Commande prédictive hiérarchisée. Application à la commande de fours de réchauffage sidérurgiques

Xuan Manh NGUYEN
Soutenance de thèse de doctorat le 18 Mai 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-05

Dans l'industrie sidérurgique, les fours de réchauffage sont les plus grands consommateurs d'énergie après les hauts fourneaux. En conséquence, la réduction de leur consommation énergétique s’avère être la préoccupation majeure dans le contexte de la commande des fours. Dans un four de réchauffage de brames, des brames d'acier sont chauffées en traversant successivement plusieurs zones de la température ambiante à un profil de température homogène de 1250 °C en sortie du four, avant d’être laminées par la suite dans les laminoirs à chaud. La température des brames est contrôlée principalement par une structure de commande hiérarchisée à deux niveaux (niveau 1 et 2).

L'objectif de ces travaux est d'améliorer la performance du chauffage et en conséquence de réduire la consommation énergétique du four à l'aide d’une stratégie de commande prédictive distribuée et hiérarchisée implantées sur les deux niveaux de commande. Dans un premier temps, une approche de commande prédictive distribuée est développée pour le niveau 1 afin de suivre les consignes de température de chaque zone. L’aspect distribué de la commande permet de prendre en compte les couplages entre les zones tout en induisant une moindre complexité d’implantation par rapport à une approche totalement centralisée. L’implantation industrielle de cette stratégie a permis une amélioration significative de la précision du suivi de température et une réduction de la consommation d'énergie de 3%.

Une deuxième étape propose l’élaboration de la commande prédictive hiérarchisée du niveau 2 afin, à partir de la consigne de température de la brame, de déterminer les consignes de température optimales des zones en se fondant sur un modèle de transfert thermique du four. Les résultats de la simulation obtenus avec cette stratégie comparés aux données industrielles montrent une réduction de la consommation énergétique de 5% et une meilleure qualité de chauffage des brames. L’approche précédente est enfin étendue pour prendre en compte et optimiser le cadencement des brames au sein de la commande prédictive du niveau 2, afin d’augmenter la productivité du four. La simulation montre alors une augmentation potentielle de productivité du four de 15 tonnes par heure tout en améliorant la qualité de chauffage des brames.

 

Composition du Jury :

 

Directeur de thèse :                 Didier DUMUR                                    Professeur, CentraleSupélec

Co-encadrant :                        Fayçal LAWAYEB                               Ingénieur, ArcelorMittal

Co-encadrant :                        Pedro RODRIGUEZ-AYERBE            Professeur Adjoint, CentralSupélec

Rapporteurs :                         Edouard LAROCHE                             Professeur des Universités, Université de Strasbourg

                                               Pierre RIEDINGER                               Professeur des Universités, CRAN Nancy

Examinateurs :                       Estelle COURTIAL                               Maître de Conférences, Université d’Orléans

                                               Mohammed M’SAAD                          Professeur des Universités, GREYC Caen

                                               Dorothée NORMAND-CYROT           Directeur de Recherche CNRS, L2S Gif-sur-Yvette