Cristin-prosjekt-ID: 2514343
Sist endret: 13. september 2021, 13:41

Cristin-prosjekt-ID: 2514343
Sist endret: 13. september 2021, 13:41
Prosjekt

Electrical Conditions in Submerged Arc Furnaces – Identification and Improvement (SAFECI)

prosjektleder

Svenn Anton Halvorsen
ved NORCE Energi og teknologi ved NORCE Norwegian Research Centre AS

prosjekteier / koordinerende forskningsansvarlig enhet

  • NORCE Energi og teknologi ved NORCE Norwegian Research Centre AS

Finansiering

  • TotalbudsjettNOK 19.090.000
  • Norges forskningsråd
    Prosjektkode: 326802

Klassifisering

Vitenskapsdisipliner

Materialteknologi • Teknisk kybernetikk • Metallurgi • Matematisk modellering og numeriske metoder

Emneord

Pyrometallurgy • Elektriske egenskaper • Smelteovn

Kategorier

Prosjektkategori

  • Anvendt forskning
  • Pedagogisk utviklingsarbeid
  • Grunnforskning

Kontaktinformasjon

Telefon
+47 920 39 512
Sted
Manuel Sparta

Tidsramme

Aktivt
Start: 1. juli 2021 Slutt: 31. desember 2025

Beskrivelse Beskrivelse

Tittel

Electrical Conditions in Submerged Arc Furnaces – Identification and Improvement (SAFECI)

Populærvitenskapelig sammendrag

Design and operation of smelting furnaces have been gradually improved through industrial experience, research, modern process control, new and/or improved measurements, etc. Nevertheless, due to all complexities in the processes, several process variations are not properly under­stood. The furnace centre is hot, above 2000 °C for some processes, and reliable measure­ments of the inner conditions are extremely difficult.

The processes are energy intensive. The power is normally supplied by high, three-phase, electric currents, often more than 100 000 A. The current paths depend on electrical resistivity of the raw materials, partly reacted materials, and the metal that has been produced. Hence, there is a strong interaction between electrical current paths, temperature distribution, and chemical reactions.

During a previous competence project, "Electrical Conditions and their Process Interactions in High Temperature Metallurgical Reactors (ElMet)", valuable new insight has been provided. The present project aims at establishing methods to reliably identify the inner electrical states (current paths, etc.). The project will apply various mathematical modelling, combined with suitable measurements. Based on the ElMet-project, we know that new/improved models are required, and new measurements are needed in addition to existing operational data.

If successful, the project will establish new tools to identify, and hence control, the electrical conditions within Submerged Arc Furnaces (SAFs). Improved electrical conditions lead directly to more stabilized operation, more suitable energy distribution and enhanced furnace efficiency (lower kWh/kg product), with corresponding energy savings.

We propose an interdisciplinary project where we combine physics and data-driven modelling with sound metallurgical knowledge/know-how, and examine existing measurements and promising novel ones.

Vitenskapelig sammendrag

The project will address the following priority set out by ENERGIX:

• Improved automation and control systems for achieving major gains in energy efficiency

 

The industrial partners (Elkem AS, Eramet Norway AS, Finnfjord AS and Wacker Chemicals Norway AS, major players in the production of silicon and ferroalloys) have identified that improved electrical conditions in the Submerged Arc Furnaces (SAFs) lead directly to more stabilized operation, more suitable energy distribution and enhanced furnace efficiency (lower kWh/kg product), with corresponding energy savings.

 

Electrical Conditions in smelting furnaces have been studied in the KPN project "Electrical Conditions and their Process Interactions in High Temperature Metallurgical Reactors (ElMet)". This project has provided very good insight based on a wide range of first-principle models. It was also tested how the results from several large-scale FEM (Finite Element Method) simulations can be "concentrated" into metamodels. These are surrogate models that retains the same generalization capabilities as the original FEM models, while being computationally lightweight.

 

The project intends to explore such metamodels and combine them with data-driven modelling into "Digital Siblings" (a major step towards appropriate future Digital Twins), mirroring the typical electric behaviour of SAFs. This tool will then apply existing operational data, combined with some required new measurements, to identify the inner, hidden, electrical states within the furnaces.

 

To succeed, the project needs to be highly interdisciplinary, putting together:

• Metallurgical knowledge at university level

• Metallurgical know-how from metallurgists, operators, etc. from the partner companies

• Physics based mathematical modelling of SAFs, especially electrical conditions

• Data based modelling of processes

• Big Data Cybernetics, including artificial intelligence (AI) and machine leaning (ML)

• Measurement technology

Metode

Our approach is highliy interdisciplinary and relies on 4 pillars:

  1. Physics-based modeling
  2. Data-driven modeling
  3. State of the art experimental measurements
  4. Sound metallurgical interpretations

Tittel

Identifikasjon og forbedring av elektriske forhold i smelteovner (SAFECI)

Populærvitenskapelig sammendrag

Design og drift av metallurgiske smelteovner er gradvis blitt forbedret basert på industriell erfaring, forskning,moderne prosesstyring, nye og/eller forbedrede målinger, osv. Prosessene er imidlertid svært kompliserte, og mangeforhold er ikke tilstrekkelig forstått. I det indre av en smelteovn kan temperaturen være over 2000 °C, og det er derforsvært vanskelig å kunne få gode målinger av tilstanden i dette viktige området.En metallurgisk prosess kan kreve svært mye energi. Energien tilføres normalt ved at kraftig elektrisk, tre-fase strøm,gjerne over 100 000 A, sendes gjennom ovnen. Strømbanene i ovnen er avhengig av elektrisk ledningsevne tilråvarene, delvis reagert materiale, og ferdig produsert metall i ovnen. Dette gir en sterk vekselvirkning mellomelektrisk strømfordeling, temperaturfordeling og kjemiske reaksjoner.Gjennom et kompetanseprosjekt, "Electrical Conditions and their Process Interactions in High TemperatureMetallurgical Reactors (ElMet)", har vi fått verdifull, ny innsikt. I et nytt prosjekt tas dette videre, med sikte på åetablere metodikk for å indentifisere indre elektrisk tilstand (strømbaner, mm.). Prosjektet vil anvende matematiskmodellering, kombinert med målinger. Basert på ElMet-prosjektet har vi vist at det vil være behov for både nye/forbedrede modeller og nye målinger (i tillegg til eksisterende prosessdata).Hvis vellykket, vil prosjektet etablere verktøy for å kunne identifisere, og kontrollere, elektriske forhold i smelteovner.Forbedringer vil direkte lede til en mer stabil produksjonsprosess, bedre fordeling av tilført energi i ovnen, og bedrevirkningsgrad (redusert kWh/kg produkt); med tilhørende reduksjon i energiforbruk.

prosjektdeltakere

prosjektleder

Svenn Anton Halvorsen

  • Tilknyttet:
    Prosjektleder
    ved NORCE Energi og teknologi ved NORCE Norwegian Research Centre AS
Aktiv cristin-person

Manuel Sparta

  • Tilknyttet:
    Prosjektdeltaker
    ved NORCE Energi og teknologi ved NORCE Norwegian Research Centre AS
Aktiv cristin-person

Damiano Varagnolo

  • Tilknyttet:
    Prosjektdeltaker
    ved Institutt for teknisk kybernetikk ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet
Aktiv cristin-person

Katarina Grujic

  • Tilknyttet:
    Prosjektdeltaker
    ved NORCE Energi og teknologi ved NORCE Norwegian Research Centre AS

Merete Tangstad

  • Tilknyttet:
    Prosjektdeltaker
    ved Institutt for materialteknologi ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet
1 - 5 av 8 | Neste | Siste »