Estudo de otimização para o sequenciamento da adição de fundentes em um convertedor a oxigênio para produção de aço: um estudo de caso na ArcelorMittal

Abstract

RESUMO: O método mais usado para produzir aço é o Convertedor LD, ou convertedor de oxigênio. O convertedor recebe uma carga de gusa, sucata, minério de ferro, adições de materiais e oxigênio puro em alta pressão, então o carbono é oxidado, mudando o ferro em aço com baixo teor de carbono. Nesse cenário, as indústrias tentam otimizar cada processo. Não foi encontrado nenhum trabalho que trate da otimização do sequenciamento da inserção de fundentes e refrigerantes. Assim, neste trabalho são propostos métodos de otimização para minimizar o tempo de inserção desses materiais. É proposto um modelo de programação linear inteira mista para formalizar o processo de decisão e garantir a produtividade ideal do convertedor LD. Para obter soluções, em tempo hábil para o uso na industria, também é proposta uma heurística. Ambos os métodos são preparados para lidar com características físicas dos equipamentos e restrições químicas do processo. Experimentos numéricos foram realizados utilizando dados reais fornecidos pela ArcelorMittal Tubarão. Nos experimentos foram comparados os dados da empresa com o sequenciamento obtido pelo modelo matemático e pela heurística. Os resultados indicam avanço em relação à coerência formulação do problema e à melhoria de algumas métricas como a curva de basicidade em relação aos casos reais comparados.

ABSTRACT: The method most used to produce steel is the LD Converter, or oxygen converter. Where, it receives a load of hot metal, scrap, iron ore, additions, and pure oxygen on a high pressure, then the carbon is oxidized changing the iron into low-carbon steel. In this scenario, industries tries to optimize every single process. No work dealing with optimization of the sequencing of insertion of fluxes and coolants was found. Hence, in this work are proposed optmization methods to minimize the time of insertion of these materials. It is proposed an entire linear programming model to formalize the decision process and guarantee the ideal productivity of the LD converter. To obtain faster, timely solutions for industry use, a heuristics is also proposed. Both methods are prepared to deal with the physical characteristics of the equipments and the chemical constraints of the process. Numerical experiments were performed using real data provided by ArcelorMittal Tubarão. In the experiments, the company data was compared with the sequencing obtained by the mathematical model and by the heuristic. The results obtained advance in relation to the coherence applied to problems and improve some measures, such as a basicity curve in relation to the real cases compared.