MR Simulação Aula 11 -

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1 MR Simulação Aula 11 - Lógica nebulosa aplicada na determinação dos parâmetros de trabalho de fornos industriais de têmpera contínua para o aço CK75

2 Apresentação Cenário Motivação Metodologia Metalurgia Forno GSP - Gerador de Set-point duração prevista - 55 min

3 Cenário Histórico econômico A Mangels Ind. e Com. Ltda. - Divisão Aços. - Histórico tecnológico; - Processo produtivo; -Produtos.

4 Histórico Econômico Recessão econômica 1985 a Readequação do quadro de funcionários - Eliminação de departamentos de apoio a produção Plano Collor, início da abertura de mercado

5 Mangels A Mangels é uma empresa nacional fundada em 1/10/1928 Iniciou suas atividades fabricando baldes. Atualmente formada por 4 divisões: Rodas, Cilindros, Aços, Galvanização

6 Histórico Tecnológico 1974 acordo de transferência tecnológica com a Hoesch da Alemanha; 1978 acordo de transferência tecnológica com a Sandvik da Suécia; 1998 acordo de transferência mutua de tecnológica com a Theis dos Estados Unidos; 1999 acordo técnico e comercial com a ACME Steel dos Estados Unidos.

7 FLUXOGRAMA FABRICAÇÃO Usina siderúrgica inério de ferro+ arvão Alto forno Aciaria Lingotamento contínuo Placas Laminação a quente Bobina laminada a quente Laminação a frio Chapas e rolos laminados a frio - Tubos - Construção civil Relaminação -Montadoras - Linha branca - Distribuição Bobinas laminadas a quente Decapagem Corte circular Relaminação a frio Linhas de acabamento Produtos relaminados - Montadoras -Motos - Auto peças - Ferramentas - Embalagem - Construção civil

8 Processo Decapagem remove a camada de oxido (bobina) Corte circular divide a bobina em diversos rolos

9 Processo Laminação reduz a espessura Recozimento reduz a dureza do material

10 Processo Forno de Têmpera Contínua

11 Produtos

12 Apresentação Cenário Motivação Metodologia Metalurgia Forno GSP - Gerador de Set-point

13 Motivação Processo de Laminação, Recozimento e Têmpera tem forte dependência do operador e/ou do Engenheiro Metalurgista; A Têmpera é o processo que mais agrega valor; A Têmpera está trabalhando no limite da capacidade;

14 Motivação - Têmpera Possui baixo nível de automação. O ajuste dos parâmetros do processo depende exclusivamente do conhecimento dos Especialistas. Alto índice de repasse do primeiro rolo de uma OP (Ordem de Produção).

15 Apresentação Cenário Motivação Metodologia Metalurgia Forno GSP - Gerador de Set-point

16 Metodologia Estado da arte - consulta aos fabricantes de fornos - consulta aos professores/pesquisadores - consulta bibliografia disponível Análise do problema - repetibilidade do processo - índice de retrabalho - variáveis do processo - banco de dados existente Estabelecimento do objetivo do trabalho - repetibilidade - produtividade (incluindo redução do retrabalho) Modelagem (clássica ou heurística?) - sistema não linear de variáveis distribuídas - grande número de variáveis imponderáveis - tempo disponível restrito - abundância de dados históricos

17 Apresentação Cenário Motivação Metodologia Metalurgia Forno GSP - Gerador de Set-point duração prevista - 40 min

18 Ferro Estrutura cúbica de corpo centrada (CCC); (a) representação esquemática, (b) vista tridimensional, (c) célula unitária e (d) plano diagonal da célula unitária. Referência [Silva at al. 88] Estrutura cúbica de face centrada (CFC) ; (a) representação esquemática, (b) vista tridimensional, (c) célula unitária e (d) plano da face da célula unitária. Referência [Silva at al. 88]

19 Aço (Diagrama de fase ferro cementita) T (ºC) 912 γ A cm α: Fe alfa ou ferrita 727 α α + γ A 3 A 1 CFC E γ + Fe 3 C γ: Fe gama ou austenita Fe 3 C Fe 3 C: Carboneto de Ferro ou cementita α + Fe 3 C CCC Fe 0,8 2,1 %C Perlita: Micro-constituinte formado por duas fases: α + Fe 3 C Aços hipoeutetóides Aços hipereutetóides Ferro fundido Aço eutetóide

20 Perlita Austenita original a 850 ºC. Fe 0,5 0,8 1,2 %C Aço Hipoeutetóide Aço Eutetóide Aço Hipereutetóide Aço com 0,5 %C. Fases: ferrita e cementita Constituintes: Ferrita e perlita. Aço com 0,8 %C. Fases: ferrita e cementita Constituinte: Perlita. Aço com 1,2 %C. Fases: ferrita e cementita Constituintes: Cementita e perlita.

21 Perlita T( C) γ A γ γ Perlita 727 B C D E F G H tempo

22 Curva T T T 727º

23 Grão Austenítico Efeito da temperatura e tempo de forno sobre o tamanho de grão

24 Grão Austenítico Tamanho do grão austenítico pela ASTM (a) e escala de conversão do número de grão ASTM em diâmetro médio equivalente (b) (figura fora de escala) [Silva at al. 88]

25 Ciclos de resfriamento iclo de revenimento para uma mpera convencional, levando m conta a espessura da peça Ciclo de revenimento para a martêmpera, levando em conta a espessura da peça Ciclo de revenimento para a austêmpera, levando em conta a espessura da peça

26 Aço Ligado Curva TRC do aço ABNT 4140 A presença de elementos de liga dissolvidos na austenita deslocam os campos de formação da Ferrita / Perlita de forma mais acentuada, deixando o campo de formação da bainita mais proeminente

27 Plato e Disco de uma embreagem automotiva

28 Montagem do plato e disco

29 Funcionamento da Embreagem

30 Funcionamento de uma embreagem

31 Apresentação Cenário Motivação Metodologia Metalurgia Forno GSP - Gerador de Set-point duração prevista - 28 min

32 O Forno de Têmpera Filme

33 Apresentação Cenário Motivação Metodologia Metalurgia Forno GSP - Gerador de Set-point duração prevista - 24 min

34 GSP Gerador de Set Point Base de Conhecimento (regras) Entradas Fuzzyficação (discretização) Tomada de decisão (inferência) Defuzzyficação Saída

35 Variáveis de Entrada Velocidade (m/min) Temp. Austenitização (4) Temp. Chumbo (2) Temp. Revenimento (4) Temp. Placas Grafite (3) espessura e largura da tira (seção transversal) Vazão de gás N2 Tração no material % de redução da espessura no processo de laminação propriedades mecânicas (LE, LR, dureza e % alongamento) Composição química (%C) Escolheu-se, como variáveis de entrada, a Temperatura da Austenitização e somatória da seção transversal das tiras de aço.

36 Variáveis de Saída dureza tamanho de grão austenítico LR limite de resistência planicidade Estabeleceu-se a velocidade como variável de saída do Sistema Fuzzy

37 Metodologia Estado da arte - consulta aos fabricantes de fornos - consulta aos professores/pesquisadores - consulta bibliografia disponível Análise do problema - repetibilidade do processo - índice de retrabalho - variáveis do processo - banco de dados existente Estabelecimento do objetivo do trabalho - repetibilidade - produtividade (incluindo redução do retrabalho) Modelagem (clássica ou heurística?) - sistema não linear de variáveis distribuídas - grande número de variáveis imponderáveis - tempo disponível restrito - abundância de dados históricos

38 Grão Austenítico Tamanho do grão austenítico pela ASTM (a) e escala de conversão do número de grão ASTM em diâmetro médio equivalente (b) (figura fora de escala) [Silva at al. 88]

39 Grão Austenítico Efeito da temperatura e tempo de forno sobre o tamanho de grão

40 Escolha das Variáveis E/S Temos 24 variáveis de entrada e 4 de saída, desta forma o levantamento das inferências junto aos especialistas ficaria prejudicado. Decidimos analisar o forno em partes e considerar, para este trabalho, aquela que tem maior influência na produtividade, no caso a Austenitização; Fixamos um aço representativo (CK75); Escolhemos a temperatura do último termopar da austenitização.

41 Variáveis e Valores Lingüísticos x: Temperatura (variável lingüística) T(x): baixa, média e alta (valores da variável lingüística) X: 850 a 950 ºC (universo de discurso) x: Seção transversal T(x): muito pequena, pequena, média, grande e muito grande X: 40 a 250 mm2 x: Velocidade T(x): muito baixa, baixa, média e alta X: 2 a 6 m/s

42 Fuzzificação - Funções de pertinência muitopequena pequena média grande muitogrande Grau de pertinência Grau de pertinância Área-seção-transversal baixa média alta Grau de pertinência muito-baixa 1 baixa média alta velocidade Temperatura

43 Regras conhecimento do especialista Velocidade mb muito baixa M média B baixa A - alta Seção Muito pequena Pequena Média Grande Muito grande Temperatura Baixa M M B B mb Média A M M B B Alta A A M M B

44 Regras de Inferência e Defuzzificação

45 Banco de dados (amostra) OP CLIENTE ESP. (mm) LAR. (mm) T. AUSTE. (ºC) T.ChQ (ºC) T.Ch RES. (ºC) PESO QUENTE (ºC) T.REVE (ºC) VELO.(m/min) DUREZA 386 LuK 0,300 43, ,0 260,0 270,0 400,0 525,0 4, LuK 0,400 61, ,0 260,0 270,0 425,0 495, LuK 0,400 61, ,0 265,0 270,0 420,0 470,0 3, LuK 0,400 58, ,0 260,0 270,0 430,0 515,0 5, LuK 0,400 61, ,0 270,0 280,0 420,0 495,0 494, LuK 0,500 86, ,0 270,0 280,0 430,0 475,0 4, LuK 0,500 75, ,0 270,0 270,0 440,0 480,0 4, LuK 0,500 67, ,0 270,0 280,0 430,0 565,0 3, LuK 0,500 86, ,0 260,0 270,0 430,0 460,0 3, LuK 0,600 52, ,0 260,0 270,0 430,0 555,0 3, LuK 0,600 54, ,0 270,0 280,0 420,0 465,0 4, LuK 0,600 54, ,0 270,0 280,0 430,0 482,0 4, LuK 0,600 54, ,0 260,0 270,0 440,0 465,0 4, LuK 0,600 54, ,0 260,0 270,0 430,0 460,0 3, LuK 0,600 61, ,0 270,0 280,0 430,0 460, LuK 0,600 63, ,0 250,0 260,0 420,0 503,0 3, LuK 0,600 63, ,0 270,0 275,0 430,0 515,0 3, LuK 0,600 48, ,0 260,0 270,0 430,0 465,0 3, LuK 0,600 48, ,0 270,0 280,0 430,0 460,0 3, LuK 0,600 48, ,0 260,0 270,0 425,0 495,0 4, LuK 0,600 80, ,0 260,0 270,0 420,0 477,0 5, LuK 0,600 48, ,0 270,0 280,0 430,0 460,0 3, LuK 0,600 44, ,0 260,0 270,0 420,0 480,0 4, LuK 0,600 44, ,0 260,0 270,0 420,0 460,0 4, LuK 0,600 44, ,0 270,0 280,0 420,0 463,0 3,8 494

46 Banco de Dados x Fuzzy 5 4,5 Velocidade banco de dados velocidade (m/min) 4 3,5 3 Velocidade "Fuzzy" 2, seção (mm2)

47 Teste em Campo 4,5 4,0 Velocidade "fuzzy" 3,5 Velocidade (m/min) 3,0 2,5 2,0 1,5 Velocidade operador 1,0 0,5 0,0 62,0 91,0 121,6 130,6 137,6 137,6 137,6 139,9 149,2 176,0 186,0 204,9 205,2 Seção transversal (mm2)

48 Analise da velocidade proposta pela NTM vs. espessura e largura da tira de aço 6,00 5,00 4,00 3,00 Velocidade (m/min) 2,00 1,00 0,00 25,80 36,54 47,04 62,00 112,36 70,40 63,60 80,00 80,22 120,08 134,40 91,80 149,24 180,80 180,96 121,98 139,48 158,40 163,80 64,80 246,90 342,00 Área da seção transversal (mm2) ESPESSURA LARGURA x20 Vel NTM

49 Analise da velocidade proposta pelo Operador e NTM vs. espessura e largura da tira de aço Velocidade (m/min) ,80 36,54 47,04 62,00 112,36 70,40 63,60 80,00 80,22 120,08 134,40 91,80 149,24 180,80 180,96 121,98 139,48 158,40 163,80 64,80 246,90 342,00 Área da seção transversal (mm2) ESPESSURA (mm) LARGURA x20 (mm) Vel NTM Vel OPERADOR

50 Analise das velocidades (NTM, Ope e Fuzzy) vs. espessura e largura da tira de aço Velocidade (m/min) ,80 36,54 47,04 62,00 112,36 70,40 63,60 80,00 80,22 120,08 134,40 91,80 149,24 180,80 180,96 121,98 139,48 158,40 163,80 64,80 246,90 342,00 Area da seção transversal (mm2) ESPESSURA (mm) LARGURA x20 (mm) Vel NTM Vel OPERADOR Vel FUZZY

51 Sugestões para futuros trabalhos Criar um sistema Fuzzy que controle o revenimento. single 850 Temp. Aust. single 150 Área mm2 single single single single Fuzzy Logic Controller Austenitização double 150 double Temp. Revenimento Fuzzy Logic Controller Revenimento