Los beneficios de desarrollar el control de proceso en línea Presentado por BERNARD SEEMANN

 Nunca deberíamos olvidarnos que el proceso de fabricación de cemento, ES PRINCIPALMENTE UNA TRANSFORMACIÓN MINERAL, eso significa que el producto debe ser monitoreado y controlado directamente en cada etapa de transformación CONTROL DE PROCESO CONTROL DE PROCESO EN PLANTA DE CEMENTO

LA TRADICIÓN : TOMAR MUESTRAS MANUALMENTE DESDE 1/H a 1/ turno LLEVARLAS HASTA EL LABORATORIO ANALIZADOS MANUALMENTE RESULTADOS ENVIADOS A LA SALA DE CONTROL  Acción ±1 hora después CONTROL DE PROCESO

LA DEBILIDADE DEL METODO TRADICIONAL : MUESTRAS NO REPRESENTATIVA FRECUENCIA BAJA TIEMPO DE RESPUESTA LARGO ERRORES HUMANOS CONTROL DE PROCESO

Laboratorio Automático Mezcla crudo 1Harina caliente Cemento 2 Alimentación horno Cemento 1 Clinker Mezcla crudo 2 Gabinete de control Field network Analizador de Carbono y Azufre PSD Analizador Analizador de cal libre Molino y Prensa Muestras promedias Vision Software Laboratory network Hacia PLC sistema planta (LIMS, PLC, etc.) Programa de control de Mezcla de crudo Instrucciones hacia alimentadores de mezcla de crudo XRF/XRD Estación de trabajo consola control móvil Extraccion de polvo Gas (XRF/XRD) Ventilador Transporte Local tecnico Estacion puente XRF XRD PSD Estación de trabajo

Control de Proceso en Línea HARINA CRUDA HARINA CALIENTE CLINKER CEMENTO

Ventajas comparado a los laboratorios centralizados automáticos Análisis con alta frecuencia  Ahorro de energía y calidad más estable Fácil de utilizar Sistemas Independientes  no hay riesgo de no tener ningún análisis en toda la planta al mismo tiempo Sistemas más baratos Control de Proceso en Línea

PORQUE CONTROLAR EL CRUDO ?  Chequeo del LSF (Lime saturation factor)  Chequear la finura, especialmente %>90 micrones  Chequeo del ratio Silicato SR (ratio de Si vs Al y Fe)  Chequeo del ratio Aluminio AR (ratio de Al vs Fe) Control de la MEZCLA DE CRUDO Cambios de LSF en mezcla de crudo en LSF de crudo deben mantenerse abajo de 1% Cambios de SR deberían quedar abajo de 0.1 Cambios en AR deberían quedarse abajo de 0.1

Frecuencia de control Ajuste solo 1 vez por hora: grandes fluctuaciones Aumento de la frecuencia : fluctuaciones menores y el objetivo se logra más a menudo LSF valor promedio alto  mas C3S  cemento mas reactivo 1 HORA LSF HORA LSF 100 Control de la MEZCLA DE CRUDO Limite del método tradicional

Mejor ubicación para tomar una muestra A la entrada de la alimentación del silo de mezcla incluyendo el polvo del horno (kiln dust), donde se puede, considerando que: es el producto final incluyendo adición de polvo de horno tener en cuenta el tiempo de residencia de los diferentes componentes del crudo en el circuito de molienda Control de la MEZCLA DE CRUDO

Analizador FX3500 Tolva de mezcla TRH Muestreo tornillo PREC100 Muestreo a pistón P11 Toma muestra PF106 Transporte Mecánico Hacia PLC planta o programa de control de mezcla de crudo: Ca, Si, Al, Fe, etc. Control de Proceso en Línea Hasta 7 análisis por hora Hasta 2 puntos de muestreo controlado con 1 solo analizador Esquema típico Cuantificación de los mayores óxidos + software de control de mezcla de crudo  Control automáticos de los alimentadores de dosificación (weight feeders) Muestreo en caída Muestreo en aerodeslizador

Sistema Automático de control de mezcla de crudo Estudio de caso Control de mezcla de crudo Muestreo Transporte de muestra Analizador

Valores de LSF del crudo durante 24 horas una muestra cada 20 mn, con objetivo 0.97 Deviación Estándar do LSF < 0.01 Raw Mix Control Estudio de caso Resultados

PORQUE CONTROLAR LA HARINA CALIENTE ?  Monitorear el valor actual del grado de calcinación a la salida del precalcinador  Chequeo del valor actual del ciclo Volátiles en el horno/precalcinador Control de Harina Caliente En los hornos modernos 50 a 60% del consumo de combustible está quemado en el precalcinador. Control del ciclo volátil: Azufre, cloro, álcalis

Hacia PLC de planta: Valor de Calcinación Y Tasa de Azufre Muestreador de Piston PC303 Sistema de enfriamiento Determinación Carbono Azufre Transporte de muestra corta distancia Hasta 4 análisis por hora Control de Harina Caliente Análisis típicas Medición Perdida al fuego Hacia PLC planta : Valor de calcinación Hasta 2 análisis por hora 2 posibilidades

Estudio de caso Control de Harina Caliente Sistema Automático de control de harina caliente instalado en una planta Toma muestra de harina caliente + con su enfriador Analizador LOI - PAF CCR hacia control del calcinador

Valor de LOI monitoreada cada 30 mn Alimentación en combustible basada sobre el valor actual de LOI Valor de calcinación ESTABLE y OPTIMUM Estudio de caso Control de Harina Caliente Resultados

Comparación de datos entre el laboratorio y el analizador en línea Estudio de caso Control de Harina Caliente de Harina Caliente Sistema Automático de control de harina caliente instalado en una planta de cemento

PORQUE CONTROLAR EL CLINKER ?  Monitoreo del valor de cal livre (FCaO%) -Cal libre alta va tener un impacto negativo en la resistencia a 28 días. Las pequeñas partículas de cal libre bien quemadas hidratan muy lentamente. Ellas van hidratarse muchos días después de haber sido en contacto con el agua, y el tamaño se duplica provocando grietas en el hormigón Control del Clinker - Si el LSF está correctamente dosificada, cal libre baja indica que el clinker ha sido quemado muy duro. El resultado son grandes cristales de alita, que son difíciles de moler, y el cemento tiene una reactividad más baja.

 Utilizar los dados para optimizar la operación de quemado del horno HORAS Control del Clinker PORQUE CONTROLAR EL CLINKER ?

LA TRADICIÓN : TOMAR MUESTRAS MANUALMENTE ≈1/H LLEVARLAS HASTA EL LABORATORIO ANALISIS RESULTADOS ENVIADOS A LA SALA DE CONTROL  Acción ±1 hora después (como descartar el clinker fuera de especificación) CONTROL DE PROCESO

Muestreo incorrecto, porque? Polvo Costra? Clinker?

Sistemas de muestreo de clinker Control del Clinker

Sistema de Transporte de la muestra

Analizador usando extracción por glicol y conductividad Calentamiento Mezcla del clinker + glicol Medición de Conductividad Celda de Análisis Celda de Preparación CaO + (CH 2 OH) 2  H 2 O + (CH 2 O) Ca 2+ Control del Clinker Optimización de cal libre

Control del Clinker: Estudio de caso Sistema automático de control de cal libre como instalado en una planta Toma muestra a la descarga del horno Analizador de cal libre CCR para controlar el proceso del horno Dados de cal libre

Resultados La planta consiguió optimizar el valor de cal libre y mantener una baja desviación estándar Media= 1% dev Std = 0.1% En caso de condiciones anormales, la planta puede descartar el clinker fuera de la especificación inmediatamente antes de entrar en el silo de clinker Control del Clinker: Estudio de caso

1 : Análisis no sirve para controlar el horno (clinker sobre quemado) 2 : Control del horno manual usando dados de cal libre (cal libre más alta pero inestable) 3 : Sistema experto conectado al analizador (estable y cal libre mas alta) Cal libre y dados de horno Control del Clinker: Estudio de caso 2

Ahorros directos Un aumento de 0,5 % de cal libre genera :  15 kcal / kg CK de ahorro de combustible  1kWh / Ton CK de energía eléctrica de molienda  Costes laborales análisis Manual  El costo de manejo de desechos de producción  costos incidentes de Post producción Ahorros indirectos Control del Clinker Ahorros

 Evaluar el contenido de caliza (CaCO3)  Evaluar el contenido de yeso (CaSO4·2H2O)  Evaluar la finura del cemento Finura del cemento tiene una relación directa con el desempeño del concreto: Resistencia a corto plazo Calor de hidratación Resistencia a largo plazo Control del Cemento PORQUE CONTROLAR EL CEMENTO ?

LA TRADICIÓN: UNA MUESTRA COMPUESTA SE COLECTA MANUALMENTE A LA ALIMENTACION DEL SISTEMA DE TRANSPORTE HACIA EL SILO DE CEMENTO LLEVARLAS HASTA EL LABORATORIO SE ANALIZA ±1 VEZ POR HORA RESULTADOS ENVIADOS A LOS OPERADORES  AJUSTE DEL SEPARADOR Y ALIMENTACIÓN DEL MOLINO Control del Cemento

 Sistema de muestreo No representativo  Frecuencia de control MUY baja  Tiempo de respuesta largo  Error Humana  Valores de Blaine se utilizan para controlar la finura Control del Cemento Cuales son las principales desventajas del método tradicional ?

VALORES PSD Calor de hidratación alta Contribución a la resistencia a corto plazo Contribución a la ultima resistencia < 32 micrones Cero contribución a La resistencia > 32 micrones  Utilizando los valores de PSD es posible de optimizar y estabilizar las propiedades requeridas del cemento Control del Cemento

Mejor ubicación para tomar una muestra A la salida del circuito de molienda antes del transporte hacia los silos porque eso es el producto final, incluyendo el polvo de cemento Control del Cemento

Planta de Cemento en UK Cambios en las especificaciones del producto con análisis fuera de línea Dados PSD no disponibles para el operador durante el cambio desde OPC (Ordinary Portland Cement) hasta RHPC (Rapid Hardening Portland Cement)  Análisis manual Blaine  3 horas son necesarias para lograr la especificación requerida  Perdida de ± 100 T de cemento!! Control del Cemento: estudio de caso Analizador PSD

Dado PSD disponible para el operador durante el cambio desde OPC (Ordinary Portland Cement) hasta RHPC (Rapid Hardening Portland Cement)  Menos de 30 min son necesarias para lograr la especificación requerida  Ahorro en tiempo de purga Product change 360  500 m 2 /kg In spec material Planta de Cemento en UK Cambios en las especificaciones del producto con análisis en línea Control del Cemento: estudio de caso Analizador PSD

Planta Cemento en USA Implementación de un sistema de control de proceso de alto nivel con un PSD en línea 20.3% Reducción de consumo de la energía especifica 15% Aumento de Producción 15% Aumento resistencia a 1 día 10% Reducción del Blaine C3S Concentración disminuyo Demanda en agua del cemento es estable y baja Analizador PSD Control del Cemento: estudio de caso

CONTROL DE PROCESO Conclusiones o El control de calidad debería ser utilizado para optimizar el proceso de fabricación del cemento y no solo para hacer informe post portem o Más preciso & mayor frecuencia de resultados, significa que es posible de mejorar el control del proceso, y por lo tanto Mejorar la calidad Y ahorrar energía o La mayoría de estas soluciones tiene un o payback < 1 AÑO

GRACIAS POR SU ATENCION Presentado por BERNARD SEEMANN