Transporte de Escorificantes/ Fundentes, o Carregamento de ferro-

gusa, Despoeiramento, Forno Panela, Desgaseificao a Vcuo, Sopro Coerente,

Lingotamento Contnuo, tambm so controlados por CLPs e monitorados pelo mesmo

sistema SCADA e interligados mesma rede.

Laminao

Finalmente, a terceira fase clssica do processo de fabricao

do ao a laminao. O ao, em processo de solidificao,

deformado mecanicamente e transformado em produtos

siderrgicos utilizados pela indstria de transformao, como

chapas grossas e finas, bobinas, vergalhes, arames,

perfilados, barras etc.

No processo de corte de chapas por exemplo, todas as tesouras de corte so controladas por

CLPs, os quais se comunicam em rede Ethernet de alta velocidade. O processo inicia

quando o CLP recebe os dados de programao proveniente do nvel 2. Em seguida realiza

a medio do comprimento e largura e posiciona a chapa de acordo com os valores pr

definidos. A execuo do corte fica em funo de um comando do operador. Um gerador de

pulsos usado para medir o comprimento e um medidor de largura para realimentar o

sistema com as dimenses da chapa. Aps a execuo das tarefas, os dados de resultado so

automaticamente realimentados para o nvel 2. Como auxiliar, um sistema SCADA

alimenta o operador com informaes a respeito do processo, permitindo a ele atuar de

forma corretiva a qualquer instante.

Mdulos coprocessadores anexados ao CLP permitem a execuo clculos complexos e

algoritmos complicados em tempos de execuo muito pequenos, permitindo a execuo de

tarefas antes executadas por mainframes ou computadores de processo.

Em alguns sub-sistemas, configuraes de redundncia possibilitam 100% de operabilidade

do CLP, fazendo com que a planta nunca deixe de trabalhar por problemas ocorridos nos

sistemas de automao.

A rede de campo Profibus/DP associada ao CLP tem se mostrado como a grande soluo

em processos como este. Por possibilitar a distribuio de coleta de dados por toda a planta,

de forma rpida e segura, este modelo de rede tem conquistado cada vez mais espao em

sistemas que alcanam grandes reas geomtricas e ainda necessitam de atualizao rpida

da informao. O custo ainda um grande atrativo a se ver pela economia de cabos de

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sensores, atuadores chaves que deveriam ser distribudos pela rea, e podem ser

substitudos por um nico cabeamento de rede.

CLPs associados a sistemas SCADA ainda so usados em processos de laminao de

chapas grossas, tiras a quente, decapagem, galvanizao, retmpera, rebobinamento,

laminao a frio, trazendo grandes benefcios aos sistemas.

Concluso

Muitos benefcios podem ser alcanados com a automao de processos industriais.

Qualquer indstria potencialmente um grande usurio deste mercado. A indstria

siderrgica, na tica da automao industrial, ainda um mercado em expanso no Brasil

pois possui muitos processos operando com equipamentos antigos, muitos deles da dcada

de 60, portanto com um baixo ndice de automatizao. Os projetos em automao so

claramente justificveis por diversas razes j comentadas.

A Altus S.A. foi a empresa responsvel por vrios projetos na rea de siderurgia. Grandes

empresas como a Gerdau, Usiminas, Aominas, Cosipa, Acesita, Belgo, possuem processos

nas reas de reduo, refino e/ou laminao, automatizados com CLPs e sistemas

desenvolvidos pela prpria Altus ou por parceiros integradores do setor. com essa viso

que busca um aumento da participao no setor, fornecendo a oportunidade de melhoria nos

processos produtivos, ganhos de desempenho e produtividade, mantendo a preocupao

com o meio ambiente e segurana de pessoas e instalaes.

Referncias

http://www.altus.com.br

http://www.ibs.org.br

http://www.usiminas.com.br

http://www.profibus.org.br/

http://www.altus.com.br/http://www.altus.com.br/http://www.altus.com.br/http://www.usiminas.com.br/http://www.profibus.org.br/