Evaluación operativa del centro de manejo de materiales para el horno de fusión en la sala de colada de CVG Venalum

Actualmente, la mayoría de las empresas tanto a nivel nacional como a nivel internacional están en busca de mejorar la calidad de su sistema productivo, se enfocan en la aplicación de una serie de estrategias, las cuales permiten mejorar la capacidad de sus procesos productivos y equipos, y de esta manera alcanzar los objetivos propuestos. CVG VENALUM

Planteamiento del problema Proceso productivo:

CVG VENALUM dentro de sus avances tecnológicos y de producción, instaló la tercera línea de producción de cilindros de tecnología WAGSTAFG. La que cuenta la Sala de Colada para la refusión de chatarra interna y externa está al límite de los niveles de generación (16.605 toneladas en el año 2009), debido a que este proceso se realiza en 8 hornos de retención y 1 horno basculante, limitando la velocidad de fusión y del proceso en general. Con la puesta en operación de esta tercera mesa de colada, los niveles de producción de cilindros de extrusión aumentaran en un 476.82% en comparación con la producción de cilindros del año 2009, la cual se ubico en 39847,3215tm.

Objetivos

justificación La implementación del horno de fusión, para el procesamiento de chatarra interna y externa, plantea la solución ante la problemática actual de baja capacidad de refusión presente en el área de Colada, y que aumentará con la puesta en marcha de la tercera línea de producción de cilindros. Herramienta que servirá de apoyo para el proyecto CENTRO DE MANEJO DE MATERIALES ASOCIADOS A LA DISTRIBUCION Y PREPARACION DE ALUMINIO LIQUIDO EN LA SALA DE COLADA que desarrollará la Gerencia de Proyectos.

alcance

Metodología

SITUACION ACTUAL La producción de aluminio primario en CVG VENALUM comienza con la llegada y almacenamiento de la alúmina en las tolvas, seguido del proceso de reducción de la misma para obtener aluminio líquido y solidificarlo a través del proceso de colada; además se cuenta con un proceso secundario, que es la fabricación de los ánodos necesarios para el proceso de reducción. Particularmente, el proceso de colada puede desglosarse en dos etapas:

Recepción y distribución del metal liquido

Sistema de Colada. Productos horizontales:

Productos verticales:

Análisis y Resultados Clasificación de la Chatarra. La chatarra que es procesa en la sala de colada de CVG VENALUM es clasificada por su lugar de procedencia, sub-clasificándose en función de su generación.

Analizar los datos históricos sobre los niveles de producción de aluminio, niveles de producción de chatarra interna y externa, y el porcentaje de refusión NIVELES DE PRODUCCIÓN

A partir de los datos obtenidos del sistema integral de colada se puede observar que desde el año 2005 al 2009 el nivel de procesamiento de chatarra ha aumentado de un 3.912% a un 4.763% aunque la producción total de aluminio ha disminuido en un 15.091% (en función al año 2006 que fue la mayor producción obtenida), es decir, que aunque CVG VENALUM a producido menor cantidad de aluminio sólido, el nivel de refusión de chatarra ha aumentado en función a la producción total anual de aluminio. Considerando la producción de 190.000 tm de cilindros para extrusión que se tienen proyectadas generar con la puesta en marcha de la tercera mesa de colada de cilindros, la chatarra por despunte de cilindros y viruta se ubicara en 19.000 tm aproximadamente

CHATARRA PROCESADA PRODUCCION DE ALUMINIO PRODUCCION DE CHATARRA

De la producción total de aluminio, el 24% es destinado a la producción de cilindros para extrusión y un 76% a la producción de lingotes y pailas. Tomando como referencia el año 2006 de mayor producción de cilindros, se observa que la chatarra generada por cilindros defectuosos, despunte y viruta, representan el 11.7% de la producción de cilindros. Al restar la cantidad de chatarra generada por cilindros del total de la chatarra generada para cada año, obtenemos la chatarra generada por el resto de los procesos, ubicándose en 2.4% promedio de la producción del resto de los procesos. Se observa que la menor cantidad de chatarra generada se procesa en el horno basculante y la mayor cantidad de y la mayor cantidad en “otros hornos” (hornos de retención). Como lo muestra el promedio del 2005 al 2008 de la distribución de la chatarra generada para su procesamiento.

Los porcentajes de generación de chatarra por proceso, están próximos a los porcentajes de distribución de chatarra en hornos. La chatarra generada en área de cilindros, es reprocesada mayormente en sus respectivos hornos ,dejando para el horno basculante solo el resto de la chatarra generada. Origina capacidad ociosa en horno basculante. La causa determinante de dicha distribución: las dimensiones excesivas de la chatarra por cilindros defectuosos. Esta situación genera: La posibilidad de dañar la puerta del horno al momento de carga, marcos y refractarios. Corte de cilindros por la mitad para facilitar la carga, generando un costo adicional de corte. Mayor movimiento de maquinaria. Disponibilidad de equipo (sierra). Aumento de operaciones de corte que representarían demoras en el proceso.

Procesando este tipo de chatarra en los hornos de retención, se presentan los siguientes aspectos negativos: 1. Daño al refractario frontal del horno, ya que carece de la rampa que va al borde de la puerta hacia el piso, la cual evita el golpe de la chatarra al momento de su carga, 2. Daños en el marco de la puerta por el roce mecánico de los cilindros durante su cargado, 3. Reduce la disponibilidad de carga de metal liquido proveniente de la sala de celdas por los prolongados tiempos de refusión, pudiendo generar cuellos de botella en la distribución del aluminio líquido, 4. El diseño de los hornos de retención no es para fundir metal sólido, por lo que los tiempos de fusión y la generación de escoria pudieran estar por encima de lo normal. El riesgo de retrasos para la distribución de metal proveniente de celdas.

Diseñar un método basado en el análisis de regresión lineal para determinar las proyecciones de producción de chatarra interna y externa. A partir de los datos históricos del año 2005 al 2009 sobre los niveles de producción total de aluminio y los niveles de chatarra procesada, obtenidos del sistema integral de colada, se realizó el análisis de regresión lineal

Considerando n=60 La ecuación de regresión lineal obtenida para los valores anteriores de los coeficientes a y b fue:

Evaluar una alternativa para la adquisición de horno que satisfaga las necesidades presentes y futuras de refusión de chatarra en el área de Colada. la propuesta desarrollada, es la incorporación o instalación de un horno de fusión que cumpla con las siguientes características:

Dimensiones físicas del horno. Exterior: 6 m de frente; 7,2 m de profundidad y 2,9 m altura Interior: 5 m de frente; 6,2 m de profundidad y 2.1 m de altura de cámara útil (considerando el espesor estándar de refractario de paredes laterales y frontales así como piso y techo.) y 0,735 m de altura de baño. Longitud de cilindros actuales: 6,35m Longitud de cilindros de la tercera mesa de colada: 7,23m Las dimensiones del horno propuesto son: Exterior: 6,5 m de frente; 9,5 m de profundidad y 3,5 m altura. Interior: 5,5 m de frente; 8,5 m de profundidad y 2,7 m de altura de cámara útil (considerando espesor estándar de refractario de paredes laterales y frontales así como piso y techo). Y 0,945 m de altura de baño liquido.

Capacidad de quemadores Actualmente el horno basculante cuenta con dos quemadores convencionales que permiten una rata de fusión de 5 tm por hora, considerando un remanente de 20 tm, en la proporción que el remanente disminuye, la rata de fusión se incrementa. Debe contemplarse en el diseño del nuevo horno: La selección de quemadores fusores Regenerativos de alta velocidad donde el aire de combustión es precalentado con los gases de combustión que salen del horno y permitirá considerables ahorros de energía entre el orden del 30 y50% en comparación con un quemador convencional. La selección adecuada de la capacidad, cantidad y calidad de quemadores que permitan uniformar la temperatura a lo largo de la superficie de la carga. Permitirá obtener tiempos de fusión cortos basados en la teoría de que la transferencia de calor en los hornos de refractario de quemadores, es una función de la temperatura y la velocidad de los gases calientes que pasan a través de la superficie receptora, por lo que a mayor velocidad de los gases sobre la superficie a calentar, mayor transferencia de calor tendrá. Incorporación de quemadores mantenedores: Actuaran en el momento de apertura de puerta, evitando el enfriamiento de la zona de carga del horno, y logrando mantener la temperatura de la cámara durante la operación de carga.

CONCLUSIONES La generación de chatarra en la Planta de CVG VENALUM es clasificada en interna y externa; cada una de estas puede aumentar en función a varias situaciones. La chatarra externa aumenta cuando existen mayores derrames en celdas y en el transporte de crisoles, debido al nivel de capacidad de manejo de los operarios y la chatarra que se genera en el proceso de rociado de los ánodos con aluminio líquido (envarillado) se considera como una chatarra de generación constante. En la chatarra interna, algunas su generación es constante e inherente al proceso (merma), es el caso del despunte de cilindros y viruta que siempre se generan al momento de realizar el acabado final a los cilindros para extrusión. Mientras que la generación de cilindros defectuosos esta chatarra es considerada como desperdicio o rechazo y va en función de problemas de operación, fallas en equipos, capacidad técnica de los operarios.

CVG VENALUM cuenta con un horno basculante donde es refundida la chatarra, sin embargo este reproceso también se realiza en los hornos de retención con los que se cuenta, aún cuando no es su principal función; esto es debido a que en el cierto momento, durante el balance de carga y la distribución de los crisoles con alto contenido de hierro contaminaron los hornos y por ende se utilizaron para refundir. Adicionalmente por los tiempos de parada del horno basculante a causa de daños físicos; es necesario utilizar los hornos de retención para continuar con el reproceso la fusión de la chatarra. En el periodo de estudio del año 2006 al 2009, en el año 2006 se obtuvo la mayor producción de aluminio sólido, 403864.131 tn, donde a partir de ese año, comenzó la disminución de la producción, ubicándose en 342898.709 tn para el año 2009. El porcentaje de refusión de la chatarra para el año 2005 se ubicaba en 3.912% del total de la producción, aumentando a 4.763% del total de la producción para el año 2009.  

Para el periodo en estudio; de la producción de aluminio para producto solido, fue destinado el 24% a la producción de cilindros para extrusión y un 76% a la producción de lingotes y pailas. Los porcentajes de generación de chatarra por proceso son 64,4% de chatarra por cilindros y 35,6% de resto, los cuales están cercanos a los porcentajes de distribución de chatarra en hornos que son en 38% de chatarra en el horno basculante y 60% en los hornos de retención. Esta distribución genera capacidad ociosa en el horno basculante. Se determina en general, que la mayor chatarra generada proviene de la producción de cilindros, es reprocesada o fundida mayormente en sus respectivos hornos (hornos de retención). Ya que las dimensiones de éstos, no permiten que sean cargados libremente en el basculante, sino que requieren de trabajo y tiempo extra para su manipulación y preparación. Procesar los cilindros en los hornos de retención genera daños físicos, reduce la disponibilidad de carga de metal líquido proveniente de la sala de celdas y por no ser diseñados para fundir, aumentan los tiempos de fusión y generación de escoria. Con el aumento de producción de cilindros para extrusión que se tendrá con la puesta en operación de la unidad de colada vertical N° 3, colapsara el sistema actual de refusión de chatarra en la Sala de Colada.

RECOMENDACIONES Se recomienda considerar la investigación realizada para la futura implementación del horno de fusión a gas, ya que ésta cumple con las características de dimensiones y capacidad de quemadores necesarias para el procesamiento de chatarra futura; logrando así, establecer el CENTRO DE MANEJO DE MATERIALES ASOCIADOS A LA DISTRIBUCION Y PREPARACION DE ALUMINIO LIQUIDO EN LA SALA DE COLADA. Diseñar un plan o practica de trabajo de Carga de chatarra en Hornos (nuevo horno y horno basculante) en función a tiempos de carga, toneladas de chatarra a procesar, tipo de chatarra, utilización y manejo de equipos móvil. Capacitar al personal encargo de la producción de cilindros para extrusión de las 3 unidades de colada vertical, evitando así el aumento de chatarra por este producto (cilindros con defecto superficial, cilindros taponados, cilindros de coladas interrumpidas). Realizar las prácticas de mantenimiento preventivo adecuadas, que optimicen y garanticen la disponibilidad de los hornos de fusión.