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.