IM05

Transcripción

IM05

UNEXPO. K. Díaz, J. López. Correlación de las Propiedades Fisicoquímicas del Ánodo Cocido con la
Temperatura
final de Cocción en el Sistema de Control Automático en Horno II.
324
CORRELACION DE LAS PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS DEL ÁNODO COCIDO
CON LA TEMPERATURA FINAL DE COCCIÓN EN EL SISTEMA DE CONTROL
AUTOMÁTICO EN HORNO II
Díaz, Kairusan., López Jesús,
[email protected], [email protected]
UNEXPO

estructura final y por lo tanto no se promueva la formación
Resumen—El objetivo de este estudio es correlacionar las de una alta porosidad en la fase aglutinante. Se cuenta con un
propiedades fisicoquímicas del ánodo cocido con el sistema de laboratorio analítico donde se realizan los ensayos a los ánodos
control automático, la metodología empleada fue de colocar cocidos con el fin de establecer si las propiedades
57 ánodos en verde escogidos aleatoriamente con su fisicoquímicas se encuentran dentro de especificaciones
identificación y colocadas en las mejores fosas del horno.
establecidas por las normas establecidas. Estas propiedades
Durante la cocción, el estudio de las secciones se efectuó
empleando los procesos en automático y manual, a través de nos darán indicación de que algún parámetro en el proceso
bien
sea en la (CIAPI),
cocción óDirección
en la fabricación
de los ánodos
un software,
los valores
de temperaturas
de las a la
Centroregistrándose
Interdisciplinario
de Investigación
Aplicada
Ingeniería
de Investigación
y están
curvas reales y teóricas. El resultado de la investigación fallando lo cual trae consecuencias desfavorables en el proceso
permitióPostgrado
establecerdeque
el sistema automático
genera mejores
la Universidad
Nacional Experimental
Politécnica
―AntoniosiJosé
Vice-Rectorado
Puertoestudios
de reducción
no de
es Sucre‖,
controlado.
En los últimos
resultados que el sistema de cocción en manual, a pesar de que realizados se ha determinado que ciertas propiedades se
el mismo
presenta problemas de continuidad desarrollándose
Ordaz.
encuentran fuera de especificación, lo que ha conllevado a la
de manera intermitente durante el proceso de cocción del
ánodo, debido posiblemente a la falta de actuadores, también realización de un estudio a nivel de cocción en el sistema de
con este estudio se encontró que se suscitan fluctuaciones de control automático con el fin de realizar un seguimiento del
temperatura significativas entre las curvas de calentamiento ciclo de cocción de cada una de las secciones bajo estudio, de
real con respecto a la teórica utilizando el sistema de control manera de comparar las curvas teóricas y reales de cocción que
automático, generan alteraciones tanto a las propiedades se conciben en dicho sistema, lo que permitirá diagnosticar las
fisicoquímicas que depende principalmente de la cocción fallas que se generan durante la cocción de las secciones bajo
como al proceso mismo. Se observó que la cocción del ánodo
estudio y de evaluar el comportamiento de este sistema con el
también depende del estado físico en que se encuentre las
uso de controladores adicionales.
secciones del horno.
Palabras clave— Ánodo, brea, cocción, sistema de control
II. DESARROLLO
automático.
I.- INTRODUCCIÓN
Una vez que se ha obtenido una pasta anódica con una
formulación optimizada y luego de haber conformado el
bloque anódico verde, es importante cocer dicha masa de
manera óptima pues de lo contrario se puede crear un pobre
coque residual, una rápida expansión y contracción del
compuesto causando grietas, drástico incremento de la
porosidad, pobre adhesión entre el agregado y el coque
residual, incremento de la resistividad eléctrica y baja densidad
volumétrica, que originan un ánodo cocido de baja calidad. La
cocción de ánodo se realiza en hornos de tipo cerrados de flujo
vertical, el cual consta de un sistema de control automático,
donde debe mantener una rata baja de calentamiento
apropiada, con el fin de producir una mejor carbonización que
permita que la brea coquize sin dejar atrapado los gases en la
1.1.- Recolección de Muestras
Una vez conformado el ánodo en verde y marcado el número
correspondiente a su historial con tiza ―el soldador‖, estos son
trasladados hacia el patio de almacenamiento de core o ánodos
en estudio, cuando se obtiene una gran población de estos
ánodos, se toman un grupo al azar y por medio del mortacarga
son transportados hacia la grúa kone para ser conducidos por el
convello aéreo, con el fin de emparchar o llenar los orificios de
los ánodos donde van a ser colocadas las varillas, con una
mezcla de aserrín y fino de coque(por cada saco de aserrín se
utilizan 3 tobos de fino de coque), conservando su tamaño
original, para luego ir al proceso de reducción en las celdas
electrolíticas.
1.2.- Carga de los Ánodos en Verde en Horno II.
Luego de haber llenado los orificios de los ánodos con la
mezcla, estos son nuevamente marcados con el número de su
Jornadas de Investigación 2012
325
Temperatura
historial en lugares visibles. La grúa NKM 3 los coloca en
posiciones determinadas por la cantidad de ánodos y una vez
verificado el cronograma de carga, suministrado por el
supervisor de turno, se procede a tomar notas de las
posiciones de los ánodos y del número de la fosa donde van a
ser colocados, luego por medio de la grúa NKM 3, se
posicionan dentro de la sección en la capa B y se rellana con
coque metalúrgico, colocándose seguidamente la fibra y la
bóveda una vez que se realiza el cambio de fuego, de acuerdo
a la zona de cocción.
09:18
18:36
03:54
13:12
22:30
07:48
17:06
02:24
11:42
21:00
06:18
15:19
00:37
09:55
19:13
1300
1200
1100
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
04:17
Temperatura (ºC)
Curva de cale ntam ie nto re al Vs . te órica de la s e cción de
horno 4-II
Tie m po (h)
Curva te orica
Curva re al
Grafica Nº 1. Curva de cocción real vs. Teórica de la
sección del Horno 4-II.
2.1.1
Seguimiento del ciclo de cocción de cada una de las
secciones bajo estudio en el sistema automático, tomando
como referencia las curvas de cocción reales y teóricas
generadas.
En la gráfica Nº 1 se observa que la curva de cocción real se
encuentra inicialmente por debajo de la curva de cocción
teórica en un intervalo de tiempo de (200 – 350ºC) durante la
primera etapa de precalentamiento, pero posteriormente entre
el rango de temperatura de 350 a 850ºC la curva real se
mantienen por encima de la curva teórica, permaneciendo así
hasta entrar en la etapa del tiempo de mantenimiento (Soaking
Time), donde se visualizan variaciones de temperatura, por
encima y por debajo de 1250 ºC.
07:53
20:43
09:33
22:23
11:13
00:03
12:53
01:43
14:33
03:23
16:13
05:03
1300
1200
1100
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
17:53
2.1.- Resultados y análisis.
Curva de calentam iento real Vs. Teórica de la sección de
horno 21-II
06:43
Diariamente se observa el comportamiento de la curva de
cocción de la sección en estudio con el fin de evaluar alguna
perturbación en el proceso, y se revisan variables como:
temperatura de cocción, temperatura del manifold y hora de
cambio de la sección en seguimiento. Estos datos son
registrados en un programa o software denominado Sistema de
Control y Supervisor de Hornos II, el cual registra y almacena
todos los datos procesados, ofrece gráficas reales y teóricas del
proceso, especificando las zonas de cocción y tiempo de
mantenimiento o Soaking Time.
19:33
1.4.- Seguimiento de los ánodos a través del computador.
En la gráfica Nº 2, se visualiza que la curva de cocción real en
la etapa de precalentamiento se mantiene por debajo de la
curva de cocción teórica en el rango de temperatura de 150 a
500 ºC, lo que determina que probablemente parte de los
volátiles que constituyen la brea de alquitrán usada para la
fabricación del ánodo, no se desprendieron en la velocidad
correspondiente, dando como resultado que parte de esos
gases quedaran atrapados en el ánodo generando un
desprendimiento brusco de los mismos durante la etapa de
cocción, produciéndose porosidad y grietas, que dependiendo
de sus dimensiones, afectan la calidad del ánodo al extremo de
desecharlo en las celdas de reducción.
08:23
Una vez colocados los ánodos en las fosas de la sección, se
registran en el libro de reporte de ánodos probeteados (core),
las posiciones con su respectivas fosas, la posición de la
cámara de combustión, el día de la colocación del ánodo en la
sección y el turno en el cual fue puesta en funcionamiento.
Temperatura(ºC)
1.3.- Registro en el Libro de reporte de Ánodos
Probeteados (CORE).
Tiem po(h)
Curva teórica
curva real
Grafica Nº 2. Curva de cocción real vs. Teórica de la
sección del Horno 21-II.
2.1.2
Seguimiento del ciclo de cocción de cada una de las
secciones bajo estudio en el sistema Manual, tomando
como referencia las curvas de cocción reales y teóricas
generadas.
En la gráfica Nº 3, se observa que la curva de cocción real en
la etapa de precalentamiento durante el tratamiento térmico o
cocción presenta un comportamiento descendente con respecto
a la curva teórica, lo que origina problemas a la hora de
ubicarse en un valor óptimo en la etapa de mantenimiento o
Soaking Time, ya que no alcanza el punto limite entre la
326
Temperatura
misma y la zona precedente, de esta manera, la etapa de
mantenimiento llega a ser mas corta, y la cocción es
incompleta, trayendo como consecuencia que al proceso de
cocción (Soaking time) se deba alargar el ciclo de cocción para
garantizar la homogeneidad en el ánodo, de esta manera se
consume mas energía y el proceso es menos productivo.
23:42:00
11:14:00
22:46:00
10:18:00
21:50:00
09:22:00
20:54:00
08:12:00
19:44:00
07:16:00
18:48:00
06:20:00
17:52:00
05:24:00
16:37:00
1300
1200
1100
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
04:09:00
Temperatura(ºC)
Curva de cale ntam ie nto re al Vs . te órica de la s e cción 21
de horno II
Tie m po(h)
Curva Re al
Curva Te órica
Gráfica Nº 3 Curva de cocción real y teórica de la sección
21-II
En el primer caso (sección 4), esto pudo haberse generado por
el incremento de temperatura en la etapa de precalentamiento
con un ascenso de la curva real con respecto a la teórica
(Gráfica Nº 1), que al alcanzar la etapa de tiempo de
mantenimiento (Soaking time) no alcanza la estabilización, de
esta manera la cocción no es lo suficientemente adecuada en la
primera etapa (precalentamiento) para alcanzar una densidad
apropiada, además considerando la variabilidad de la materia
prima utilizada para la fabricación del ánodo que se establece
como uno de los elementos que pueden ocasionar dicha
anomalía.
Densidad aparente de las secciones 4 y 21 del sistem a de control
autom atico
Densidad
aparente (gr/cm3)
Curva de calentamiento real Vs. teórica de la sección de horno
32-II
1,65
1,6
1,55
1,5
1,45
1,4
200
220
240
260
280
300
320
340
360
Tiempo(h)
Curva real
17:21:00
04:03:00
14:45:00
01:18:00
12:00:00
22:42:00
09:24:00
20:06:00
06:48:00
17:30:00
04:12:00
14:54:00
01:36:00
12:18:00
Probetas m onitoriados
23:00:00
1300
1200
1100
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
09:42:00
Temperatura(ºC)
En la gráfica Nº 4, se visualiza que en la etapa de
precalentamiento inicialmente hay descenso de la curva real
con respecto a la teórica pero posteriormente alcanza el nivel
de la curva teórica aproximadamente a los 625 ºC. Para la
etapa de mantenimiento o Soaking Time, la curva de cocción
real presenta fluctuaciones de temperatura.
En la gráfica Nº 5, se representan los valores obtenidos para la
densidad aparente de las secciones 4 y 21, en la misma se
observa que solo 13 ánodos se encuentran dentro del rango de
especificación (1,54 – 1,60 gr/cm3), establecido por la norma
ASTM C135-66 (1976)[1], y los 15 ánodos restantes se
encuentran fuera de especificación, por debajo del rango
óptimo; lo que representa un 46% dentro y 54% fuera del
rango respectivamente. Estos 15 ánodos fuera de
especificación se hayan distribuido de la siguiente manera: En
la sección 4, solo 6 ánodos de una población de 12 se ubican
fuera de rango y para la sección 21 con una población de 16
ánodos solo 9 se ubican fuera de rango.
Curva teórica
sección 4
sección 21
Mínimo
Máximo
Gráfica Nº 5. Densidad aparente de las secciones 4 y 21 del
sistema De control automático de horno II
Gráfica Nº 4. Curva de cocción real vs. teórica de la sección
32-II
2.1.3
Determinación de las propiedades fisicoquímicas
de los ánodos monitoreados en las secciones bajo estudio,
en Hornos II con el sistema de control automático.
A continuación se analizaran las gráficas generadas por el
estudio de las propiedades fisicoquímicas de los ánodos
horneados en las secciones 4 y 21 en Hornos II, con el sistema
de control automático, constituido por una población de 28
ánodos. Esta población se distribuye de la siguiente manera:
Sección 4 conformada por 12 ánodos y sección 21 constituida
por 16 ánodos.
Para el segundo caso (sección 21), este hecho pudo haber
ocurrido a causa de no controlar los volátiles que se desprende
de la brea en la etapa de precalentamiento, tal como se muestra
en el gráfico Nº 2, donde se visualiza que la expulsión de los
volátiles de la brea de alquitrán fue de una manera somera,
generando que cuando se transcienda en la etapa de
mantenimiento (Soaking time), estos gases se desprendan de
una manera violenta y produzcan poros y grietas al ánodo,
afectando la calidad del mismo en la celda de reducción[2].
La gráfica Nº 6, corresponde a la resistividad eléctrica, donde
se muestran gráficamente 6 ánodos fuera del rango de
especificación (52-58 micro ohm-metro), establecido por la
norma ASTM C611-67 (1980)[3]. Llevando este resultado a
327
Temperatura
Perm eabilidad de las secciones 4 y 21 del sistem a de control
autom atico
Permeabilidad (nPm)
porcentaje se tiene que el 21% se encuentra fuera de
especificación y que el 79% se encuentra dentro de rango. En
este caso se determina un alto porcentaje de valores dentro del
rango óptimo, que se manifiesta a una cocción favorable
durante la etapa de mantenimiento o Soaking Time que
determina directamente esta propiedad, como se observa en las
gráficas Nº 1 y 2, donde se visualiza una etapa de
mantenimiento con fluctuaciones mínimas que presentan una
linealidad teórica – práctica bastante aceptable.
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
200
220
Sección 4
280
300
320
340
Sección 21
220
240
260
280
300
Probetas m onitoriadas
Sección 21
Mínim o
320
340
360
Máxim o
Gráfica Nº 6 Resistividad eléctrica de las secciones 4 y 21
del sistema De control automático de horno II
La permeabilidad de los ánodos estudiados en estas secciones
se representan en la gráfica Nº 7, en donde se puede observar
que solo 4 ánodos se encuentran fuera de rango establecido por
la norma R & D carbon[4]. Representando este valor en
porcentaje se tiene que el 86% se encuentra dentro de
especificación. Al observar el gráfico Nº 7, se visualiza que los
4 ánodos fuera de rango pertenecen a la sección 21. Este
resultado es lógico de pensar ya que al relacionarlo con la
curva de cocción de esa sección (ver gráfico Nº 2), se muestra
una curva real que desciende al principio de la etapa de
precalentamiento con respecto a la teórica, que genera el
desprendimiento inadecuado de volátiles, que al incrementar la
temperatura bruscamente probablemente salen rápidamente
dejando mayor cantidad de poros de mayor tamaño, generando
permeabilidades mayores inapropiadas para el proceso.
Estos resultados encontrados por encima del máximo del
rango establecido también pudieron originarse por problemas
de fabricación del ánodo, tales como: exceso de brea de
alquitrán o por la mala calidad de las materias primas. La
permeabilidad es inversamente proporcional a la densidad
aparente, es por ello que una densidad aparente baja (gráfica
Nº 5) conduce a permeabilidades altas, mayor porosidad. La
alta permeabilidad puede ser causada por el uso de coque de
petróleo con una baja densidad vibrada, por una receta
inadecuada o por pobres condiciones de mezclado.
360
Máxim a
Gráfica Nº 7 Permeabilidad de las secciones 4 y 21
sistema De control automático de horno II
del
La grafica Nº 8 representa la conductividad térmica (w/mºK),
observándose que solo 1 ánodos de la sección 21 se encuentra
fuera del rango de especificación, establecido por la norma R
& D LTD carbon[4]. Tomando en cuenta que la conductividad
térmica depende principalmente de la temperatura de cocción
final, es decir, del tiempo de mantenimiento (Soaking time).
Conductividad térm ica de las secciones 4 y 21 del sistem a de
control autom atico
Conductividad térmica
(W/mºK)
Resistividad
electrica(microOhmmetro)
Sección 4
260
Resistivdad electrica de la secciones 4 y 21 del sistem a de
control autom atico
59
58
57
56
55
54
53
52
51
200
240
6
5
4
3
2
1
200
220
240
260
280
300
320
340
360
Sección 4
Sección 21
Mínim o
Máxim o
Gráfica Nº 8. Conductividad térmica de las secciones 4 y
21 del sistema De control automático de horno II
La gráfica Nº 9 representa la reactividad al CO 2 (polvo %),
donde cabe destacar que los 28 ánodos estudiados de las
secciones 4 y 21 , se encuentran fuera del máximo de
especificación (máxima 2), establecido por la norma R & D
carbon LTD[4]. El polvo al CO2 se dice que es uno de los
parámetros más críticos debido a que su alta cantidad
disminuye la eficiencia en la celda y esto actúa como barrera
en la conducción de la corriente, lo que origina que el voltaje
de operación aumente y produzca el efecto anódico. Esta
reactividad al CO2 se ve fuertemente afectada por la
fabricación del ánodo así como también por efectos catalíticos
de pureza como el sodio, hierro y calcio.
328
Temperatura
Reactividad al CO2(Polvo%) de las secciones 4 y 21 del sistem a de
control autom atico
Reactividad al
CO2(Polvo%)
10
8
6
4
2
0
200
220
240
260
280
300
320
340
360
Probetas monitoriadas
Sección 4
Sección 21
Máxim o
Gráfica Nº 9. Reactividad al CO2 (Polvo %) de las
secciones 4 y 21 del sistema De control automático de
horno II.
La reactividad al aire (polvo %), para las secciones 4 y 21, se
representa en la gráfica Nº 10, donde se observa que los
valores de dicha propiedad para los 28 ánodos monitoreados se
encuentran fuera del rango óptimo para un máximo de 4 %,
establecido por la norma R & D carbon LTD[4]. Este hecho se
debe según y conforme a la materia prima utilizada para la
fabricación del ánodo, específicamente por la reactividad del
coque y de los cabos. Aunado a un rango de cocción
inadecuado para alcanzar valores óptimos de reactividad al
aire.
ASTM C135-66 (1976)[4]. Llevando estos resultados a
porcentaje se tiene que el 76% se encuentra fuera de
especificación y solo el 24% se encuentra dentro del mismo.
Estos 22 ánodos fuera de rango se hayan distribuido
consecuentemente de tal forma: En la sección 21, de 12 ánodos
monitoreados 9 de ellos se ubican fuera de rango y en la
sección 32 de 17 ánodos monitoreados 13 de estos están fuera
de especificación. Los valores arrojados en las secciones 21 y
32 son críticos. Estos resultado era de esperarse ya que al
observarse los gráficos Nº 3 y 4 de la curva de calentamiento
real vs. teórica, se visualiza que en la etapa de
precalentamiento la proporción de los volátiles desprendidos
de la brea de alquitrán no fue la óptima, lo que significa que
gran cantidad de gases pudieron haber quedado atrapados en el
ánodo. Estas baja temperatura de precalentamiento genera una
mala cocción en la etapa de mantenimiento ya que se produce
un corto Soaking time debido a que la temperatura de
mantenimiento se incorpora o empieza por debajo de la curva
de cocción teórica generando un nuevo proceso de cocción y
esto a su vez conduce a mayores gastos energéticos y consumo
del horno. Es necesario destacar que el precalentamiento va a
depender de varios factores tales como: estado físico en que se
encuentran las secciones, de la abertura del By-pass, del
manifold, fugas en las secciones de estudio, etc[5].
Densidad aparente de las secciones 21 y 32 en el sistem a
m anual
12
10
8
6
4
2
0
200
Densidad aparente
Reactividad al aire
(Polvo%)
Reactividad al aire (Polvo%) de las secciones 4 y 21 del sistem a de
control autom atico
220
240
260
280
300
320
340
360
1,65
1,6
1,55
1,5
1,45
356
366
Sección 21
Máxim o
Gráfica Nº 10. Reactividad al aire (Polvo %) de las
secciones 4 y 21 del sistema de control automático de hornoLa
II.
2.1.4
Determinación de las propiedades fisicoquímicas
de los ánodos monitoreados en las secciones bajo
estudio, en Hornos II con el sistema de control manual.
A continuación se analizaran las gráficas de las propiedades
fisicoquímicas de los ánodos horneados en las secciones 21 y
32 de horno II, con el sistema de manual, en el cual tiene una
población de 29 ánodos. Esto ánodos se encuentran dividido de
la siguiente manera: Sección 21 conformada por 12 ánodos y
la sección 32 constituida por 17 ánodos.La gráfica Nº 11
corresponde a la densidad aparente (gr/cm3), donde se puede
observar que de los 29 ánodos monitoreados 22 de ellos se
encuentran fuera de especificación establecido por la norma
386
396
406
416
Sección 21
Sección32
Mínimo
Máximo
Gráfica Nº 11. Densidad aparente de las secciones 21 y
32 del sistema Manual de horno II
Resistividad electrica de las secciones 21 y 32 del sistem a
m anual
Resistividad
electrica(microOhmmetro)
Sección 4
376
62
60
58
56
54
52
50
48
356
366
376
386
396
406
416
Sección 21
Sección 32
Mínim o
Máxim o
Gráfica Nº 12. Resistividad eléctrica de las secciones 21 y
32 del sistema Manual de horno II.
329
Temperatura
observa que 9 ánodos se encuentran fuera de especificación
por la norma R & D carbon[4]. Llevando estos resultados a
porcentaje se tiene que el 31% se encuentra fuera de rango y el
69% se encuentra dentro de rango. Al visualizar el gráfico Nº
13, se observa que la sección 32 es la más resaltante y esto
puede deberse a los factores perturbadores ya mencionados
durante la cocción del ánodo tal como se observa en el gráfico
Nº 4.
10
12
10
8
6
4
2
0
356
366
376
386
396
406
416
8
6
Sección 21
Sección 32
Máxim o
4
Gráfica Nº 15. Reactividad al CO2 (polvo) de las secciones
21 y 32 del sistema Manual de horno II
2
0
356
366
376
386
396
406
416
Sección 21
Sección 32
Máxim a
Gráfica Nº 13. Permeabilidad de las secciones 21 y 32 del
sistema Manual de horno II.
La gráfica Nº 14 Corresponde a la conductividad térmica
(w/mºK), donde cabe destacar 23 ánodos de 29 se encuentran
fuera de especificación establecido por la norma R & D
carbon[4]. Llevando estos resultados a porcentaje se tiene que
79% se localiza fuera de rango, una cifra alarmante para el
caso de la conductividad térmica, ya que como esta establecido
esta propiedad depende netamente de la cocción del ánodo,
esto infiere problemas en la cocción. Al observar el gráfico Nº
14, se nota que la mayoría de estos resultados están por debajo
del mínimo de especificación, lo que significa que no hubo
una buena cocción de ánodos, lo que se visualiza en los
gráficos Nº 3 y 4, donde se percibe un corto Soaking Time.
Conductividad térmica de las secciones 21 y 32 del sistema manual
Conductividad
térmica (W/mºK)
Reactividad al CO2(Polvo%) de las secciones 21 y 32 del sistem a
m anual
6
5
4
3
2
1
0
356
366
376
386
396
406
416
Probetas monitoriadas
Sección 21
Sección 32
Mínimo
Máximo
Gráfica Nº 14. Conductividad térmica de las secciones 21 y
32 del sistema Manual de horno II
La gráfica Nº 16 Corresponde a la reactividad al aire (polvo
%), donde cabe mencionar que los 29 ánodos se encuentra
fuera de rango establecido por la norma R & D carbon
LTD[4].
Reactividad al aire(Polvo %) de las secciones 21 y 32 del sistem a
m anual
Reactividad al aire
(Polvo %)
Permeabilidad (nPm)
Perm eabilidad de las secciones 21 y 32 del sistem a m anual
La gráfica Nº 15, Pertenece a la reactividad al CO2 (polvo
%), donde se visualiza que los 29 ánodos se encuentra fuera
de rango establecido por la norma R & D carbon LTD[4].
Reactividad al CO2(Polvo
%)
La gráfica Nº 13 Representa la permeabilidad, donde se
12
10
8
6
4
2
0
356
366
376
386
396
406
416
Sección 21
Sección 32
Máxim o
Gráfica Nº 16. Reactividad al aire (polvo) de las secciones
21 y 32 del sistema Manual de horno II
Para el caso de la Reactividad al CO2 (gráfico Nº 15) y la
Reactividad al aire (gráfico Nº 16) se tiene que todos los
valores están por encima del rango establecido por las
especificaciones, en el primer caso todos sobrepasan al
máximo 2%, y en el segundo sobrepasa al máximo de 4%, lo
que se determina fundamentalmente aunado a una cocción
inapropiada, según las gráficas Nº 3 y 4, donde se visualiza el
desfase marcado de las curvas de cocción real y teóricas, a la
materia prima utilizada en la fabricación de los ánodos,
probablemente cabos de mala calidad, que no están
óptimamente limpios, el tipo de coque, la brea, etc.
Al comparar los resultados en cuanto a
propiedades
fisicoquímicas entre el sistema manual y el automático, se
visualiza que el más resaltante en cuanto a los valores fuera de
330
Temperatura
Una vez ejecutado todos estos cambios se iniciaron unas
pruebas en el computador con el personal de control de
proceso. Se realizaron modificaciones a los parámetros PID,
que son los que ejecutan las órdenes para que la curva de
cocción real no fluctué imperiosamente, pero esto no fue
posible debido a que estos parámetros no mantenían a las
curvas en linealidades y el error entre ellas era demasiado
elevado. Debido a estas series de observaciones el personal de
control y proceso junto al personal de instrumentación tomó la
decisión de incorporarle varios controladores en las secciones
donde se le habían realizado el cambio de la válvula principal
a los dos puentes quemadores con el fin de observar el
comportamiento en el proceso. Estos controladores, instalados
de una manera directa por el personal de instrumentación en el
sistema de control. Allí se pudo observar que el controlador en
la etapa de precalentamiento mantenía cierta linealidad entre
las curvas, esto era porque, este controlador en la etapa de
precalentamiento trabajaba para 24 horas solamente, es decir
era programable exclusivamente para esas horas, pero al
entrar la curva de cocción real en la etapa de mantenimiento
era óptimo 100% y mantenía una perfecta linealidad entre la
curva de cocción real y la teórica.
Curva de celentam iento real Vs. Teórica de la sección de horno
34-II con el controlador
Tiem po(h)
Curva real
Curva teórica
Gráfica Nº 17 Controlador en la sección 34-II
15:01
06:05
21:09
12:13
03:17
18:21
09:26
23:57
15:01
06:02
21:06
11:36
02:40
17:44
08:48
23:52
1300
1200
1100
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
14:56
En cuanto a las curvas de cocción del sistema automático
mostradas en las gráficas 1 y 2, se observa que los
comportamientos de las curvas reales con respecto a las
teóricas no son las más idóneas, ya que se visualizan
variaciones inadecuadas de temperatura. Esto no debería de
suceder puesto que si se trabaja con un sistema automático,
este debería controlar cualquier desbalance que ocurra en el
proceso de cocción. A raíz de estas perturbaciones se
realizaron unas series de interrogantes y evaluaciones tales
como: Si realmente los actuadores que se encontraban en los
puentes quemadores eran los ideales para el proceso ya que
estos son los encargados de lograr que el miembro de cierre de
la válvula se mueva. Esta interrogante se generó debido a que
estos actuadores se quemaban mucho, es decir, casi nunca
estaban operando y debido a esto el personal de
instrumentación junto con los ingenieros de control y procesos
evaluaron, con ayuda de un pirometro si todos los actuadores
se encontraban en funcionamiento en ese momento. Es
necesario de aclarar que estos actuadores pueden permitir un
máximo de temperatura de 60 ºC[6]. y las temperaturas
arrojadas a través de la experiencia eran de 90 a 120 ºC, lo que
permite inferir que estos actuadores estaban operando de una
manera forzada y que ese era el motivo por el cual se
quemaban, y era uno de los entes que originaban que el
Otra interrogante fue la de la válvula principal, si realmente
era la indicada para trabajar con los actuadores existentes y
que cantidad de presión de gas se debería de inyectar al
proceso. Lo que conllevó a la realización de investigaciones y
modificaciones hasta llegar al cambio de la válvula principal
con una presión de entrada aproximadamente de 5 Psi.
06:00
Figura 1. Puente quemador
sistema automático no se mantuviera en funcionamiento
constante.
Temperatura(ºC)
rango es el sistema manual. Esto se debe a que el sistema
manual es conducido manualmente por el operador, es decir, la
presión del gas a los mecheros, es manejado manual y
libremente por el operador. Esta entrada de presión se realiza
como una prueba de ensayo y error, lo que significa que la
mayoría de las veces no se tiene una presión exacta y esto
genera que la curva de cocción real sobrepase o se mantenga
por debajo de la curva real, obligando al operador a volver a
calibrar el By-pass de la llave principal del puente quemador,
tal como se observa en la figura 1. Así sucesivamente hasta
obtener la presión ideal, pero esto a su vez genera cansancio
para el operador por fatiga, y además causa daños irreparables
en la cocción del ánodo.
Temperatura
331
07:47:01
23:45:01
15:43:00
07:41:00
23:39:00
15:37:00
07:35:00
23:33:00
15:31:00
07:28:00
21:55:00
13:53:00
05:52:00
21:50:00
13:14:00
05:12:00
21:10:00
1300
1200
1100
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
13:08:01
Temperatura(ºC)
Curva de calentam iento real Vs. teórica de la sección de horno
35-II con el controlador
Tiem po(h)
Curva real
Curva teórica
Gráfica Nº 18 Controlador en la sección 35-II
En las Gráficas Nº 17 y 18, se observan que en la etapa de
precalentamiento las linealidades entre las curvas no son del
todo congruentes y esto se debe a lo explicado anteriormente,
en cuanto a la etapa de manteniendo (Soaking time) se
visualiza que la concordancia entre las curvas es bastante
aceptable, ya que el error entre ellas fue aproximadamente de
uno y dos grados por encima de los 1250 ºC.
Es necesario manifestar que los factores antes explicados
depende además del estado físico en que se encuentran las
secciones, ya que mucha de estas se hallaban en un mal estado
durante el estudio, tales como: coque calcinado pegado en las
paredes, desprendimiento de los ladrillos refractarios, y
ladrillos desgastados. Todos estos elementos provocan un
eventual bloqueo del flujo de gas produciendo una inadecuada
distribución del mismo en las secciones del horno, causando
anomalías en el ánodo cocido. Estas observaciones se pueden
apreciarse en las siguientes figuras.
Figura N° 2 Desprendimiento de ladrillos refractarios.
Figura N° 3. Coque calcinados alojados en las paredes
refractarias.
III.- CONCLUSIONES
1. El proceso de cocción en el sistema automático genera
mejores resultados que el sistema de cocción en manual, a
pesar de que el mismo presenta problemas de continuidad
desarrollándose de manera intermitente durante el proceso
de cocción del ánodo, debido posiblemente a la falta de
actuadores.
2. Un desfase marcado entre las curvas de cocción reales y
teóricas, determinan una distribución inapropiada de las
propiedades fisicoquímicas del ánodo, encontrándose en la
mayoría de los casos fuera de especificación para el
sistema manual.
3. Para los casos de los ánodos bajo estudio cuyas
propiedades fisicoquímicas se encuentran fuera de
especificación, se ha determinado que las mismas van a
depender tanto de la cocción del ánodo como de la calidad
de la materia prima utilizada para su fabricación, en mayor
magnitud, ya que para cocciones adecuadas las propiedades
del ánodo deben estar dentro de las especificaciones
establecidas.
4. Las fluctuaciones de temperatura significativas entre las
curvas de calentamiento real con respecto a la teórica
utilizando el sistema de control automático, generan
alteraciones tanto a las propiedades fisicoquímicas que
depende principalmente de la cocción como al proceso
mismo, debido a que una diferencia significativa por
debajo de la curva real de cocción implica un ciclo
adicionar de Soaking Time, causando gastos de energía y
consumo del horno, o en caso contrario, una sobre cocción
conlleva al desecho del mismo, utilizándolo en algunos
casos como cabos.
5. La implantación de controladores, es una buena alternativa
de solución mientras se encuentran las posibles fallas en el
Temperatura
sistema de control, pero no seria una decisión permanente
ya que el personal de instrumentación tendría que estar
disponible las 24 horas del día para la instalación del
mismo, disminuyendo la cantidad de horas hombre en los
puntos necesarios.
6. La cocción del ánodo también depende del estado físico en
que se encuentre las secciones del horno.
IV.- REFERENCIAS
[1] Norma ASTM C 135-66 1976.
[2] Schneider J. P. Thermal Shock of Anodes: Influence of
Raw Materials and Manufacturing Parameters. USA, Ligth
Metals. Pág 715 – 727.
[3] Norma ASTM C 611-67 1980.
[4] Norma R & D carbón. ―Anodes for the Aluminun Industry‖
2da Edición. (2006). Pag. 102.
[5] Keller, F. “Fire distributión modificatión of a 48
sectiones Baking Furnace”. Light Metal. Editorial
Highlights.. Perú. 1995. Pág. 701.
[6] Colmenares, M. ―Sistema de Control Y Supervisión de
Hornos II” Manual de operación del sistema. 2002. Pag 8.
[7] Passino K. “Biomimicry of Bacterial Foraging for
Distributed Optimization”. University Press, Princeton,
NBew Jersey, 2001.
332

IM05

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