Este trabalho apresenta a arquitetura de hardware, software e os resultados da implantação de um sistema automação industrial em ambiente siderúrgico, especificamente nas Baterias de Coque do grupo Usinas Siderúrgicas de Minas Gerais S/A Usiminas, precisamente na Usina de Cubatão, localizada no município de Cubatão, estado de São Paulo - Brasil. O sistema de automação monitora em tempo real o processo de coqueificação através da obtenção da temperatura na exaustão dos gases do processo de aquecimento do carvão mineral. O objetivo é estabelecer a relação da temperatura dos gases de exaustão, proveniente do aquecimento do carvão mineral versus a determinação do tempo ideal para o respectivo desenfornamento. O ganho de produção gerado pela implantação deste sistema é apresentado ao final deste trabalho. / This work presents the architecture of hardware, software and the results of implantation of a steel industrial automation environment, specifically in the group of Coke Drums Steel Units of Minas Gerais S/A - Usiminas, precisely in Cubatão Plant, located in Cubatão, state of Sao Paulo - Brazil. The automation system monitors the real time coking process by raising the temperature in the exhaust gases of the heating process the coal. The aim is to establish the relationship between the temperatures of the exhaust gases, from the heating coal versus determining the optimal time for the respective furnace charging. The gain in output generated by the deployment of this system is provided at the end of this work.

A reutilização de resíduos e sua destinação são desafios seguidamente enfrentados na indústria. Por ser extensa e empregar uma grande variedade de processos, matérias-primas e insumos, a cadeia do aço se beneficia por ter ampla flexibilidade e diversas possibilidades de reintrodução de compostos em sua rota de fabricação. Resíduos carbonosos, por exemplo, podem ser parcialmente usados em misturas de carvões no processo de coqueificação dependendo do tamanho e da composição química. Este trabalho, teve como objetivo, avaliar a influência da adição de moinha de carvão vegetal em uma mistura de carvões para a produção de coques em forno piloto de coqueificação e determinar os teores máximos de incorporação suportados pela mistura, avaliando parâmetros de qualidade do coque. Para isso, a moinha de carvão vegetal de eucalipto foi introduzida em duas frações granulométricas distintas, uma composta por partículas mais grosseiras (fração G) e outra composta por partículas mais finas (fração F), e caracterizado juntamente com a mistura utilizada. Posteriormente, os coques produzidos em forno piloto também foram caracterizados através de diversas análises: imediata, elementar, área superficial, porosidade, textura óptica, reatividade em termobalança, CRI/CSR e DI150/15. Os resultados atingidos mostraram que inserção da fração G de moinha comprometeu menos os parâmetros de qualidade dos coques com carvão vegetal. Teores de até 3% de moinha foram suportados para essa distribuição de tamanho de partícula enquanto que para a fração F, somente 1%. Outro fator observado foi que os coques produzidos com adição de moinha de carvão vegetal não tiveram queda significativa no teor de enxofre, a exceção da amostra contendo 10% de carvão vegetal na fração G. Em todas as amostras com moinha de carvão vegetal também foi possível notar o aumento da área superficial em relação ao coque de referência. Os testes termogravimétricos dinâmicos também trouxeram informações relevantes a respeito das temperaturas e taxas aparentes de reações dos coques feitos com moinha de carvão vegetal. / The reuse of waste materials and its destination are challenges continuously faced for industry. For being far-flung and apply a huge variety of process, raw materials and inputs, the steel supply chain benefits from having a high flexibility and many possibilities of reintroducing compounds in its manufacturing route. For example, carbonaceous materials can be used partially in coal blends for cokemaking process depending on particle size and chemical composition. The current work aimed to evaluate the influence of adding fine charcoal to a coal blend for coke production in a pilot oven and to determine the maximum content tolerated for the blend, assessing coke quality parameters. For this, a eucalyptus charcoal residue was introduced in two different size distributions, one composed of coarser particles (fraction G) and another of finer (fraction F), and characterized together with the coal blend used. Afterwards, the cokes produced in pilot oven were also characterized through several analyzes: proximate, ultimate, surface area, porosity, optical texture, reactivity on thermobalance, CRI/CSR e DI150/15. The results achieved showed that the insertion of charcoal on fraction G compromised less the quality parameters of cokes with charcoal. Contents up to 3% of charcoal were tolerated for this particle size distribution while for fraction F, only 1%. Another point noticed was that the coke produced with charcoal addition had no significant drop on sulfur content, with the exception of the coke sample with 10% of charcoal and fraction G. In all samples with charcoal it was also possible to see an increase on surface area in relation to the reference coke. The dynamic thermogravimetric tests also provided relevant information regarding to the temperatures and apparent reaction rates of cokes made with charcoal.

Este trabalho apresenta a arquitetura de hardware, software e os resultados da implantação de um sistema automação industrial em ambiente siderúrgico, especificamente nas Baterias de Coque do grupo Usinas Siderúrgicas de Minas Gerais S/A Usiminas, precisamente na Usina de Cubatão, localizada no município de Cubatão, estado de São Paulo - Brasil. O sistema de automação monitora em tempo real o processo de coqueificação através da obtenção da temperatura na exaustão dos gases do processo de aquecimento do carvão mineral. O objetivo é estabelecer a relação da temperatura dos gases de exaustão, proveniente do aquecimento do carvão mineral versus a determinação do tempo ideal para o respectivo desenfornamento. O ganho de produção gerado pela implantação deste sistema é apresentado ao final deste trabalho. / This work presents the architecture of hardware, software and the results of implantation of a steel industrial automation environment, specifically in the group of Coke Drums Steel Units of Minas Gerais S/A - Usiminas, precisely in Cubatão Plant, located in Cubatão, state of Sao Paulo - Brazil. The automation system monitors the real time coking process by raising the temperature in the exhaust gases of the heating process the coal. The aim is to establish the relationship between the temperatures of the exhaust gases, from the heating coal versus determining the optimal time for the respective furnace charging. The gain in output generated by the deployment of this system is provided at the end of this work.

A reutilização de resíduos e sua destinação são desafios seguidamente enfrentados na indústria. Por ser extensa e empregar uma grande variedade de processos, matérias-primas e insumos, a cadeia do aço se beneficia por ter ampla flexibilidade e diversas possibilidades de reintrodução de compostos em sua rota de fabricação. Resíduos carbonosos, por exemplo, podem ser parcialmente usados em misturas de carvões no processo de coqueificação dependendo do tamanho e da composição química. Este trabalho, teve como objetivo, avaliar a influência da adição de moinha de carvão vegetal em uma mistura de carvões para a produção de coques em forno piloto de coqueificação e determinar os teores máximos de incorporação suportados pela mistura, avaliando parâmetros de qualidade do coque. Para isso, a moinha de carvão vegetal de eucalipto foi introduzida em duas frações granulométricas distintas, uma composta por partículas mais grosseiras (fração G) e outra composta por partículas mais finas (fração F), e caracterizado juntamente com a mistura utilizada. Posteriormente, os coques produzidos em forno piloto também foram caracterizados através de diversas análises: imediata, elementar, área superficial, porosidade, textura óptica, reatividade em termobalança, CRI/CSR e DI150/15. Os resultados atingidos mostraram que inserção da fração G de moinha comprometeu menos os parâmetros de qualidade dos coques com carvão vegetal. Teores de até 3% de moinha foram suportados para essa distribuição de tamanho de partícula enquanto que para a fração F, somente 1%. Outro fator observado foi que os coques produzidos com adição de moinha de carvão vegetal não tiveram queda significativa no teor de enxofre, a exceção da amostra contendo 10% de carvão vegetal na fração G. Em todas as amostras com moinha de carvão vegetal também foi possível notar o aumento da área superficial em relação ao coque de referência. Os testes termogravimétricos dinâmicos também trouxeram informações relevantes a respeito das temperaturas e taxas aparentes de reações dos coques feitos com moinha de carvão vegetal. / The reuse of waste materials and its destination are challenges continuously faced for industry. For being far-flung and apply a huge variety of process, raw materials and inputs, the steel supply chain benefits from having a high flexibility and many possibilities of reintroducing compounds in its manufacturing route. For example, carbonaceous materials can be used partially in coal blends for cokemaking process depending on particle size and chemical composition. The current work aimed to evaluate the influence of adding fine charcoal to a coal blend for coke production in a pilot oven and to determine the maximum content tolerated for the blend, assessing coke quality parameters. For this, a eucalyptus charcoal residue was introduced in two different size distributions, one composed of coarser particles (fraction G) and another of finer (fraction F), and characterized together with the coal blend used. Afterwards, the cokes produced in pilot oven were also characterized through several analyzes: proximate, ultimate, surface area, porosity, optical texture, reactivity on thermobalance, CRI/CSR e DI150/15. The results achieved showed that the insertion of charcoal on fraction G compromised less the quality parameters of cokes with charcoal. Contents up to 3% of charcoal were tolerated for this particle size distribution while for fraction F, only 1%. Another point noticed was that the coke produced with charcoal addition had no significant drop on sulfur content, with the exception of the coke sample with 10% of charcoal and fraction G. In all samples with charcoal it was also possible to see an increase on surface area in relation to the reference coke. The dynamic thermogravimetric tests also provided relevant information regarding to the temperatures and apparent reaction rates of cokes made with charcoal.

A reutilização de resíduos e sua destinação são desafios seguidamente enfrentados na indústria. Por ser extensa e empregar uma grande variedade de processos, matérias-primas e insumos, a cadeia do aço se beneficia por ter ampla flexibilidade e diversas possibilidades de reintrodução de compostos em sua rota de fabricação. Resíduos carbonosos, por exemplo, podem ser parcialmente usados em misturas de carvões no processo de coqueificação dependendo do tamanho e da composição química. Este trabalho, teve como objetivo, avaliar a influência da adição de moinha de carvão vegetal em uma mistura de carvões para a produção de coques em forno piloto de coqueificação e determinar os teores máximos de incorporação suportados pela mistura, avaliando parâmetros de qualidade do coque. Para isso, a moinha de carvão vegetal de eucalipto foi introduzida em duas frações granulométricas distintas, uma composta por partículas mais grosseiras (fração G) e outra composta por partículas mais finas (fração F), e caracterizado juntamente com a mistura utilizada. Posteriormente, os coques produzidos em forno piloto também foram caracterizados através de diversas análises: imediata, elementar, área superficial, porosidade, textura óptica, reatividade em termobalança, CRI/CSR e DI150/15. Os resultados atingidos mostraram que inserção da fração G de moinha comprometeu menos os parâmetros de qualidade dos coques com carvão vegetal. Teores de até 3% de moinha foram suportados para essa distribuição de tamanho de partícula enquanto que para a fração F, somente 1%. Outro fator observado foi que os coques produzidos com adição de moinha de carvão vegetal não tiveram queda significativa no teor de enxofre, a exceção da amostra contendo 10% de carvão vegetal na fração G. Em todas as amostras com moinha de carvão vegetal também foi possível notar o aumento da área superficial em relação ao coque de referência. Os testes termogravimétricos dinâmicos também trouxeram informações relevantes a respeito das temperaturas e taxas aparentes de reações dos coques feitos com moinha de carvão vegetal. / The reuse of waste materials and its destination are challenges continuously faced for industry. For being far-flung and apply a huge variety of process, raw materials and inputs, the steel supply chain benefits from having a high flexibility and many possibilities of reintroducing compounds in its manufacturing route. For example, carbonaceous materials can be used partially in coal blends for cokemaking process depending on particle size and chemical composition. The current work aimed to evaluate the influence of adding fine charcoal to a coal blend for coke production in a pilot oven and to determine the maximum content tolerated for the blend, assessing coke quality parameters. For this, a eucalyptus charcoal residue was introduced in two different size distributions, one composed of coarser particles (fraction G) and another of finer (fraction F), and characterized together with the coal blend used. Afterwards, the cokes produced in pilot oven were also characterized through several analyzes: proximate, ultimate, surface area, porosity, optical texture, reactivity on thermobalance, CRI/CSR e DI150/15. The results achieved showed that the insertion of charcoal on fraction G compromised less the quality parameters of cokes with charcoal. Contents up to 3% of charcoal were tolerated for this particle size distribution while for fraction F, only 1%. Another point noticed was that the coke produced with charcoal addition had no significant drop on sulfur content, with the exception of the coke sample with 10% of charcoal and fraction G. In all samples with charcoal it was also possible to see an increase on surface area in relation to the reference coke. The dynamic thermogravimetric tests also provided relevant information regarding to the temperatures and apparent reaction rates of cokes made with charcoal.

O controle de processo de uma planta de fabricação de coque depende de muitas variáveis particulares de cada planta. A busca de modelos de controle próprios torna-se necessário. O presente trabalho apresenta um projeto de experimentos, em forno piloto, para investigar a influência dos principais parâmetros de controle de fabricação do coque quanto à produção e consumo de calor e utilizá-los futuramente num modelo de automação do controle do processo dessa planta. O resultado do experimento apresentou significância estatística para os fatores temperatura e umidade da mistura enfornada e para as interações entre umidade e temperatura e entre umidade e granulometria com relação ao consumo de calor e também o fator temperatura com relação ao tempo líquido de coqueificação. Além do projeto de experimentos em forno piloto foi feito também um experimento em um forno industrial cuja metodologia mostrou-se adequada para um projeto em escala industrial. Com os dados dos experimentos obtiveram-se também equações matemáticas de previsão do consumo de calor e do tempo líquido de coqueificação. / The process control of a coke plant depends on a lot of particular parameters. This work describes an experimental design in a pilot oven aiming at getting the influence of the main control factors of a coke oven battery, relating these parameters with production and heat consumption for future process control automation. The result of the experiment showed statistic significance for the factors temperature and coal blend moisture and for the interactions between temperature and coal blend moisture and between moisture and coal size on the heat consumption and also for the factor temperature on the net coking time. Theses relations can be used to develop coking control at an industrial plant. In addition to the design of experiments in a pilot oven, it was also made an experiment in an industrial battery oven whose methodology showed to be appropriated to an industrial design of experiment. With the experimental data it was possible to write mathematical equations for estimation of heating and net coking time.

O controle de processo de uma planta de fabricação de coque depende de muitas variáveis particulares de cada planta. A busca de modelos de controle próprios torna-se necessário. O presente trabalho apresenta um projeto de experimentos, em forno piloto, para investigar a influência dos principais parâmetros de controle de fabricação do coque quanto à produção e consumo de calor e utilizá-los futuramente num modelo de automação do controle do processo dessa planta. O resultado do experimento apresentou significância estatística para os fatores temperatura e umidade da mistura enfornada e para as interações entre umidade e temperatura e entre umidade e granulometria com relação ao consumo de calor e também o fator temperatura com relação ao tempo líquido de coqueificação. Além do projeto de experimentos em forno piloto foi feito também um experimento em um forno industrial cuja metodologia mostrou-se adequada para um projeto em escala industrial. Com os dados dos experimentos obtiveram-se também equações matemáticas de previsão do consumo de calor e do tempo líquido de coqueificação. / The process control of a coke plant depends on a lot of particular parameters. This work describes an experimental design in a pilot oven aiming at getting the influence of the main control factors of a coke oven battery, relating these parameters with production and heat consumption for future process control automation. The result of the experiment showed statistic significance for the factors temperature and coal blend moisture and for the interactions between temperature and coal blend moisture and between moisture and coal size on the heat consumption and also for the factor temperature on the net coking time. Theses relations can be used to develop coking control at an industrial plant. In addition to the design of experiments in a pilot oven, it was also made an experiment in an industrial battery oven whose methodology showed to be appropriated to an industrial design of experiment. With the experimental data it was possible to write mathematical equations for estimation of heating and net coking time.