Solución Integrada de la Sinterización y Carga de Alto Horno

SISCAF – Solución Integrada de la Sinterización y Carga de Alto Horno
A través del uso de la herramienta AIMMS, UniSoma desarrolló el SISCAF en menos de un año.
El sistema optimiza, de manera integrada, el mix de materias primas para la planta de
sinterización y altos hornos de AMT.
Descripción del Negocio
El acero es una de las principales commodities del mundo. China ha realizado un esfuerzo de
industrialización que ha provocado inversiones para su producción en diversos países, en
particular en Brasil.
La producción de acero se da en etapas diversas, que
involucran la preparación de productos intermedios como
sinterizados, bolitas, coque y arrabio. AMT produce arrabio
en altos hornos – generando también escoria como
subproducto - a partir de materias primas diversas como,
minerales granulados de hierro, bolitas, sinterizados y
chatarras, combustibles (coques y carbones de inyección) y
fundentes. Las bolitas son proveídas por la Compañía Vale
(antigua CVRD), única proveedora de minerales de hierro y
derivados de AMT. El sinterizado es obtenido a partir de una
pila de homogeneización formada con finos de mineral de
hierro (sinter feed) y reciclados generados internamente en la usina (lo que incluye el
degradado de los altos hornos).
El Desafío
La principal motivación del proyecto fue el desarrollo de un sistema de apoyo a las decisiones
estratégicas y operacionales de la División Técnica y de Compras de Combustibles Sólidos de
AMT (IGT), que permitiera la simulación computacional de escenarios de planificación diversos y
que, de esta manera, integrara los cálculos de carga de sinterización y de los altos hornos. Una
investigación bibliográfica hecha en el comienzo del proyecto reveló el carácter innovador de
esta iniciativa.
Discusiones internas fueron hechas involucrando el personal técnico de la sinterización y altos
hornos (División Técnica y de Compras de Combustibles Sólidos), con el objetivo de levantar
requisitos del sistema. Un punto importante tenía relación con la construcción del tercer alto
horno:
» “¿Cómo planificar la compra y los stocks del nuevo mix de materias primas y cómo lidiar con
las oscilaciones de oferta de combustibles causadas principalmente por el gigante asiático?”
Otras cuestiones puestas por AMT en esta etapa inicial fueron las siguientes:
» “¿Cómo las nuevas condiciones operacionales afectan a las emisiones de azufre en el
ambiente?”
» “¿Un sinterizado de mejor calidad obtenido a partir de un incremento en la participación de
cal en la mixtura parcial puede ser compensado por una reducción en el costo del arrabio?
» “¿La cantidad de cuarzo utilizada en el Alto Horno está en el nivel correcto?”
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Rua Benedita Amaral Pinto, 330 – Santa Genebra – Campinas – SP – CEP 13080-080 – Fone: 19 3208 0006 –
www.unisoma.com.br – [email protected]
La Solución
El sistema implementado por UniSoma involucra la
planificación integrada de las siguientes etapas
productivas del área de reducción de AMT: la
adquisición de materias primas, la preparación de la
pila de homogeneización, la sinterización y operaciones
en los alto hornos.
Un modelo matemático de Programación Entera-Mixta
No Lineal (MINLP), implementado en lenguaje AIMMS,
constituye el núcleo de aplicación. Este problema es
resuelto por un procedimiento heurístico que, de
manera interactiva e iterativa, hace uso de dos submodelos básicos, siendo uno del tipo MILP
(Programación Entera-Mixta) y el otro del tipo NLP (Programación No Lineal). A través de este
esquema son determinados, de forma automática, integrada y optimizada, las cargas de
sinterización y de los altos hornos (cada horno puede tener una carga diferente, aunque las
requisiciones físico químicas para los arrabios de cada horno sean las mismas).
Restricciones no lineales fueron incluidas en el modelo para el cómputo de los mixes de
combustibles de la planta de sinterización y de los altos hornos, así como para el cálculo de la
distribución de sinterizado por los varios altos hornos – la principal no linealidad del modelo
resultó del hecho de que el propio modelo debería determinar, simultáneamente, la calidad y
cantidad total de sinterizado a ser producido. Aún, variables enteras fueron incorporadas al
modelo para la representación de utilización discreta de los minerales (según los tamaños de
lotes de recibimiento de Vale) así como para el control del uso de carbones de inyección en los
altos hornos.
El modelo minimiza el costo de la producción del producto final (arrabio), aunque esto
eventualmente conlleve un aumento del costo de producción del sinterizado. Y lo hace
garantizando la satisfacción de condicionantes técnicos operacionales de los procesos
considerados, como por ejemplo:
» Requisitos fisicoquímicos del sinterizado y del arrabio en los varios altos hornos;
» Restricciones ambientales, como la de limitación de emisión de óxidos de azufre en la
sinterización;
» Restricciones de procesos como la que establece la productividad de la sinterización en
función del tenor de cales y de la granularidad media del sinter feed;
» Limitaciones de productividad de los varios procesos representados;
» Cálculo de las tasas de desulfuración en los altos hornos en función de variables controladas
por el modelo como la basicidad de la chatarra y la tasa de inyección de pulverizados;
El Sistema fue posteriormente denominado SISCAF – Sistema para el Cálculo Integrado de las
Cargas de Sinterización y Altos Hornos. Además del modelo arriba descrito, el SISCAF contiene
una seria de otras funcionalidades como, por ejemplo:
» Una GUI bastante atrayente y amigable, con la identificación automática de “cuellos de
botella” de la solución;
» Interfaces con sistemas legados de AMT para la importación de las informaciones de calidad
de las diversas materias primas;
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» Posibilidad de parametrización de los escenarios de planificación, sea por la alteración de los
catastros (nuevos materiales y altos hornos) como por la inclusión de nuevas restricciones
(ambientales o de participación, por ejemplo);
» Usos diversos del modelo – el modelo puede dar soporte a las decisiones estratégicas
(determinación simultanea de las cargas) u operacional (solo para el cálculo de las cargas de los
altos hornos, según un sinterizado real precatastrado);
» Funcionalidad de comparación de casos/escenarios de planificación;
» Análisis Paramétrica, que permite la determinación del precio de sustitución de las materias
primas;
Del punto de vista de la tomada de decisiones, el Sistema permite cuantificar impactos
decurrentes:
»
»
»
»
De
De
De
De
la compra de nuevas materias primas;
alteraciones en los de lechos fusión;
cambios en legislación ambiental;
variaciones de mercado (precios y cantidades);
La operación del SISCAF es simple e intuitiva. La entrada de datos vía GUI amigable y los varios
recursos de análisis de la solución viabilizan su eficaz utilización. El SISCAF pone a disposición
en una sola herramienta las informaciones de planificación que propician reducciones en el
costo del arrabio, respetándose los requisitos de calidad, productividad y ambientales de los
procesos en él representados.
Comentarios del Cliente
“El SISCAF es un sistema integrado que ha sido utilizado por el staff técnico y de compra para
evaluar nievas fuentes de materias primas, nuevos escenarios de producción y precios y, así,
optimizar los costos de las cargas y dar soporte a las decisiones de la empresa, según la
reducida variabilidad en las cualidades de los productos”.
Mauro Ribeiro - Ejecutivo de Compras de Materias Primas del Departamento de
Producción de Arrabio de AMT - 19 de mayo de 2006
Sobre AMT
AMT es una empresa de ArcelorMittal Brasil, juntamente con ArcelorMittal Longos (incluso
Acindar, de Argentina) y ArcelorMittal Vega. Es una de las más grandes siderúrgicas de
Latinoamérica y es responsable por cerca de 12% de la producción mundial de placas. Ostenta
uno de los más bajos costos de producción de acero del mundo, con excelencia operacional y
localización estratégica en la ciudad de Vitória-ES.
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