AUTOMAÇÃO NO CARREGAMENTO DO ALTO FORNO

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1 AUTOMAÇÃO NO CARREGAMENTO DO ALTO FORNO Automação Industrial Disciplina: Engenharia de Automação de Processos Produtivos II Professor: Ms. Eng. Jomar Teodoro Gontijo Diego Oliveira Diego Paulo Jordan Bonani Rafael Fontana Talles Romano Wanderson Silva Divinópolis 2017

2 RESUMO Neste artigo será apresentado um estudo de caso do processo de automação dentro de uma siderúrgica na cidade de Divinópolis, Minas Gerais. Com a introdução deste sistema na Siderúrgica União, substituindo o modelo de processo manual, podemos elencar diversas vantagens e melhorias operacionais, funcionais e financeiras para a empresa. O foco foi no sistema do alto forno para a obtenção do ferro gusa. Palavras chave: automação; siderúrgica; ferro; gusa.

3 Lista de Ilustrações Figura 1 - Demonstração do processo do alto forno...3 Figura 2 - Fluxograma do sistema do alto forno...4 Figura 3 - Botoeiras na mesa de comando...4 Figura 4 - Tela da partida topo em modo automático...7 Figura 5 - Tela da partida minério em modo automático...8 Figura 6 - Tela da partida carvão em modo automático...9 Figura 7 - Tela da instrumentação...9 Figura 8 - Tela da recirculação da água...10 Figura 9 - Tela dos compressores...10

4 Sumário 1. Introdução Automação em Siderúrgicas O Processo do Alto Forno Sistema de carregamento de alto forno Processo de Carregamento de Alto Forno Manual Falhas do processo manual Pontos importantes para projeto de automação Estudo de Caso Automação Processo de operação via PLC supervisório Funcionamento do supervisório Topo Minério Carvão Instrumentação Vantagens e Desvantagens da Automação Vantagens Desvantagens Considerações Finais Referências... 12

5 1 1. Introdução Automação é um sistema que emprega processos automáticos que comandam e controlam os mecanismos para seu próprio funcionamento. Através da análise de um processo automotivo em uma siderurgia, especificamente no carregamento de alto forno, pode-se exemplificar a importância e o impacto da automação dentro de um mercado competitivo. Conforme disse G. Friedrichs, "O advento da microeletrônica oferece uma nova dimensão às mudanças tecnológicas e à automação. Existem, no mínimo, cinco fatores que fazem da microeletrônica a tecnologia-chave da nossa época" (Friedrichs, 1983, p.81). É no alto forno em que se obtém o ferro gusa, matéria prima essencial para aplicação nas indústrias automobilística, ferroviária, naval, entre outras. A partir do acompanhamento da operação do alto forno, foi descrito o processo e o sistema de carregamento, analisou-se as possíveis falhas e as vantagens e desvantagens que a automatização do processo pode gerar operacional, funcional e economicamente. 2. Automação em Siderúrgicas A siderurgia é uma indústria de grande importância no mundo, na medida em que é o alicerce de várias cadeias produtivas, tais como a automotiva, a da construção civil, a de bens de capital, dentre outras. A redução do consumo de energia, retração das emissões atmosféricas, o aperfeiçoamento da gestão dos recursos hídricos, o melhor tratamento dos resíduos, o desenvolvimento de modelos matemáticos para controle de processos dinâmicos, dentre outros, são temas de discussão predominantes nesta indústria. A automação visa otimizar e aperfeiçoar os processos para que o problemas citados sejam minimizados. Segundo Cândido Ferreira e Rachel Borges (1984): Como nas indústrias de processo contínuo ( process ), a introdução da automação na siderurgia busca atender à necessidade de se obter maior controle sobre o desenrolar do processo produtivo, bem como de integrar ao máximo suas sequências produtivas temporais assegurando a maior utilização possível da capacidade instalada.

6 2 3. O Processo do Alto Forno O alto-forno é um forno de cuba ou fornalha com 20 a 30 metros de altura, com a forma de dois troncos de cone unidos pelas suas bases (cuba e ventre) e fechado na parte inferior pelo cadinho com a soleira. Este tem como finalidade a fusão dos minérios de ferro, hematite (Fe2O3) e magnetite (Fe3O4) e obtenção de ferro-gusa ou simplesmente designada de gusa. Para a obtenção da gusa a partir do minério de ferro adiciona-se carvão como combustível que vai permitir efetuar a separação de ferro do oxigénio no minério e calcário como fundente das gangas (minerais sem interesse metalúrgico). A função do fundente é a de separar o minério da ganga. O fundente é escolhido em função da ganga. As matérias-primas (minério, carvão e fundente) são introduzidas pela parte superior do forno, normalmente através de uma tremonha rotativa. O ar aquecido entre os 100 a 1350 ºC nos regeneradores de calor é injetado através de tubos situados na parte superior do cadinho e tem como funções permitir a combustão do coque e provocar o aquecimento das matérias-primas. Os gases redutores formados (monóxido de carbono) atravessam totalmente as matérias-primas no sentido ascendente e reduzem o minério de ferro, que se encontra em diferentes graus de oxidação. Simultaneamente, as matérias-primas são aquecidas pelos gases ascendentes. No ventre, um pouco acima do nível dos tubos, o ferro reduzido (esponja de ferro) e a escória (subproduto constituído por gangas e por cinzas do carvão) entram em fusão e escorrem para o cadinho, onde a escória, menos densa, passa a flutuar sobre a gusa. À medida que vai descendo, a gusa, por contato com o carvao, vai-se enriquecendo em carbono. Em intervalos regulares procede-se à sangria (tubos de escoamento), tanto da gusa como da escória, que vertem dos respetivos furos de sangria. Todo este processo é demonstrado na Figura 1.

7 3 Figura 1 Demonstração do processo do alto forno Fonte: Google 4. Sistema de carregamento de alto forno Todas as matérias-primas requeridas no alto forno são descarregadas em pátio de minério e fundentes aonde são armazenadas, exceto carvão vegetal, de onde são levados para silos diários, para armazenagem e posteriormente manuseio no sistema de preparação de cargas. A preparação de cargas é feita por batelada; o sistema é composto de peneiras e calhas vibratórias, bem como dos silos de pesagem. O sistema de preparação de cargas pode ser dimensionado para operar com carvão vegetal ou com coque. O uso de minério, sínter ou pelota na carga do alto forno melhora consideravelmente as condições operacionais, reduzindo o consumo de redutor (carvão vegetal ou coque) e aumentando a produtividade. Após a pesagem das matérias-primas, as mesmas são levadas ao topo do Alto Forno, com auxílio de correias transportadoras. Todo o processo de transporte da carga metálica e carvão são carregados via topo do alto forno. Tudo conforme fluxograma mostrado na Figura 2.

8 4 Figura 2 Fluxograma do sistema do alto forno Fonte: Google 5. Processo de Carregamento de Alto Forno Manual Um operador para operar sistema de carregamento via botoeiras (Figura 3), as quais tem função de preparar a carga metálica e carvão para carregamento de alto forno via correias transportadoras, tremonha giratória, cone, moegas, silo e pulmão de carvão e minério. Todo sistema e manual tendo ciclo para ser operado. Com relatório para ser preenchido e todas as vezes que a carga era passada para dentro do alto forno. Figura 3 Botoeiras na mesa de comando Fonte: Siderúrgica União

9 Falhas do processo manual Sobre carga em correias transportadoras; Sem indicadores de temperatura e pressão; Sem sensores de aberto ou fechado; Sem controle de nível de sonda; Falha operacional; Falta de ar comprimido; Perda d água Pontos importantes para projeto de automação Redução de falha operacional, mecânicas e elétricas; Redução de tempo para confecção de carga do alto forno; Implantação de indicadores, de temperatura, pressão e nível; Redução de tempo em informação; Redução de resposta para problemas; Redução de tempo mão de obras; Elaborar relatório de controle de processo; Elaborar relatório de alarme e falhas. 6. Estudo de Caso 6.1. Automação Foi contratada uma empresa especializada na automação aonde fizeram projeto de automação de carregamento de alto forno, foi projetada toda automação do Carregamento Desenvolvimento de Software PLC e Supervisório. Material e componentes usados para projeto de automação: Sensores de giro de correias transportadoras Sensores de atuação indutivos PLC usado: Twido Schneider Supervisório: Indusoft Rede: Modbus-T Foi projetada toda automação do Carregamento. Desenvolvimento de Software PLC e Supervisório.

10 Processo de operação via PLC supervisório Três modos de operação: Manual: operador pode manualmente operar todos os sistemas com um clique em cima dos equipamentos; Automático: operar totalmente sem necessidade de intervenção humana; Manutenção: para operação de manutenção, teste do sistema, ou interversão de emergência. Tipos de supervisórios: Topo; Minério; Carvão Funcionamento do supervisório Verde: está em funcionamento; Vermelho: falha, sobre carga ou bloqueado; Cinza: desativado; Marrom: sinal de carga Topo Ligar correia transportadora e tremonha giratória; Transferir a carga de cone para outro e depois para dentro do alto forno; Sondagem do alto forno; Controle de todos os insumos; Emergência.

11 7 Figura 4 Tela da partida topo em modo automático Fonte: Siderúrgica União Minério Ligar correias transportadoras, peneiras e calha vibratórias e pesagem de minério e fundentes; Liberar todos os tipos de minérios e fundentes pesados para a correia transportadora e enviado para a tremonha giratória sendo colocado dentro do cone, fazendo todo o ciclo automaticamente novamente depois do silo estar vaziou; Emergências.

12 8 Figura 5 - Tela da partida minério em modo automático Fonte: Siderúrgica União Carvão Ligar correias transportadoras, peneiras vibratórias e pesagem de carvão e moinha de carvão; Fazer pesagem do peso do carvão desejado e liberar automaticamente depois de minério e fundentes na correia transportadora.

13 9 Figura 6 - Tela da partida carvão em modo automático Fonte: Siderúrgica União 6.3. Instrumentação Foi aproveitado e colocado indicadores de pressão e temperaturas. Figura 7 Tela da instrumentação Fonte: Siderúrgica União

14 10 Reservatório de agua: Indicadores de porcentagem de nivel da agua, alarme com nivel alto e baixo de reservatório. Figura 8 Tela da recirculação da água Fonte: Siderúrgica União Compressores: Indicadores de pressão em barras, com alarma de alta pressão ou baixa pressão de compressores. Figura 9 Tela dos compressores Fonte: Siderúrgica União Relatório de alarme: Identificação de alarme, data e horas.

15 11 Relatório de pesagem e horário de passagem de carga: Pesagem de todas as moegas e peso do carvão por carga, data e horas Vantagens e Desvantagens da Automação Vantagens Melhores produtividades; Redução de custo; Melhor Segurança; Precisão; Baixo índice de percas Desvantagens Mao de obra qualificada mais caras; Mais investimentos em manutenção e custo; Capacitações de funcionário. 7. Considerações Finais O processo de automação no carregamento do alto forno se mostrou vantajoso para a empresa e foi uma mudança que impactou positivamente na operacionalização do processo, na funcionalidade e é economicamente viável. Em um mercado competitivo, a decisão de aprimorar os processos e procedimentos operacionais é imprescindível. Eficaz é aquele que toma as decisões corretas, no menor tempo e com maior precisão em seus respectivos processos industriais.

16 12 8. Referências FERREIRA, Cândido; BORGES, Rachel. O impacto da automação sobre o nível do emprego - algumas considerações. Ensaios FEE, Porto Alegre, 5(1):65-81,1984. FRIEDRICHS, G. Microeletronics; a new dimension of technological change and automation. In: PROBLEMAS do emprego e do trabalho, /s.l./. Instituto Euvaldo Lodi, abr v.l,n.l,p.81. (Mutação Tecnológica, Emprego e Crise).