ANDRE MASSA CIPRIANI
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ANDRE MASSA CIPRIANI

Disciplina:Lingotamento Contínuo de Aços29 materiais60 seguidores
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de carga .................................................................................................................... 15
4.2 – ELEMENTO ATUADOR ................................................................................................................... 17

4.2.1 – Válvula gaveta...................................................................................................................... 17
4.3 – MODELAGEM DO SISTEMA ............................................................................................................ 18

4.3.1 – Modelagem Matemática ....................................................................................................... 19
4.3.1.1 – Nível do aço líquido ...................................................................................................................... 19
4.3.1.2 – Efeito da temperatura na densidade do aço líquido ....................................................................... 23

V – A ESCOLHA DO CONTROLADOR ............................................................................................. 24
5.1 – CLASSIFICAÇÃO DOS CONTROLADORES......................................................................................... 24

5.1.1 – Controlador de duas posições (on-off)................................................................................. 24
5.1.2 – Controlador proporcional.................................................................................................... 26
5.1.3 – Controlador integral ............................................................................................................ 26
5.1.4 – Controlador proporcional e integral.................................................................................... 27
5.1.5 – Controlador proporcional e derivativo ................................................................................ 28
5.1.6 – Controlador proporcional, integral e derivativo.................................................................. 29

5.2 – ANÁLISE DOS CONTROLADORES .................................................................................................... 30
VI – O CONTROLADOR SUGERIDO E UMA SIMULAÇÃO......................................................... 34
VII – CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................................................ 41
VIII – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................................... 42

 ix

LISTA DE FIGURAS
FIGURA 2.1 – CORTE DE UMA VÁLVULA GAVETA DA PANELA DE AÇO.............................. 5

FIGURA 2.2: O MOLDE .......................................................................................................................... 7
FIGURA 2.3: O PROCESSO DE LINGOTAMENTO CONTÍNUO.................................................... 9
FIGURA 3.1: O DISTRIBUIDOR.......................................................................................................... 10
FIGURA 3.2: DIAGRAMA DE BLOCOS DO SISTEMA................................................................... 13
FIGURA 4.1: STRAIN GAUGE............................................................................................................. 16
FIGURA 4.2: VÁLVULA GAVETA...................................................................................................... 17
FIGURA 4.3: FLUXO DO FLUIDO COM O OBTURADOR DA VÁLVULA ABERTO ............... 18
FIGURA 4.4: NÍVEIS DE AÇO NA PANELA, DISTRIBUIDOR E MOLDE. ................................. 20
FIGURA 5.1: DIAGRAMA DE BLOCOS ON-OFF ............................................................................ 25
FIGURA 5.2: DIAGRAMA DE BLOCOS ON-OFF COM INTERVALO DIFERENCIAL............ 25
FIGURA 5.3: DIAGRAMA DE BLOCOS CONTROLADOR PROPORCIONAL .......................... 26
FIGURA 5.4: DIAGRAMA DE BLOCOS CONTROLADOR INTEGRAL...................................... 27
FIGURA 5.5: DIAGRAMA DE BLOCOS CONTROLADOR PROPORCIONAL E INTEGRAL 28
FIGURA 5.6: DIAGRAMA DE BLOCOS CONTROLADOR PD ..................................................... 29
FIGURA 5.7: DIAGRAMA DE BLOCOS CONTROLADOR PID.................................................... 30
FIGURA 5.8: RESPOSTA DO SISTEMA ON-OFF ............................................................................ 30
FIGURA 5.9: RESPOSTA DO SISTEMA PROPORCIONAL........................................................... 31
FIGURA 5.10: VARIAÇÃO DA RESPOSTA COM RELAÇÃO AO GANHO PROPORCIONAL32
FIGURA 5.11: RESPOSTA DO SISTEMA PROPORCIONAL E INTEGRAL............................... 32
FIGURA 5.12: RESPOSTA DO SISTEMA PID................................................................................... 33
FIGURA 6.1: DIAGRAMA DA ABERTURA DA VÁLVULA GAVETA DA PANELA ................. 35
FIGURA 6.2: ÁREA DA ABERTURA DA VÁLVULA GAVETA DA PANELA............................. 36
FIGURA 6.3: NÍVEL DE AÇO LÍQUIDO NA PANELA.................................................................... 36
FIGURA 6.4: NÍVEL DE AÇO LÍQUIDO NA PANELA.................................................................... 37
FIGURA 6.5: ABERTURA DA VÁLVULA GAVETA DO DISTRIBUIDOR .................................. 38
FIGURA 6.6: NÍVEL DE AÇO LÍQUIDO NO DISTRIBUIDOR ...................................................... 38
FIGURA 6.7: SISTEMA DE CONTROLE DO NÍVEL DO DISTRIBUIDOR ................................. 39
FIGURA 6.8: NÍVEL DE AÇO LÍQUIDO NO DISTRIBUIDOR ...................................................... 40

 x

LISTA DE TABELAS

TABELA 6.1: VALORES DOS PARÂMETROS DAS EQUAÇÕES PARA SIMULAÇÃO. 34

 xi

LISTA DE SÍMBOLOS E SIGLAS

R Resistência (Ω)
ρ Resistividade (Ω/m)
l Comprimento (m)
S Seção da Área (m2)
A1 Seção da Área da Panela (m2)
A2 Seção da Área do Distribuidor (m2)
b Área da Base do Distribuidor (m2)
V Volume de Aço Líquido no Distribuidor (m3)
x1 Nível de Aço Líquido na Panela (Ton)
x2 Nível de Aço Líquido no Distribuidor (Ton)
Qin Taxa de Vazão de Entrada
Qout Taxa de Vazão de Saída
CD1 Coeficiente de Descarga da Válvula Gaveta da Panela (1/m)
CD2 Coeficiente de Descarga da Válvula Gaveta do Distribuidor (1/m)
A1n Área de Vazão Atual da Válvula Gaveta da Panela (m2)
A2n Área de Vazão Atual da Válvula Gaveta do Distribuidor (m2)
g Gravidade (m/s2)

Smin Posição Mínima do Braço da Válvula Gaveta
Smax Posição Máxima do Braço da Válvula Gaveta
pa Pressão Atmosférica (Pa)
p Pressão no Interior do distribuidor (Pa)
ρ Densidade (kg/m3)
vc Velocidade do Lingotamento Contínuo (m/s)
T Temperatura (ºC)

u(t) Sinal de Saída
e(t) Erro Atuante
U1 Valor Mínimo do Sinal de Saída
U2 Valor Mínimo do Sinal de Saída
Kp Ganho Proporcional
Ki Ganho Integral
ti Tempo Integral
td Tempo Derivativo
PI Proporcional e Integrativo
PD Proporcional e Derivativo
PID Proporcional, Integrativo e Derivativo

 xii

 1

I – INTRODUÇÃO

Paralelamente ao aumento de produção de tarugos, placas e blocos no

mundo, os padrões de qualidade também foram melhorados, e um dos principais

responsáveis por essa condição foram os métodos desenvolvidos de automação e

controle das máquinas e o processo de lingotamento contínuo.

O ciclo operacional de uma siderúrgica de grande porte consiste em quatro

fases básicas, mas que devem ter um controle exato de todo material e processo incluído

em cada fase. Essas quatro fases são:

• A preparação da matéria-prima: Compreende o recebimento e despacho
do carvão, do minério de ferro, das pelotas e outros materiais para seus respectivos

processos, coqueria, sinterização e produção do ferro gusa.

• Produção de ferro gusa: O carregamento do Alto Forno com matérias
como o coque, sinter e pelotas, para produção do aço. O contato destes materiais com ar

em altas temperaturas origina a fundição e redução