Evaluación operativa, centro de manejo de materiales, horno fusión

RESUMEN El presente estudio consistió en la realización de una Evaluación operativa de un centro de manejo de materiales del área de preparación y distribución del metal en la Sala de Colada de CVG VENALUM con la finalidad de determinar si es necesaria la implementación de un horno de fusión. Para este estudio inicialmente se requirió de un diagnostico de la situación actual de generación de chatarra presente en la sala de colada, luego se analizaron los niveles históricos del año 2005 al 2009 de generación de aluminio, procesamiento de chatarra y el porcentaje de refusión de la misma tanto en los hornos de retención como en el en horno basculante, posteriormente se diseño un método basado en regresión lineal para determinar proyecciones aproximadas de toneladas de chatarra que se generaran en función a valores futuros de producción de aluminio, considerando el aumento de producción que se tendrá con la puesta en marcha de la tercera mesa de colada de cilindros para extrusión. Por último de acuerdo a cada uno de los resultados obtenidos anteriormente se procede a evaluar una alternativa de adquisición de un horno de fusión el cual debe satisfacer las necesidades de refusión de chatarra en la Sala de Colada. La metodología utilizada para desarrollar la investigación fue de tipo descriptiva.

Introduccion

Actualmente, la mayoría de las empresas tanto a nivel nacional como 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.

La Industria Venezolana de Aluminio CVG VENALUM la cual se encuentra adscrita al Ministerio de Industrias Básicas y Minería del Gobierno de la Republica Bolivariana de Venezuela, se encarga de la producción del aluminio, utilizando como materia prima la alúmina, criolita y aditivos químicos (fluoruro de calcio, litio y magnesio) y de su comercialización a nivel nacional e internacional.

La empresa está conformada por una serie de gerencias, dentro de las cuales cabe mencionar, la Gerencia de Colada cuya finalidad es la planificación de producción y la fabricación de aluminio solido, en forma de lingotes de 22 y 10kg, pailas de 680 kg y cilindros para extrusión. Y la Gerencia de Proyecto la cual lleva acabo la planificación hasta su ejecución de proyectos que busquen optimizar los procesos productivos de la empresa.

Actualmente la Gerencia de Proyecto está en la etapa de desarrollo de un proyecto denominado CENTRO DE MANEJO DE MATERIALES ASOCIADOS A LA DISTRIBUCION Y PREPARACION DE ALUMINIO LIQUIDO EN LA SALA DE COLADA debido a que la capacidad de refusión de chatarra en la sala no se adecúa a los niveles de generación actuales, además de que este proceso se realiza en hornos de retención y en un horno basculante con el que se cuenta. Dentro del proceso de producción se ha instalado la tercera mesa de cilindros para extrusión con la cual se tiene proyectado aumentar la producción de cilindros en 190000 tn. Este aumento de producción generara también el aumento de chatarra a procesar en Colada. El objetivo de este nuevo proyecto es entonces instalar un horno de fusión calentado a gas natural, el cual procesara junto con el horno basculante toda la chatarra generada, permitiendo que el resto de los hornos sean utilizados solo para retención y no para fundir.

En este sentido, el siguiente trabajo de investigación presenta una evaluación operativa sobre el procesamiento de la chatarra en la Sala de Colada de CVG VENALUM, además de una alternativa sobre el horno de fusión necesario para refundir las toneladas de chatarra generadas actualmente y las que se tendrán con la puesta en operación de la tercera mesa de colada de cilindros para extrusión.

Dicha investigación está estructurada en VI capítulos, los cuales se presentan de la siguiente manera: En el capítulo I se expone el planteamiento del problema, el capítulo II contiene el marco referencial de CVG VENALUM, capítulo III se expone las bases teóricas, capítulo IV en este se presenta el marco metodológico, Capitulo V situación actual y Capítulo VI análisis y resultados. Finalmente se presentan las conclusiones, recomendaciones y anexos.

El problema

1.1 Planteamiento del problema La empresa CVG VENALUM integrante de las empresas básicas del Estado Venezolano, es la mayor productora de aluminio primario a nivel nacional, alcanzando altos niveles de ventas y reconocimiento internacional.

Básicamente su proceso productivo inicia en dos secciones, planta de carbón y planta de reducción, finalizando en la planta de colada, donde el aluminio líquido obtenido en las salas de celdas es trasegado y trasladado en crisoles al área de Colada para ser vertido en hornos de retención y dependiendo del requerimiento del cliente, son agregados aleantes, teniendo como producto final cilindros de extrusión, lingotes de 10kg, 22 kg y pailas de 680 kg.

En la parte del procesamiento del aluminio líquido, mientras se encuentra almacenado temporalmente en los hornos de retención, es introducido a éstos, en función de su composición química, cierta cantidad de chatarra ya sea interna o externa que es generada en distintos puntos del proceso para su refusión y utilización. La chatarra externa que es procesada en la planta de Colada, se genera en los derrames de celdas, derrames en la calle, varillas anódicas y de envarillado; mientras que la chatarra interna es generada por lingotes defectuosos, cilindros defectuosos, viruta en sierra, despuntes de cilindros, chatarra extraída de escoria y aluminio proveniente de las celdas con alto porcentaje de hierro.

CVG VENALUM dentro de sus avances tecnológicos y de producción, instaló la tercera línea de producción de cilindros de tecnología WAGSTAFG, a la cual se le han realizado diversas pruebas, estimando su inicio de operaciones para Marzo del 2011 y de ésta manera poder atender la demanda en el mercado. Cabe destacar que la capacidad con 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 y por consiguiente aumentará también los niveles de chatarra, llegando a colapsar el proceso de refusión en los hornos de retención.

Ante tal situación, la Gerencia de Proyectos en respuesta a la problemática que se generará en la Sala de Colada, plantea el desarrollo del Proyecto: Centro de manejo de materiales asociados a la distribución y preparación de aluminio líquido en la Sala de Colada.

En base a este proyecto es necesario realizar un estudio para determinar la situación actual de generación y procesamiento de chatarra interna y externa en el área de Colada para la evaluación operativa sobre la adquisición de un horno con capacidad de refusión necesaria para los niveles de producción de chatarra y tiempos de procesamiento del material.

1.2 Objetivos 1.2.1 Objetivo general Efectuar una evaluación operativa en base a la generación y procesamiento de la chatarra, necesaria para la implementación de un horno de fusión en el centro de manejo de materiales del área de distribución y preparación del metal en la Sala de Colada de CVG VENALUM, Zona Industrial Matanzas, Puerto Ordaz-Edo. Bolívar.

1.2.2 Objetivos específicos 1. Evaluar la situación actual del proceso de preparación, colada y solidificación del aluminio líquido, específicamente, localizar los puntos de generación de chatarra interna y externa y detallar el procesamiento de la misma.

2. Analizar los datos históricos sobre los niveles de producción de aluminio, niveles de producción de chatarra interna y externa, y el porcentaje de refusión.

3. Diseñar un método basado en el análisis de regresión lineal para determinar las proyecciones de producción de chatarra interna y externa.

4. Evaluar una alternativa para la adquisición de horno que satisfaga las necesidades presentes y futuras de refusión de chatarra en el área de Colada.

1.3 Justificación La evaluación operativa de un centro de manejo y preparación de materiales en el área de colada, específicamente, de un horno tipo fijo 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; ya que este proceso se realiza en hornos no diseñados para esa finalidad (hornos de retención).

Implementar un horno de fusión en el proceso de preparación y moldeado del aluminio líquido en el área de Colada de CVG VENALUM, permitirá reducir las pérdidas de aluminio por fusión y el aumento de la productividad en hornos y unidades de producción, al no tener que usar los hornos de retención para fundir la chatarra interna y externa de aluminio.

Este informe presenta un método de análisis de regresión lineal para cálculos futuros de generación de chatarra. Igualmente, muestra los detalles operacionales del horno necesario para la refusión de la chatarra, y los beneficios productivos que generará; por tanto, se convierte en una 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.

1.4 Alcance de la Investigación La presente investigación se lleva a cabo en el área de Colada de CVG VENALUM, Ubicada en la Zona Industrial Matanzas, Puerto Ordaz, Estado Bolívar; específicamente en la Superintendencia de Distribución y Preparación del Metal, Superintendencia de Productos Verticales y Superintendencia de Productos Horizontales, adscritas a la Gerencia de Colada. El informe consiste en el estudio de la situación actual de generación y procesamiento de la chatarra, además de la evaluación operativa de un horno para la refusión de la chatarra interna y externa.

Cabe destacar que para la realización de la Práctica Profesional, se contará con un tiempo de trabajo de 16 semanas, iniciando el día 15 de Noviembre de 2010 y culminando el día 04 de Marzo de 2010.

1.5 Limitaciones de la Investigación Una de las limitaciones para este proyecto, es que todos los cálculos serán realizados a partir de datos comprendidos entre el año 2005 y 2009, ya que la información referente al año 2010, no está completa, al no haber finalizado el año. Además de que esta información (niveles de producción de aluminio liquido, procesamiento y generación de chatarra) no representan los valores normales y/o estándares de producción, ya que estos procesos productivos se vieron afectados por la situación nacional de recorte de energía eléctrica lo que conllevó a la desincorporación temporal de cierto número de celdas del área de Reducción, disminuyendo así, el suministro de aluminio primario al área de Colada, impidiendo realizar de forma optima el procesamiento de la alúmina en las celdas de reducción y por consiguiente la disminución de producción en el área de Colada de CVG VENALUM.

Marco referencial

Generalidades de la Empresa 2.1. Razón social y Nombre comercial La industria Venezolana de Aluminio C.A. (CVG VENALUM), adscrita al Ministerio de Industrias Básicas y Minería (MIBAM), y a La Corporación Venezolana de Guayana (CVG), es de capital mixto y por su condición jurídica es una Compañía Anónima.

2.2 Reseña histórica de la Empresa La industria Venezolana del Aluminio CA. (CVG VENALUM), se constituyó el 29 de Agosto de 1.973, con el objeto de producir aluminio primario. Convirtiéndose en una empresa mixta, con una capacidad de 150.000 TM/ Año y un capital mixto de 34.000 millones de bolívares.

Fue inaugurada, oficialmente, el 10 de Junio de 1.978. Actualmente es una empresa con 80% de capital venezolano, representado por La Corporación Venezolana de Guayana y un 20% de capital extranjero, suscrito por el consorcio Japonés integrado por Showa Denko K.K., Kobe Steel LTD., Sumitomo Chemical Company Ltd., Mitsubishi Aluminium Companyi Ltd,. Marubeni Corporation.

Cuenta con cinco líneas de producción y sus principales productos son: lingotes de 680 Kg., que comercializa a partir del año 2000, lingote de 22 Kg., cilindros para extrusión y aluminio liquido que suministra a varias transformadoras de la zona (Sural y Pianmeca).

CVG VENALUM está ubicada en La Zona Industrial Matanzas en Ciudad Guayana, urbe creada por decreto presidencial el 02 de Julio de 1.961 mediante fusión de Puerto Ordaz y San Félix. La escogencia de la región Guayana, como sede en la gran industria del aluminio, se debe a que se encuentra rodeada por los ríos más caudalosos del país: Orinoco, Caroní, Paraguas y Cuyuní, entre otros. La presa "Simón Bolívar" en Gurí, es una de las plantas hidroeléctricas de mayor potencia instalada en el mundo y su energía es requerida para la producción de aluminio.

La posibilidad de navegación a través del Río Orinoco en barcos de gran calado en una distancia aproximada de 184 millas náuticas (314Km), hasta el Mar Caribe y de allí a todos los puertos del mundo, aumenta las posibilidades de comercialización de los productos. Estos privilegios y virtudes habidos en la región de Guayana, determinan su notable independencia en materias de insumos y un alto grado de integración vertical en el proceso de producción de aluminio.

Figura N° 1: Ubicación de la Empresa

Fuente: Manual de Inducción de CVG. VENALUM Desde su inauguración, CVG VENALUM se ha convertido, paulatinamente en uno de los pilares fundamentales de la economía venezolana, siendo a su vez en su tipo, una de las plantas más grandes de Latinoamérica, con una capacidad instalada de 430.000 TM por año.

Esta importante empresa, además de superar su capacidad instalada en producción de 430 Mil Toneladas al año por cuatro años consecutivos, 2002 – 2005, ha dado un vuelco significativo a su política de comercialización destinando un mayor porcentaje de venta a los clientes nacionales, apuntando con ello al impulso.

Asimismo, cuenta con la Certificación de la Norma ISO 9001– 2000, con sus áreas medulares de producción: Colada, Reducción y Carbón, lo que la posiciona como una industria que satisface los requerimientos de sus clientes.

En una nueva etapa de la República Bolivariana de Venezuela, caracterizada principalmente por el proceso de cambio revolucionario que apunta hacia el desarrollo de una economía productiva, alcanzar la justicia social, construir la democracia Bolivariana, fortalecer la soberanía Nacional y promover un mundo multipolar, CVG VENALUM como ente adscrito al Estado Venezolano tiene la misión de contribuir en la concreción de dichas estrategias y apalancar las iniciativas trazadas hacia la construcción del Socialismo del Siglo XXI, en áreas de fomentar una mejor calidad de vida para todos.

2.3 Descripción de la Empresa La empresa CVG VENALUM se encarga de la producción del aluminio, utilizando como materia prima la alúmina, criolita y aditivos químicos (fluoruro de calcio, litio y magnesio). Este proceso de producir aluminio se realiza en celdas electrolíticas.

Dentro del proceso de producción de la planta industrial, existen mecanismos de alimentación que desempeñan un papel fundamental en el funcionamiento de la misma, los cuales son: la Planta de Carbón, Planta de Colada, Planta de Reducción e instalaciones auxiliares.

Sector Productivo La industria del aluminio CVG. VENALUM, es una empresa de sector productivo secundario, ya que esta se encarga de transformar la alúmina (materia prima) en aluminio, el cual es procesado en diferentes formas: cilindros, pailas, lingotes, etc., de acuerdo a los pedidos realizados por sus clientes.

Proceso productivo Los procesos productivos de CVG VENALUM son los siguientes:

Planta de Carbón En la Planta de Carbón y sus instalaciones se fabrican los ánodos que hacen posible el proceso electrolítico. En el Área de Molienda y Compactación se construyen los bloques de ánodos verdes a partir de coque de petróleo, alquitrán y remanentes de ánodos consumidos. Los ánodos son colocados en hornos de cocción, con la finalidad de mejorar su dureza y conductividad eléctrica. Luego el ánodo es acoplado a una barra conductora de electricidad en la Sala de Envarillado. La Planta de Pasta Catódica produce la mezcla de alquitrán y antracita que sirve para revestir las celdas, que una vez cumplida su vida útil, se limpian, se reparan y reacondicionan con bloques de cátodos y pasta catódica.

Reducción En las celdas se lleva a cabo el proceso de reducción electrolítica que hace posible la transformación de la alúmina en aluminio. El área de Reducción esta compuesta por Complejo I, II, y V Línea para un total de 900 celdas, 720 de tecnología Reynolds y 180 de tecnología Hydro Aluminium. Asimismo, en V Línea existen 5 celdas experimentales V-350, un proyecto desarrollado por ingenieros venezolanos al servicio de la empresa. La capacidad nominal de estas plantas es de 430.000 t/año. El funcionamiento de las celdas electrolíticas, así como la regulación y distribución del flujo de corriente eléctrica, son supervisados por un sistema computarizado que ejerce control sobre el voltaje, la rotura de costra, la alimentación de alúmina y el estado general de las celdas. El proceso de reducción consiste en separar el Oxígeno de la Alúmina para producir aluminio en estado líquido, estando inmerso en un baño electrolítico bajo los efectos de una corriente eléctrica directa suministrada por una fuente externa, la cual circula desde un ánodo o polo positivo hacia un cátodo o polo negativo. El oxígeno se combina con el carbono contenido en el ánodo y forma gas carbónico el cual se libera, mientras que el aluminio se precipita y se deposita en el cátodo en estado líquido. Obteniendo como resultado aluminio en estado líquido.

Sala de Celdas La sala de celdas es el lugar donde las celdas están conectadas en circuitos en serie. CVG VENALUM está formada por cinco líneas de producción, 180 celdas por línea, lo cual da un total de 900 celdas.

Adicionalmente tiene cinco celdas del tipo V-350, las cuales están localizadas al final de la quinta línea.

Colada El aluminio líquido obtenido en las salas de celdas es trasegado y trasladado en crisoles al área de Colada, donde se elaboran los productos terminados. El aluminio se vierte en hornos de retención y se le agregan, si es requerido por los clientes, los aleantes que necesitan algunos productos. Cada horno de retención determina la colada de una forma específica: lingotes de 10 kg. con capacidad nominal de 20.100 t/año., lingotes de 22kg. con capacidad de 250.000 t/año, lingotes de 680kg. con capacidad de 100.000 t/año, cilindros con capacidad para 85.000 t/año, y metal liquido. Concluido este proceso el aluminio esta listo para la venta a los mercados nacionales e internacionales.

Colada cuenta con 13 hornos de retención y uno de fusión-retención, dos líneas de producción de cilindros para extrusión así como dos sierras de cortes. Además, en la línea de producción de cilindros, existen dos hornos, uno de homogeneizado (tipo Bach) y el otro de homogeneizado continuo. Como resultado al Proyecto de aumento de la producción de cilindros, se encuentra en etapa inicial el arranque de la unidad vertical N° 3 la cual cuenta con una nueva planta de homogeneizado continuo y corte de cilindros.

A continuación se presenta una imagen del Proceso Productivo:

Figura N° 2: Proceso productivo de CVG VENALUM Fuente: CVG VENALUM, 2010 2.4 Espacio Fisico La empresa cuenta con un area suficiente para su infraestructura actual y para desarrollar mas su capacidad en el futuro.

A continuación se presenta un cuadro de las divisiones de la Empresa:

Tabla N° 1: Divisiones de la Empresa

2.5 Objetivos de CVG VENALUM

2.6 Misión CVG VENALUM tiene por misión producir y comercializar aluminio de forma productiva, rentable y sustentable para generar bienestar y compromiso social en las comunidades, los trabajadores, los accionistas, los clientes y los proveedores para así contribuir a fomentar el desarrollo endógeno de la República Bolivariana de Venezuela.

2.7 Visión CVG VENALUM será la empresa líder en productividad y calidad en la producción sustentable de aluminio con trabajadores formados y capacitados en un ambiente de bienestar y compromiso social que promueven la diversificación productiva y la soberanía tecnológica, fomentando el desarrollo endógeno y la economía popular de la República Bolivariana de Venezuela.

2.8 Política de calidad > Productividad y Rentabilidad La Empresa deberá orientar su gestión a garantizar la máxima productividad y rentabilidad en armonía con el avance técnico de la industria y la situación del mercado del aluminio, explotando las oportunidades de sinergia de acción que identifiquen los diferentes ámbitos de competencia.

> Comercial En materia de comercialización, la empresa deberá emprender acciones para garantizar el máximo valor agregado de la cesta de productos, conciliando la excelencia técnico-económica con el máximo retorno de mercado.

> Calidad y Ambiente CVG VENALUM, con la participación de sus trabajadores y proveedores, produce, comercializa aluminio y mejora de forma continua su sistema de gestión, comprometiéndose a:

o Garantizar los requerimientos del cliente.

o Prevenir la contaminación asociada a las emisiones atmosféricas, efluentes líquidos y desechos.

o Cumplir la legislación y otros requisitos que suscriba la empresa, en materia de calidad y ambiente.

> Social CVG VENALUM como empresa del Estado venezolano a fin de contribuir con el desarrollo de la economía nacional, impulsará proyectos de carácter socioeconómicos generadores de empleo y bienestar social para la región, que elevan la calidad de vida de la comunidad que la circunda.

> Desarrollo CVG VENALUM deberá impulsar el desarrollo integral y sostenido del sector del aluminio, orientando su acción como una extensión regional del Estado en Pro de la reactivación, desarrollo y consolidación de la cadena transformadora nacional y del parque metalmecánica conexo.

2.9 Estructura Organizativa La estructura organizativa de CVG VENALUM es de tipo lineal y de asesoría, donde las líneas de autoridad y responsabilidad se encuentran bien definidas, actualmente fue restaurada y aprobada por la Corporación Venezolana de Guayana el 28 de Febrero del 2003, debido a la disolución de la Industria Aluminio de Venezuela

Figura N° 3: Estructura Organizativa General Fuente: Intranet de CVG VENALUM, 2010 2.9.1 Gerencia de Colada Es una unidad lineo-funcional adscrita a Ia Gerencia General de Planta, su misi6n es garantizar el cumplimiento de las metas de producci6n de conformidad con los planes de producci6n y despacho establecidos, a fin de lograr Ia obtenci6n del producto terminado y despacho del metal liquido y solido para Ia venta, en condiciones de calidad, oportunidad y costas competitivos, mediante el mejoramiento continuo de los procesos humano social, tecnicos y administrativos, asf como tambien Ia protecci6n del media ambiente Adscrita a esta gerencia se encuentra la superintendencia Distribución y Preparación de Metal, la cual vela por el suministro de metal liquido preparado a las unidades de producción, así como el despacho de aluminio liquido a clientes internos y externos, a fin de satisfacer los requerimientos de los clientes, en función de los programas establecidos, composición química y condiciones de entrega en conformidad con los parámetros de calidad, oportunidad y costos requeridos; en dicha unidad se obtiene toda la información y datos sobre la generación, distribución e incorporación de la chatarra al proceso productivo.

Figura N° 4: Estructura organizativa de la gerencia de colada.

Fuente: Intranet CVG VENALUM, 2010 2.9.2 Gerencia de Proyectos Al igual que la gerencia de colada es una unidad lineo-funcional, pero adscrita a la presidencia y su misión es garantizar la planificación, desarrollo, evaluación y ejecución de los proyectos de obras e infraestructura civil, mecánica, eléctrica, de instrumentación y ambiental de la empresa, formuladas por las diferentes Unidades Organizativas; así como, la instalación y mejora de los equipos y sistemas industriales cuando sea requerido, a fin de disponer de una infraestructura adecuada para el funcionamiento de las operaciones y optimizar la ejecución de sus procesos, en términos de oportunidad y menor costos, de acuerdo con las, normas técnicas, ambientales, legales y procedimientos establecidos.

En base a que el trabajo se realiza en la búsqueda de establecer una alternativa de un horno de fusión para el Centro de Manejo de Materiales Asociados a la Distribución y Preparación de Aluminio liquido en la Sala de Colada, esta investigación esta bajo la tutoría de la división de Proyectos Estratégicos, la cual está adscrita a la Gerencia Proyectos y se encarga de asegurar la gestión para el desarrollo de ingeniería básica y detalle, la ingeniería de costos, los paquetes de construcción, así como la correspondiente evaluación técnica económica de los proyectos estratégicos del portafolio de la empresa, de acuerdo a las especificaciones técnicas y metodología establecida, normativas legales y procedimientos vigentes y dentro del tiempo y en los términos de calidad establecidos, con el fin de contribuir con el incremento de vida útil y el valor de la empresa.

Figura N° 5: Estructura organizativa de la gerencia de proyectos.

Fuente: Intranet CVG VENALUM, 2010

Marco teorico

3.1 El Aluminio El aluminio es el tercer elemento más común encontrado en la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza de la tierra y se encuentran presentes en la mayoría de las rocas, de la vegetación y de los animales. El aluminio puro es un metal suave, blanco y de peso ligero. Al ser mezclado con otros materiales como: silicón, cromo, tungsteno, manganeso, níquel, zinc, cobre, magnesio, titanio, circonio, hierro, litio, estaño y boro, se producen una serie de aleaciones con propiedades específicas que se pueden aplicar para propósitos diferentes.

El aluminio puede ser fuerte, ligero, dúctil y maleable. Es un excelente conductor del calor y de la electricidad; el valor de su densidad es de 2.7 y las temperaturas de fusión y ebullición son de 660º C y 2.467º C, respectivamente. No se altera en contacto con el aire ni se descompone en presencia de agua, debido a que su superficie queda recubierta por una fina capa de óxido que lo protege del medio. Sin embargo, su reactividad con otros elementos es elevada: al entrar en contacto con oxígeno produce una reacción de combustión que origina una gran cantidad de calor, y al combinarse con halógenos y azufre da lugar a la formación de haluros y sulfuros.

3.1.1 Constantes Físicas y Químicas del Aluminio

Una de las mayores ventajas del aluminio es que puede ser reciclado una y otra vez sin perder su calidad ni sus propiedades. Se emplea como elemento de aleación en los aceros de nitruración, que suelen contener 1% aproximadamente de aluminio. También se usa en algunos aceros resistentes al calor. El aluminio es un elemento desoxidante muy enérgico y es frecuente añadir 300gr por tonelada de acero para desoxidarlo y afinar el grano.

3.1.2 Obtención de Aluminio La producción de aluminio consiste de 3 pasos: extracción de bauxita, producción de alúmina y electrólisis de aluminio. Con un porcentaje de 8%, el aluminio es el 3er metal más abundante en la superficie de la tierra. La materia prima para la producción de aluminio, bauxita, está compuesta principalmente por uno o más componentes de hidróxido de aluminio, además de silica, hierro y óxido de titanio como las principales impurezas.

Extracción de Bauxita.

La bauxita es extraída principalmente por métodos de mina abierta, los cuales tienen un impacto en el ambiente. Los principales aspectos ecológicos a considerar están relacionados con la limpieza del suelo, impacto en la flora y fauna local y la erosión del suelo. Cuatro toneladas de bauxita son requeridas para producir dos toneladas de alúmina, las cuales producirán una tonelada de aluminio en una reductora.

Figura N° 6 : extraccion del mineral de Bauxita.

Fuente: Centro de Innovacion Tecnologica del Aluminio.Ministerio de Industrias Basicas y Mineria, 2010 Produccion de alumina.

La bauxita tiene que ser convertida en óxido de aluminio puro (alúmina) antes de que pueda ser transformada en aluminio por medio de la electrólisis. Esto es realizado a través del uso del proceso químico Bayer en las refinerías de alúmina. El óxido de aluminio es separado de las otras sustancias de la bauxita mediante una solución de soda cáustica, la mezcla obtenida es filtrada para remover todas las partículas insolubles. Después de esto, el hidróxido de aluminio es precipitado de la solución de soda, lavado y secado, mientras que la solución de soda es reciclada. Después de la calcinación, el producto final, óxido de aluminio (Al2O3), es un fino polvo blanco.

Figura N° 7 : produccion de Alumina Fuente: Centro de Innovacion Tecnologica del Aluminio.Ministerio de Industrias Basicas y Mineria, 2010 Electrolisis del Aluminio.

El aluminio primario es producido en plantas de reducción, donde el aluminio puro es extraído de la alúmina por medio del proceso Hall-Heroult. El proceso de reducción de alúmina en aluminio líquido es realizado a una temperatura promedio de 950 grados Celsius en un baño fluorinado y bajo una alta intensidad de corriente. Este proceso es realizado en celdas electrolíticas, donde los cátodos de carbón forman el fondo de la celda y actúan como electrodo negativo, los ánodos (electrodos positivos) son mantenidos en el tope y son consumidos durante el proceso cuando reaccionan con el oxígeno proveniente del electrolito.

Todas las líneas de celda construidas desde principios de 1970 usan la tecnología de ánodo pre-cocido, donde los ánodos manufacturados de una mezcla de coque de petróleo y alquitrán son pre-cocidos en una planta de ánodos. En la tecnología Soederberg, la pasta de carbón es alimentada directamente en el tope de la celda y los ánodos son producidos utilizando el calor liberado por el proceso de reducción.

Figura N° 8: electrolisis del Aluminio.

Fuente: Centro de Innovacion Tecnologica del Aluminio.Ministerio de Industrias Basicas y Mineria, 2010 El aluminio trasegado a las celdas a intervalos regulares, es transportado a la sala de colada, donde las aleaciones de aluminio son preparadas de acuerdo a los requerimientos del cliente. El aluminio líquido obtenido en la sala de celdas, 99,8 % puro, es transferido en crisoles a la sala de Colada y vertido en hornos de retención, donde metales como titanio, magnesio, hierro y cobre son añadidos para preparar las aleaciones requeridas por los clientes. El metal líquido en los hornos es sometido a diferentes pruebas de calidad para luego ser transferido a la unidad de producción respectiva. Durante el proceso de producción, el aluminio líquido es vaciado en moldes enfriados por agua. El producto final puede ser aluminio primario en lingotes para refusión, lingotes para extrusión o planchones para laminación.

3.2 Equipos 3.2.1 Crisol Deposito ubicado en la parte lateral o inferior de un horno, el cual recoge el metal fundido. Los crisoles se construyen de muy diversos materiales, según el objeto al que se destinen:

> Crisoles de fundición: la fundición muy carburada resiste la acción de agentes que atacan a muchos metales, por eso se utilizan en algunos casos crisoles de hierro fundido > Crisoles de plata: se utilizan en análisis para el ataque de diversas sustancias con los álcalis > Crisoles de platino: son muy empleados en análisis y su manejo requiere determinadas precauciones a fin de que no se deterioren con facilidad.

> Crisoles de Hess: se fabrican con una arcilla que por término medio contiene 71 % de sílice, 25 % de alúmina y 4 % de óxido férrico. A esta arcilla se le añade todavía de 1/3 a 1/2 % de su peso de arena cuarzosa. Se distinguen por ser muy refractarios y por consiguiente muy apropiados para muchas operaciones químicas en las que se requieren elevadas temperaturas. Sin embargo a causa de su porosidad y de lo áspero de su superficie no son utilizables para ciertos trabajos de fusión, como por ejemplo la de metales nobles > Crisoles de cemento: se preparan con una mezcla de arcilla, arena silícea, cemento y otras materias análogas > Crisoles de chamotte: están formados por arcilla rica en sílice y alúmina, que se ha mezclado con polvo de arcilla refractario ya cocida, con arena cuarzosa y otros materiales semejantes 3.2.2 Horno de Retención Los hornos de retención tienen como función mantener en estado líquido el metal proveniente de celdas, permitiendo la adición de elementos aleantes requeridos para la preparación de aleaciones. Su estructura consta básicamente de una carcasa o cubierta de acero, recubierta internamente con ladrillos refractarios , material aislante, losas refractarias, refractarios plásticos y concreto refractario, quemadores a gas, para un horno de 45tm aproximadamente cuenta con cuatro (4) quemadores, dos (2) puertas de acceso para las operaciones de preparación del metal, las cuales están revestidas de material refractario y se puede bajar y levantar por motores eléctricos, rampa de drenaje de metal liquido durante las operaciones de extrusión de escoria, sistema de tuberías y válvulas para la mezcla de gas y aire, sistema de inyección de cloro (Cl) y gas inerte (argón y nitrógeno) para el des-gasificado del metal liquido y panel de control de la llama de los quemadores y registro permanente de la temperatura del metal.

3.2.3 Maquina lingotera En la obtención de lingotes de 10 kg y 22 kg se emplean líneas o lingoteras horizontales especialmente diseñadas para ello, cada máquina o unidad consta de 212 moldes, los cuales están ubicados en líneas, o sea, uno a continuación del otro, formando cuatro (4) grupos de cincuenta y tres (53) moldes, cinco (5) que producen los lingotes bases de los bultos y cuarenta y ocho (48) moldes planos que conforman el resto del bulto.

Los moldes son de hierro nodular especialmente diseñados para que el enfriamiento por agua del aluminio líquido sea lo más rápido, siendo al mismo tiempo resistentes a los choques térmicos y teniendo un alto índice de elongación (12% mínimo), evitando de esta manera su agrietamiento o rotura debido a los cambios bruscos de temperatura intrínseca del proceso.

Las maquinas lingoteras constan también de canales de distribución del metal con sus respectivas válvulas de flujo, así como un sistema de deflexión para evitar en el llenado consecutivo de los moldes que se encuentran en constante movimiento, derrames de metal entre molde y molde.

El enfriamiento de los moldes con la consecuente solidificación del metal se realiza a través de una gran cantidad de rociadores de agua, situada en la parte inferior de la cadena que soporta los moldes, la cual a su vez se apoya en rodillos que se desplazan sobre unas vigas y producen el movimiento horizontal homogéneo que conlleva a la realización de la colada continua. Al final de la cadena se encuentra una estación de descarga y una maquina apiladora automática que está programada para conformar los bultos.

3.2.4 Rueda giratoria horizontal (lingotes de 680 kg) Maquinaria para la producción de lingotes o pailas de 680kg la cual está diseñada por una rueda giratoria de dieciséis (16) moldes, que al girar y posesionarse en la estación de colada, son llenados mediante un sistema de canales de forma discontinua y posteriormente son enfriados con rociadores de agua para aumentar la velocidad de solidificación de los lingotes de aluminio.

3.2.5 Unidad de colada vertical La unidad de colada vertical tiene la responsabilidad de producir cilindros para la extrusión. El proceso o mecanismo de colada utilizado es el sistema NEW HOT TOP SHOWA. La preparación de la mesa de colada vertical comienza por el sistema de desgasificación en la línea MINT III y termina con la mesa de colada. Se revisa la presión, el flujo de agua, el sistema de lubricación y moldes. También se debe acondicionar el canal y la caja de filtro, lo cual se inicia retirando todo el metal acumulado en ambas partes, se sustituye el filtro cerámico por otro nuevo. Durante la preparación final de la mesa de colada se realiza el chequeo de los movimientos de la colada, su velocidad y el acoplamiento de todas las partes de la mesa, estas deben estar totalmente limpias y sin daños. El precalentamiento de toda la maquina no debe ser menor de 300°C. Después de finalizar la preparación de la mesa se inicia el proceso de colada. Las variables que se deben tomar en cuenta para la obtención de estos productos cuando se utiliza el sistema de colada NEW HOT TOP SHOWA son las siguientes:

1. Temperatura del metal liquido para el momento de la colada.

2. Temperatura, caudal y presión del agua de enfriamiento.

3. Temperatura y flujo de aceite, así como de los tiempos de exposición.

4. Velocidad de colada.

5. Precalentamiento de los filtros cerámicos.

3.2.6 Horno de homogeneización Horno es utilizado en la segunda etapa de producción de cilindros para extrusión, ya que los tochos o cilindros se deben "homogeneizar". Mediante este tratamiento térmico a temperaturas relativamente altas, se reducen las tensiones de colada, las cuales al efectuar el corte para obtener los tochos, podrían provocar grietas. Por otro lado se aspira conseguir una estructura favorable para la extrusión (disminución de la resistencia a la deformación). En general el proceso de homogeneización ocurre de forma siguiente:

> la composición química presente en los cilindros es aluminio, hierro, silicio y magnesio en distintas proporciones; durante su preparación es agregado titanio como un estimulante de grano.

> Esta aleación es colada en las mesas de colada continua a una temperatura comprendida entre 690-715°C y enfriada con agua a presión.

> Este proceso de enfriamiento hace que la superficie del cilindro se enfrié con mayor velocidad que el centro y parte media del cilindro, lo que origina que se generen granos de menor diámetro en la superficie del cilindro y de mayor diámetro en el núcleo.

> Esta diferencia de granos impide la extrusión de cilindros sea optima.

> Los cilindros son introducidos en el horno para su homogeneización, el proceso se basa en tres etapas:

1. Etapa de incremento de temperatura: aquí se eleva la temperatura de los cilindros desde la temperatura ambiente hasta 585°C.

2. Etapa de empape o absorción: aquí se debe asegurar que la temperatura del cilindro sea la misma tanto en la superficie como en el núcleo, alcanzado un tamaño de grano homogéneo en toda la estructura. En teoría, para alcanzar la temperatura constante y grano homogéneo es necesario que los cilindros se encuentre en horno 1hr por cada pulgada de diámetro.