Soutenance de thèse : « Commande avancée d’un four à arc triphasé destiné à la production de silicomanganèse » – Minh Tuan Dinh

Minh Tuan DINH soutiendra sa thèse intitulée « Contrôle avancé d'un four à arc triphasé destiné à la production de silicomanganèse » devant les membres du jury. 

• Pr. Gabriele Pannocchia, directeur de l'université de Pise, Italie Réviseur
• Prof. Vicenc Puig, Université polytechnique de Catalogne, Espagne Réviseur
• Pr. Alexandra Grancharova Université de technologie chimique et de métallurgie, Bulgarie Membre du jury
• Pr. John J. Martinez-Molina, Gipsa-lab, Grenoble INP, UGA, France Examinateur
• Dr Alexandre Chenu, Eramet Ideas, France Invité
• Jonathan Lamboley Eramet Ideas, France Invité
• Dr Dina Irofti, EDF, France Invitée
   
• Olivier Lesage, Eramet Ideas, France Co-directeur de thèse
• Pr. Eduardo Mendes LCIS, Grenoble INP, UGA, France Codirecteur
• Dr Ionela Prodan, LCIS, Grenoble INP, UGA, France Directrice

Résumé : 

Le four à arc électrique (FAE) est largement utilisé dans l’industrie sidérurgique pour la fusion et l’affinage de l’acier ou de produits alliés, en particulier les ferroalliages de manganèse (Mn), composants essentiels et irremplaçables dans la production d’acier au carbone. Ces dernières années, les technologies des FAE ont connu une croissance constante en termes de capacité de production et de part de marché mondiale, portées par une demande croissante de méthodes à haute efficacité énergétique et par la nécessité d’une production plus respectueuse de l’environnement. Cela revêt une importance particulière dans le cadre de l’ambition de la France de réaliser le Plan de neutralité carbone à l’horizon 2050. Les ferroalliages de manganèse sont fabriqués par fusion et réduction de minerais de manganèse, de coke et de fondants dans un four à arc électrique. Ce four repose sur l’effet Joule généré par un courant alternatif triphasé, transmis par trois électrodes, afin de fournir l’énergie thermique nécessaire aux réactions de fusion et de réduction. La régulation électrique, qui contrôle directement la consommation d’énergie, est essentielle au fonctionnement du four car elle agit et réagit à très court terme, contrairement à la plupart des autres leviers et indicateurs du processus, tels que les matières premières et les produits finis ou les températures. 

Cette thèse a pour objectif de développer un cadre de contrôle évolutif et flexible pour un four électrique à arc triphasé produisant du silico-manganèse, capable de gérer les interconnexions complexes du système, d’intégrer explicitement les contraintes opérationnelles et d’améliorer la stabilité du système électrique ainsi que la productivité. À cette fin, des principes électriques tels que les lois de Kirchhoff et la loi d’Ohm sont utilisés pour modéliser avec précision le comportement électrique du système. De plus, des concepts bien établis tels que le MPC (contrôle prédictif par modélisation) et le MIP (programmation mixte en nombres entiers) sont adaptés et intégrés dans la conception du contrôle basée sur l’optimisation, garantissant ainsi une régulation stratégique efficace et flexible du fonctionnement du four. Par ailleurs, la conception d’algorithmes de résolution efficaces sur le plan computationnel, utilisant des approches heuristiques, est envisagée pour répondre aux exigences de calcul du problème MIP dans le cadre d’une mise en œuvre en temps réel. Les cadres de contrôle sont validés par des simulations numériques sur le simulateur SIL (Software-in-the-Loop) en temps réel. Enfin, nous posons les bases pour de futures recherches et améliorations, tout en proposant des étapes concrètes en vue de la mise en œuvre d’expériences réelles de contrôle prédictif basé sur un modèle. 

Mots-clés : four à arc électrique, four à arc submergé, système électrique, régulation prédictive par modèle, programmation mixte-entière, arrondi heuristique, optimisation à deux niveaux, simulation « software-in-the-loop ».