Aplicação de inteligência computacional em identificação e modelagem de processos siderúrgicos

Durante o processo de fabricação do aço, são gerados diversos gases e outros tantos são utilizados para o enriquecimento do metal ou outras operações na indústria siderúrgica. Os principais gerados são o gás de coqueria (COG), o gás de alto forno (BFG) e o gás de aciaria (LDG). Já os principais gases utilizados no enriquecimento do aço são o oxigênio, o argônio e o nitrogênio, que são chamados de criogênicos. O COG, o BFG e o LDG são tóxicos aos seres humanos e altamente poluidores, não podendo ser lançados na atmosfera diretamente. Além disso, se esses gases fossem dispensados, a usina estaria desperdiçando bons combustíveis, porque a combustão deles fornece bastante calor e pode ser utilizada nos diversos processos da produção, como nos regeneradores dos alto fornos, fornos das coquerias, caldeiras, fornos das laminações, etc.

Quando a geração de gases combustíveis supera o consumo, a diferença é armazenada em gasômetros, para que seja utilizada em períodos nos quais o consumo supera a produção e, quando o limite de armazenamento é atingido, a sobra é queimada em torres de combustão. No caso dos gases criogênicos, ela é estocada em esferas e, quando esgotada a capacidade de armazenamento, o restante é liberado para a atmosfera, o que não é uma atitude economicamente interessante.

Pensando nisso, a Usiminas conta com um importante setor, o Centro de Energia e Utilidades, que trabalha de forma a otimizar a distribuição dos gases, evitando o desperdício e contribuindo para uma menor utilização de combustível complementar. Em relação aos criogênicos, a empresa conta com um fornecedor externo que repassa tais gases em quantidades previamente acordadas, mas necessita de informações para otimizar a distribuição, uma vez que a capacidade de estoque é pequena e o fornecedor pode diminuir a produção de forma a evitar o descarregamento para a atmosfera em determinados períodos.

No Centro de Energia são recebidos os sinais das medições da geração e do consumo dos combustíveis e utilidades e existem supervisores que devem monitorar os balanços dos gases, obter informações das áreas, verificar o tempo de disponibilidade deles nos gasômetros, fazer uma análise preditiva e tomar atitudes de forma a evitar falta ou desperdício de combustíveis.

Desenvolvido por uma equipe do Departamento de Engenharia Elétrica da Escola de Engenharia da UFMG, coordenada pelo professor Walmir Matos Caminhas, o presente projeto diz respeito à implementação de modelos de previsão da distribuição do LDG e do oxigênio. A proposta intenta validar o modelo de predição de oxigênio, bem como desenvolver e implementar modelos de previsão do COG e BFG e módulos de apoio à tomada de decisões utilizando, para isso, as operações das principais áreas, tais como ritmos de produção de coque, gusa, aço e laminados, além das paradas programadas para manutenção.

Com a implementação do projeto, espera-se que haja um aumento significativo no aproveitamento dos gases e um ganho representativo em termos de paradas programadas, já que será possível visualizar valores de consumo, produção e nível de gasômetro preditos para as horas subsequentes.