Processo de análise de amostras de gusa de panela por espectrometria de emissão óptica à vácuo: O Caso CST

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1 Processo de análise de amostras de gusa de panela por espectrometria de emissão óptica à vácuo: O Caso CST Bruno Brunoro Grecco (UVV) brunoro@tubarao.com.br Carlos Rafhael Pandolfi Damico (UVV) carlos.rafhael@terra.com.br José Marinaldo Veronez (UVV) n02713@tubarao.com.br Resumo Este trabalho apresenta a substituição do processo de análise por Fluorescência de Raios-X e Combustão (LECO), pelo de Espectrometria de Emissão Óptica, para a análise de gusa líquido de panela na Aciaria da Companhia Siderúrgica de Tubarão. Palavras chave: Análises, Gusa, Emissão Óptica. 1. Introdução Para produzir o aço dentro dos padrões de qualidade estabelecidos pelos clientes, a Aciaria da Companhia Siderúrgica de Tubarão, chamada a partir deste ponto de CST, recebe o Gusa proveniente dos Altos Fornos e inicia uma série de tratamento desse, para que se possa obter o aço com as qualidades químicas desejadas. A Figura 1, mostra todas as unidades operacionais da CST, dando ênfase principalmente nas áreas de Aciaria e Tratamento de panela, onde foi desenvolvido o trabalho. Figura 1 Fluxo Produtivo da Companhia Siderúrgica de Tubarão (fonte: CST) O tempo que se leva para processar as análises do gusa de panela no Laboratório pode influenciar nos processos seguintes, portanto, se faz necessário que esse tempo seja o menor ENEGEP 2003 ABEPRO 1

2 possível, uma vez que o processo é contínuo e esses resultados são utilizados para tomadas de decisões, nas próximas etapas do processo, como cálculo da carga e tratamento da corrida. A redução do tempo do gusa na panela também pode influenciar na vida útil dos refratários que revestem a panela. Quanto maior o tempo do gusa na panela, maior será o seu desgaste. Atualmente, o tempo gasto para preparação e análise das amostras de Gusa de Panela é de 140 segundos, tempo este aparentemente pequeno, considerando que qualquer atraso nesta etapa influencia diretamente na etapa seguinte, no Convertedor, onde o tempo de sopro com oxigênio é de aproximadamente 25 minutos, qualquer atraso no tempo de análise pode influenciar diretamente na produção de aço daquele dia. Portanto, a nossa sistemática de análise para este material necessitava com urgência de um estudo que otimizasse esse processo. A partir desse ponto iniciamos as investigações acerca desse item o tempo. O presente trabalho visa apresentar o resultado de um estudo voltado para o aumento de produtividade através da análise de amostras de gusa de panela, retiradas na área de pesagem de Gusa, por Espectrometria de Emissão Óptica à Vácuo, em substituição às análises por Fluorescência de Raios-X e Combustão (LECO), cujas vantagens desta substituição, tais como: diminuição do tempo de preparação das amostras, de deslocamento do operador e de análise, dentre outras, são apresentadas no escopo deste trabalho. 2. Desenvolvimento As amostras chegam no Laboratório por uma unidade de recebimento de amostras, onde são coletadas pelo preparador de amostras que se dirige até a mesa de preparação onde quebra o pino da amostra com o auxílio de um martelo, transformando-o em limalhas, que são colocadas em um envelope apropriado para amostras e segue para a retífica onde prepara uma face da pastilha e em seguida deposita essas amostras em uma janela de visita e aciona um alarme, indicando que a amostra já fora preparada. Na sala de análises ao lado, o analista recebe essas amostras através da janela, dirige-se até o LECO e procede a determinação do Carbono e Enxofre pelo processo de Combustão na amostra do pino que fôra triturada; segue para o Espectrômetro de Raios-X onde inicia as determinações de Silício, Manganês, Cobre, Cromo e Titânio; retorna para o LECO, colhe os resultados analisados neste equipamento, volta para o Espectrômetro e imputa esses resultados no microcomputador do Espectrômetro de Raios-X e envia-os, juntamente com os resultados obtidos por Raios-X, para um sistema denominado BOF-PROCOM de onde poderão ser consultados pelo pessoal da pesagem de gusa para que possam dar o tratamento adequado ao material. Todo este processo foi minuciosamente analisado, onde foram levantadas todas as suas etapas, sendo estas dispostas na forma de Diagrama Homem-Máquina, com a finalidade de dar maior visibilidade nos tempos individuais para as atividades ou espera em cada etapa, assim como os tempos conjugados, para máquinas e operários, e o tempo total da atividade. Também se utilizou um Fluxograma de Processo, que caracteriza de forma individualizada, a duração de cada etapa da atividade, como operação, transporte, inspeção, espera e armazenamento; e ainda foi utilizado o Mapofluxograma, em que apresenta um layout da sala de preparação e análise no laboratório, indicando a trajetória dos analistas durante a atividade de preparação e análise das amostras. ENEGEP 2003 ABEPRO 2

3 3. Pesquisa de Possíveis Soluções Através de brainstorming, surgiram várias propostas a serem avaliadas quanto a sua eficácia, na redução do tempo de análise. A alternativa que se apresentou mais favorável foi analisar as amostras no Espectrômetro de Raios-X manual, que possibilita analisar todos os elementos em um mesmo aparelho e com apenas a amostra em forma de pastilha, bastando para isso verificar a viabilidade técnica de resposta dos resultados deste aparelho, desenvolver estudo da qualidade dos resultados, verificar tempo de resposta dos resultados e desenvolver curvas de calibração para todos os elementos. Apresentam-se a seguir as etapas da validação da análise por Espectrômetro de Raios-X manual: 3.1 Avaliação da Qualidade Superficial da Amostra Durante um período significativo, foram analisadas visualmente as condições das superfícies das amostras para avaliar a viabilidade do estudo. Os principais defeitos apresentados nas superfícies das amostras foram porosidade e trincas, devido ao resfriamento brusco das mesmas, mas como a análise espectrométrica é pontual, as amostras sempre apresentam superfície com espaço útil suficiente para a incidência do espectro. 3.2 Cálculo do Tempo de Análise Foram feitas várias seqüências de integração no Espectrômetro de Emissão Óptica para determinar o tempo de estabilidade das intensidades de emissão e o de análise destas amostras. Conforme mostra a Figura 2, o tempo encontrado para a estabilização, ou pré-integração da intensidade foi de 20 segundos. Para a análise propriamente dita, foi determinado o tempo de 6 segundos após o tempo da pré-integração. Com isto temos um tempo total de análise em torno de 30 segundos, pois, antes do início da pré-integração, temos 3 segundos de fluxo de argônio para limpeza da câmara de análise. Figura 2 Tempo de estabilização e análise das amostras de gusa na panela ENEGEP 2003 ABEPRO 3

4 3.3 Confecção do Programa Analítico e Testes de Repetibilidade Após definição dos tempos de análise, elaborou-se um Programa Analítico específico para análise de gusa de panela. Foi selecionada uma amostra padrão e em seguida foram realizadas medidas seqüenciais para validar a estabilidade dos resultados, o que mostrou total confiabilidade. 3.4 Calibração do Programa Foram selecionadas amostras padrões de gusa, de modo que todas as faixas de todos os elementos analisados fossem contemplados; Foram medidas as intensidades das amostras padrões para cálculos das curvas de calibração do programa; Foram calculados os parâmetros das curvas de calibração para todos os elementos do programa. 3.5 Teste de Dispersão entre Métodos Analíticos Diferentes Calculados os parâmetros das curvas, elas foram testadas com amostras padrões internacionais, apresentando desvios dentro dos limites de aceitação. Em seguida, foram feitos testes com 142 amostras de rotina. Os resultados encontrados foram tabelados e confrontados com os que haviam sido encontrados nas análises de rotina, ou seja, o método anterior, onde os resultados se apresentaram dentro dos limites de aceitação. 4. Análise das Viabilidades de Implantação do Sistema As vantagens propostas no trabalho podem ser vistas na Figura 3, onde foram analisadas as viabilidades utilizando o Diagrama de Ishikawa Figura 3- Diagrama de Causa e Efeito de Implementação da Análise por Emissão Óptica ENEGEP 2003 ABEPRO 4

5 5.Resultados Obtidos Com a eliminação do tempo de preparação do pino e da análise de Carbono e Enxofre via LECO, há um ganho de aproximadamente 40 segundos no tempo total de análise. Como podemos ver na comparação dos processos anterior e atual na Tabela 1. Tabela 1 Tempo de Análise Os resultados alcançados com a implantação desta nova metodologia de análise foram também apresentados na forma de diagrama homem-máquina, para a nova sistemática, tanto na parte de preparação quanto na parte de análise; fluxograma de processo, indicando redução na seqüência e no tempo de análise e mapofluxograma, que apresenta redução de percurso do preparador e do analista. É válido enfatizar que a proposta inicial deste estudo visou a redução de tempo, porém a nova metodologia desenvolvida ora apresentada, propiciou de forma relevante não somente ganhos operacionais, como também ganhos financeiros, mostrando assim ser viável sua implantação, cujos resultados são apresentados a seguir. Com a implantação das análises de gusa de panela por Espectrometria Óptica teremos um consumo adicional de amostras padrões para cheque do Espectrômetro. Mesmo assim teremos um ganho de aproximadamente US$ 4,360 por ano. A Tabela 2 apresenta todos os materiais reduzidos e acrescentados na mudança do processo proposto. Tabela 2 Acréscimo Custos do Processo ENEGEP 2003 ABEPRO 5

6 Além de termos um ganho anual direto de aproximadamente US$ 4.360,00, teremos um aumento do potencial de produção de toda a planta industrial, podendo vir a alcançar um lucro total de US$ ,00, considerando a diminuição do tempo de análise, proporcionará o aumento de 1 corrida por dia. Na Tabela 3, podemos verificar que a redução de 40 segundos na análise por corrida, proporcionará o ganho de mais uma corrida no final de 24 horas de produção, contabilizando mais 365 corridas no ano, obtendo um lucro total de US$ ,00. Ganho de tempo por análise/corrida (segundos)* 40 Número de corridas dia 46 Ganho diário de tempo (minutos) 30,7 Tempo de processamento de 1 corrida (minutos) 30 Toneladas por corrida 350 Custo por tonelada (US$)** 230,00 Lucro diário novo processo (US$) ,00 Lucro anual novo processo (US$) ,00 (*) - considerando uma análise por corrida (**) - valor médio devido a flutuação do mercado Tabela 3 - Lucro Total Anual com o Novo Processo 6 Conclusão Com a aplicação da metodologia para análise e resolução de problemas fica evidenciado que não só o projeto é viável como também mostra detalhadamente qual etapa da atividade era mais prejudicial ao processo, facilitando bastante na busca de soluções. Com a substituição das análises por fluorescência de Raio-X e combustão (LECO) pela espectometria de emissão óptica a vácuo, ocorreu significativa alteração na rotina de preparação e analise destas amostras, com menos disposição dos operários envolvidos neste processo e também deixando disponível os equipamentos antes utilizados, para análise de outros materiais sem que houvesse um custo inicial pois os equipamentos já estavam disponíveis no laboratório. 7 Referências CAMPOS, V.F. (1992) - Controle da Qualidade Total: No Estilo Japonês. 3ª edição, São Paulo. COMPANHIA SIDERURGICA DE TUBARÃO (1989) - Manual de Criatividade e Qualidade, 3º v. RIZZO, E. M. (2002) - Apostila de Engenharia de Métodos. Centro Universitário Vila Velha-ES. ENEGEP 2003 ABEPRO 6