XVI FORUM DE CIENCIA Y TECNICA GEGA.

XVI FORUM DE CIENCIA Y TECNICA
Titulo: Conjunto de soluciones al carro de corte
GEGA.
Autor: René R. Barreiro González.
Centro: Acinox-Tunas
Organismo: SIME
Sindicato: SNTME
Municipio: Tunas
Provincia: Las Tunas
Código de la ponencia: 1050035
2005
INDICE
Página.
Resumen ................................................................................................................................................. 2
I. Introducción .......................................................................................................................................
3
II. Desarrollo ...........................................................................................................................................
4
2.1
2.2
2.3
Adaptación de un módulo TYPAC a la traslación del carro de corte ............................................. 4
Recuperación de las tarjetas de traslación de las antorchas del carro de corte ............................ 4
Sincronización electrónica del carro ............................................................................................... 4
III. Análisis Socio Económico ................................................................................................................ 6
3.1
Impacto Social ..............................................................................................................................
3.2
Impacto energético .......................................................................................................................
3.3
Impacto económico ......................................................................................................................
.
IV. Conclusiones .....................................................................................................................................
6
6
6
8
V. Recomendaciones ............................................................................................................................. 9
Bibliografía ............................................................................................................................................. 10
Anexos
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RESUMEN
El presente trabajo Conjunto de soluciones al carro de corte GEGA, recoge un grupo de soluciones a
los posibles problemas de roturas permanentes o temporales de los agregados principales que
conforman el carro de corte, trazándose como objetivos el aumento de la fiabilidad y flexibilidad del
proceso.
El carro de corte es la máquina, que se encarga de realizar el proceso de corte del acero vaciado en
forma de palanquilla o planchón, cuenta con un mecanismo de sincronización y otro de traslación del
carro y antorchas como elementos fundamentales. Este dispositivo realiza el proceso de corte gracias a
que cuenta con métodos para lograr la sincronización de la velocidad del carro con la de la
palanquilla(planchón) hasta alcanzar que no exista diferencia entre ellos y de esta manera realizar un
corte lo más recto posible y con la menor de las pérdidas por ese concepto.
Con el presente trabajo se logró aumentar de manera considerable la fiabilidad de este importante
equipamiento mediante la recuperación, adaptación, diseño y construcción de módulos electrónicos que
permiten que las afectaciones a la producción por concepto de corte sean mínimas, eliminando en su
totalidad la intervención del personal de la máquina, que suple de forma manual el corte en momentos
determinados, con la consiguiente mejora de sus condiciones laborales y disminución de accidentes..
En términos económicos los resultados favorables generados por este trabajo le han permitido a la
acería de Las Tunas ahorrar aproximadamente 417.716,32 pesos en los últimos cuatro años. Además
ha contribuido a mejorar las condiciones laborales anormales de los operarios de la máquina de vaciado
continuo.
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I.INTRODUCCION
En el proceso de fabricación del acero adquiere vital importancia la realización de un corte eficiente de la
palanquilla para la disminución de las pérdidas y el aumento de la calidad del producto final sobre todo
cuando éste se destina para la exportación, por las exigencias del mercado, ese es, precisamente, el
objetivo del carro de corte. Recordar que en las instalaciones de vaciado continuo una falla permanente
en el sistema de corte obligaría a detener el proceso de vaciado y por consecuencia el de la planta.
Esta máquina cuenta entre sus agregados con un módulo de gases encargado de suministrar a sus
antorchas el gas licuado propano (LPG) y el oxígeno necesario para la realización del corte del metal,
con sus respectivos reguladores y electroválvulas las cuales funcionan siguiendo una secuencia lógica
que gobierna directamente un autómata programable (PLC) SIEMENS de la serie S5.Cuenta además
con módulos para la traslación del carro y las antorchas que garantizan el movimiento hacia delante o
atrás con sus respectivas protecciones para el motor que gobierna y un rodillo para lograr la
sincronización de la velocidad del carro con la palanquilla, es válido aclarar que se cuenta además con
una sincronización manual.
¿Cómo funciona el conjunto? El PLC que controla el funcionamiento del carro recibe la señal de
precorte para que las antorchas se trasladen hasta localizar la cara de las palanquillas (planchón)
poniendo llama de calentamiento, al recibir la señal de corte acto seguido, este da la habilitación a la
máquina para salir a cortar sincronizándose a la velocidad del acero, instantes después las antorchas
cambian a llama de corte y comienzan el movimiento a una velocidad variable prefijada por el autómata
hasta culminar el ciclo de corte, señal que obliga el retorno del carro y de las antorchas hacia la posición
de reposo en espera del próximo corte.
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II.DESARROLLO
2.1 Adaptación de un módulo TYPAC a la traslación del carro de corte.
Antecedentes.
El sentido y la velocidad de traslación del carro es definida por un módulo electrónico, siguiendo una
secuencia de trabajo supervisada por el autómata a través de un intercambio de señales digitales, en
dependencia, será la salida que se enviará al motor(ver anexos fig.1) controlando su velocidad por medio
de un taco generador acoplado al mismo. Las tarjetas que conforman el puente en H encargado del
suministro de la energía al motor presentan averías que inutilizan el módulo de traslación. Lo anterior a
su vez implica una interrupción del proceso de vaciado y con ello un retraso de la producción de acero en
la planta.
Solución.
Se utilizó un controlador de velocidad de motores de DC TYPAC de la firma KLÖNER MOELLER usado
en otros agregados de la instalación de vaciado continuo (IVC) y se adaptó al carro de corte como opción
de traslación del carro ante una posible avería en el módulo DigitalSystem GEGA. Para ello no sólo fue
necesario conocer el funcionamiento de la misma sino que hizo falta crear una tarjeta de interfase (A
anexos fig.2) para lograr que el nuevo equipamiento de traslación supliera en su totalidad las exigencias
del proceso de corte. Logrando un aumento considerable en la fiabilidad.
2.2 Recuperación de las tarjetas de traslación de las antorchas del carro de corte.
Antecedentes.
Las tarjeta de traslación de las antorchas del carro de corte tienen la misión de la variación de la
velocidad del motor acoplado a la antorcha (Ver anexos fig.3b) con el fin de lograr un corte óptimo en el
acero, utilizando como elemento de potencia un puente semicontrolado a SCRs integrado que sufre de
continuas averías, causa principal de las roturas de las tarjetas.
Solución.
Debido a las repetitivas averías de los módulos de potencia, y ha la imposibilidad de poder adquirirlas
por separado, se construyó un nuevo módulo de potencia con elementos de fácil adquisición. La práctica
ha demostrado que el nuevo dispositivo es más fiable y reparable, causas que hicieron posible la
anulación de las compras de estas. El módulo original era un encapsulado hermético con radiador de
aluminio incluido (Anexos fig.3a), se separó el radiador de la parte de los semiconductores y se
construyó una placa electrónica con el puente rectificador.
2.3 La sincronización electrónica del carro.
Antecedentes.
La sincronización con rodillo se realiza a través de una rueda (rodillo) ubicada en el carro y apoyada
encima de una de las palanquillas vaciadas (Ver anexos fig. 4), acoplada mecánicamente a un encoder
que genera una señal de pulsos proporcional al valor de la diferencia de velocidad entre el carro y el
acero vaciado, que es utilizada como error en el lazo de control para el ajuste de la velocidad en el
módulo de traslación. Ante cualquier problema que lo inutilice (juegos mecánicos en el mecanismo
rodillo-encoder, rotura del encoder, imposibilidad del apoyo del rodillo sobre la palanquilla, etc) hay que
sincronizar de forma manual.
La sincronización manual consiste en ajustar a través de un potenciómetro la velocidad de
desplazamiento del carro hasta igualarla a la del acero vaciado en vista de lograr que el corte se realice
de forma transversal (Anexos fig.4). El proceso para lograr una sincronización aceptable depende en
gran medida de la habilidad del operador y puede durar varios cortes además de que se debe repetir
varias veces en una misma colada dado que la velocidad fijada depende de la de vaciado, que varía en
función de la temperatura en la artesa, trayendo como consecuencia pérdidas de acero en el proceso de
rectificación de la palanquilla o planchón. Por lo que no es aconsejable a menos que sea estrictamente
necesario.
4
Solución.
Para darle solución a esta situación se diseño un circuito electrónico (sincronización electrónica) en vista
de agregar un nuevo tipo de sincronización que eliminara las deficiencias de la manual, y que aunque
se ajustara a través de un potenciómetro, dependiera de la velocidad real de colada de forma tal que el
ajuste se realizase de forma mas eficiente y una sola vez, independiente de cambios en la velocidad de
extracción (Anexos fig. 5).Señalar que esta innovación esta en funcionamiento desde finales del 2000
con excelentes resultados.
5
III.ANALISIS SOCIO-ECONÓMICO.
3.1 Impacto social.
Las averías frecuentes ocasionadas en el sistema de corte inciden de forma negativa en las condiciones
de trabajo de los operadores del carro, la flexibilidad del nuevo diseño de sincronización neutraliza los
problemas en el corte, disminuyendo de forma considerable las posibilidades de accidentes de trabajo.
3.2 Impacto energético.
Cada interrupción o falla del vaciado provoca un tiempo improductivo promedio de 105 minutos
implicando gastos adicionales de electricidad y combustibles:
Electricidad: 16.12 MW
Fuel: 0.63 Ton
LPG: 0.122 Ton
Producto
Electricidad
Fuel
LPG
U/año
145,08 MW
5,67 Ton
1,10 Ton
3.3 Impacto económico.
El presente trabajo tiene una repercusión económica significativa con beneficios económicos directos e
indirectos, siendo estos últimos de elevada importancia.
Beneficios indirectos:
Imagen de la industria fortalecida al lograr una calidad superior en sus palanquillas y planchones de
acero.
Beneficios directos:
Incremento de la eficiencia y productividad de la industria por disminución de las interrupciones de
colada.
Para la evaluación económicamente cuantitativa de este aspecto se realizó el estudio de los reportes de
colada durante el periodo 1997-2000. Como resultado se obtuvieron índices(Anexos Tablas) que
muestran la reducción en la incidencia de algunos fenómenos que generan interrupción del vaciado y
con estos es posible determinar el impacto del presente trabajo en la eficiencia productiva señalando que
cada interrupción implica:
a) Gastos adicionales de materiales y recursos ( Energía eléctrica, Fuel, LPG, refractarios,
electrodos para fundición, piezas especiales y otros)
b) Pérdidas en acero desvalorizado a chatarra.
c) Tiempo improductivo.
El estudio arrojó que el tiempo improductivo promedio de una interrupción es 105 minutos y que con el
presente trabajo se alcanzó una disminución de las interrupciones
Partiendo de los conceptos a), b) y c) antes mencionados que implican valores económicos de pérdidas
con interrupciones y de beneficios sin estas , considerando la disminución de los índices de interrupción
obtenidos, el tiempo promedio de una interrupción, los índices de consumo de materiales y energéticos,
los coeficientes de enfriamiento y calentamiento del acero en los hornos, los precios promedios anuales
del acero, de la chatarra, de los energéticos, de los refractarios y otros materiales, los costos variables
promedio de cada año, el índice de productividad de la máquina de vaciado, etc, se cálculo el efecto
económico tanto en USD como en MN arrojando los siguientes resultados en el período desde febrero
del 2001 hasta marzo del 2004:
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Reiterando la significación de los beneficios indirectos del presente trabajo indicamos a continuación los
beneficios económicos cuantificables que resultaron del incremento de la eficiencia de la industria y la
reducción de los tiempos improductivos desde el 2001 hasta marzo del 2004:
Efecto económico total: 416.883,42 Pesos
USD: 50.8% MN: 49.2%
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IV.CONCLUSIONES
1. El presente trabajo aumentó la fiabilidad, flexibilidad y eficacia del sistema de corte en la
instalación de vaciado continuo en la acería de Las Tunas.
2. Se incrementó la eficiencia y productividad de la máquina de colada al evitar interrupciones en el
proceso productivo.
3. Este trabajo se desarrolló fundamentalmente aprovechando las capacidades instaladas y otros
recursos disponibles, pero esencialmente con una optimización del diseño del sistema de
control.
4. Con estas tecnologías se alcanzó un beneficio económico estimado para el período desde
febrero del 2001 hasta marzo del 2004 de 417.716,32 Pesos y de ello un 51% en CUC
5. Ha contribuido a proteger más la vida humana de los operarios que laboran en el carro de corte.
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V.RECOMENDACIONES
1. Diseñar una forma de medición de velocidad real precisa, en vista de eliminar el rodillo
sincronizado.
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BIBLIOGRAFIA
1. Balda, Milán : Controles automáticos para procesos. Editora Universitaria,La Habana,Cuba,1966.
2. Considine, Douglas M. : Process Instruments and controls handbook. 2da. Edición, Editorial McGrawHill Book Company, EE.UU.,1974.
3. Díaz Calvo, Julio : Electrónica digital I, Editorial Pueblo y Educación, Ciudad de la habana, 1989.
4. Ogata, Katsuhiko : Ingeniería de control moderna. Edición
Educación.Ciudad de la Habana,1981.
Revolucionaria, Editorial Pueblo y
5. National Operational Amplifiers Databook
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ANEXOS
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NOMENCLATURA Y FÓRMULAS EMPLEADAS PARA LOS CÁLCULOS DEL EFECTO ECONÓMICO.
Nomenclatura empleada:
Ie : Cantidad de interrupciones evitadas con la solución,
Ava: Acero vaciado/Artesa en averías (Ton),
CAm: Costo Artesa con Masa,
CApf: Costo Artesa con Placa Fría,
Cva: Costo variable ponderado del acero,
Dap: Desvalorización acero perdido,
E1: Efecto gastos no realizados,
E2: Efecto acero no desvalorizado,
E3: Efecto Rentabilidad en Producción,
Eac: Incremento económico por las soluciones en el sistema de corte,
Et: Efecto Económico Total,
G1: Gasto material de Artesa,
G2: Gasto refractarios en HAE,
G3: Gasto refractarios en LF,
G4: Gasto corriente eléctrica en HAE,
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G5: Gasto corriente eléctrica en LF,
G6: Gasto electrodos en HAE,
G7: Gasto electrodos en LF,
G8: Gasto LPG/Artesa con Placa Fría,
G9: Gasto LPG/Artesa con Masa,
G10: Gasto FUEL para calentar Cazuelas,
Gt: Total de Gastos Directos,
Gtac: Gastos en el sistema de corte,
Iad: Índice acero desvalorizado a chatarra en una interrupción del vaciado (Ton),
IatHAE: Índice ascenso Temperatura HAE (ºC/min),
IatLF: Índice ascenso Temperatura LF (ºC/min),
IceHAE: Índice consumo electricidad HAE (MWh/min),
IceLF: Índice consumo electricidad LF (MWh/min),
IcrHAE: Índice consumo refractarios HAE (Kg/min),
IcrLF: Índice consumo refractarios Cuchara (Kg/min),
IdtHAE: Índice descenso Temperatura HAE (ºC/min),
IdtLF: Índice descenso Temperatura Cuchara (ºC/min),
IeHAE: Índice consumo electrodos HAE (Kg/min),
IeLF: Índice consumo electrodos LF (Kg/min),
IfuelC: Índice consumo FUEL Calentador para Cazuela (Kg/min),
IlpgA: Índice consumo LPG Calentador para Artesa (Kg/min).
IlpgB: Índice consumo LPG Calentador Boquilla (Kg/min),
IlpgS: Índice consumo LPG Calentador Snorkell (Kg/min),
Ipv: Índice de productividad del vaciado (Ton/min),
IscA: Índice de secuencia de Coladas/Artesa,
P1: Precio Asta Tapón (BP),
P10: Precio Refractarios LF,
P11: Precio Electrodos HAE,
P12: Precio Electrodos LF,
P13: Precio FUEL,
P14: Precio LPG,
P2: Precio Boquilla (BQ),
P3: Precio Snorkell (BK),
P4: Precio Cubre Chorro (BC),
P5: Precio Masa Artesa,
P6: Precio Juego de Placas Frías Artesa,
P7: Precio corriente eléctrica HAE,
P8: Precio corriente eléctrica LF,
P9: Precio Refractarios HAE,
Pa: Precio ponderado del acero,
Pch: Precio de la chatarra,
Rp: Rentabilidad de producción por tipo de acero,
Ta: Tiempo de afectación por averías (min),
Fórmulas empleadas:
Et = Eac-Gtac
Eac = E1 + E2 + E3
E1 = Gt * Ie
Gt = G1 + G2 + G3 + G4 + G5 + G6 + G7 + G8 + G9 + G10
G1 cuando se utiliza artesa de masa:
G1 = ( 1 – Ava / ( IscA * 60 ) ) * CAm
CAm = ( P1 + P2 + P3 ) * 2 + P4 + P5
G1 cuando se utiliza artesa de placa fría:
G1 = ( 1 – Ava / ( IscA * 60 ) ) * CApf
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CApf = ( P1 + P2 + P3 ) * 2 + P4 + P6
G2 = IcrHAE * Ta * P9 / 1000
G3 = IcrLF * Ta * P10 / 1000
G4 = IdtHAE * Ta * IceHAE * P7 / IatHAE
G5 = IdtLF * Ta * IceLF * P8 / IatLF
G6 = IdtHAE * Ta * IeHAE * P11 / ( IatHAE * 1000 )
G7 = IdtLF * Ta * IeLF * P12 / ( IatLF * 1000 )
G8 = ( IlpgB * 2 + IlpgS ) * Ta * P14 / 1000
G9 = ( IlpgB * 2 + IlpgS + IlpgA ) * Ta * P14 / 1000
G10 = IfuelC * 2 * Ta * P13 / 1000
E2 = Dap * Ie
Dap = Iad ( Pa – Pch )
E3 = Rp * Ie
Rp = Ipv * Ta * ( Pa – Cva )
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DATOS DE LOS AUTORES
AUTOR PRINCIPAL
Nombre y apellidos: René Ramón Barreiro González.
Edad: 32
Calificación: Ingeniero Automático.
Cargo: Especialista en automatización.
Dirección particular: Calle Colón #124-A / Julián Santana y Francisco Vega, Reparto Primero, las
Tunas.
Integración revolucionaria: PCC, CDR, BPD.
CI: 74080235807
% Participación: 100
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