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Casos de Siderurgia

Estudio del Funcionamiento del Patio de Placas del LTQ de AMT


Para este estudio, UniSoma y Franco Arbeit Ingeniería desarrollaron un modelo de simulación en computador basado en técnicas de orientación a objetos y procesos. El framework utilizado, un núcleo genérico de simulación de eventos discretos desarrollado en lenguaje Java (basado en el framework abierto “JavaSim”) para uso exclusivo de UniSoma y Franco Arbeit Ingeniería, permite el tratamiento de problemas con elevada complejidad y magnitud, además de dar flexibilidad para inserción de lógicas de toma de decisión específicas. Este diferencial le da a UniSoma y Franco Arbeit Ingeniería herramental para el tratamiento de problemas complejos de simulación con toma de decisión, como en el caso de este estudio del Patio de Placas de LTQ en AMT.

Descripción del Negocio


El Patio de Placas del Laminador de Tiras en Caliente (LTQ) en AMT es un conjunto de equipamientos, personas y sistemas que recibe placas de las Máquinas de Lingotamiento Continuo (MLC), del condicionamiento y de la mesa de residuos. La programación de la Acería tiene como objetivo garantizar una producción constante, sin quiebra de secuencias, y con un costo satisfactorio. Para esto, hay un lote mínimo de producción (llamado “corrida”) en cada MLC para las dimensiones de la placa y para cada tipo específico de acero.

Por su vez, el LTQ busca un punto óptimo divergente de la Acería. Su objetivo es formar agrupamientos de ancho y espesura (llamados “instrucciones de laminación”) que optimicen la utilización de los cilindros de trabajo de manera a evitar que ocurran desvíos de calidad del perfil acentuado de estos cilindros. Asimismo, saltos de espesura, ancho y carbono equivalente limitados favorecen el cruce estable de la tira en el tren acabador y contribuyen para los aciertos dimensionales requeridos por los clientes.

El patio del LTQ pasa a ser, de esta manera, un pulmón que garantiza que las placas necesarias para la formación de una Instrucción de Laminación estén disponibles independientemente de las corridas producidas en la Acería. Así, el funcionamiento del patio se vuelve continuo y estable.


Hay tres patios de placas distintos alimentando el LTQ (a, B y C). Las placas lingoteadas en la MLC-1 y en la MLC-2 llegan por de Mesas de Transferencias y son transportadas para las pilas existentes en el patio a través de Pontes Rolantes (PR).

En caso de que haya necesidad de transferirse placas entre los patios, Carros de Transferencia (CT) pueden ser utilizados. El envío de placas de placas para el LTQ ocurre a través de la Mesa de Enhornamiento, la cual alimenta el Horno de Recalentamiento. Las placas almacenadas en el Patio A deben ser transferidas para el Patio B o C antes de que sean puestas en el horno.

Una vez alcanzada la temperatura de laminación, cada placa es retirada del horno y colada en el LTQ. Caso una placa que haya pasado por el horno tenga que ser desviada (e.g. por problema de calidad), hay un Carro de Residuos (CR) que lleva la placa directamente para el patio C.

Antes de ser puestas en el horno, las placas son llevadas para un área próxima a la mesa de enhornamiento, conocida como área de campaña. Esta operación objetiva garantizar la alimentación del horno de manera constante y en la secuencia definida por la instrucción de laminación, sin que haya interrupciones por problemas en el patio.

El patio de placas de LTQ es administrado por un sistema llamado de SYM, siendo este responsable por:

»  Comunicación con otros sistemas;
»  Mapeo y rastreabilidad de placas;
»  Mapeo de las mesas de rollos;
»  Gestión de instrucciones de transporte de placas;
»  Gestión del patio para formación de placas en las pilas;
»  Interface con el usuario;

Es función del SYM, por ejemplo, gestionar las instrucciones de ubicación de placas en el patio. A través de informaciones venidas de sistemas de un nivel superior, planificación y control de producción, el SYM toma la decisión sobre la pila donde una placa venida de una MLC será ubicada y genera las instrucciones necesarias para que todos los movimientos de puentes rodantes, carros de transferencia y mesas de rollos sean ejecutados. El sistema de planificación de producción de Acería y Laminación, respectivamente, AlphaPlanner y BetaPlanner, ambos de AIS Steelplanner, son responsables por la generación de las secuencias de entrada y salida de placas, que deben ser gestionadas en el Patio de Placas.

La arquitectura del SYM está basada en reglas priorizadas. Sin embargo, el conjunto de reglas descritas por este sistema en AMT es incompleto y es complementado por comandos manuales efectuados por los operadores del patio.

El Desafío


En 2005, el Departamento de Ingeniería de Producción de AMT le contrató a UniSoma y a Franco Arbeit Ingeniería para estudiar las inversiones necesarias que garantizaran un throughput a través del patio de placas compatible con su plan de expansión de capacidad de producción de bobinas laminadas, de 4,0 m para 2009. Este estudio debería considerar:

»  Inclusiones de nuevos recursos como puentes y carros de transferencia
»  Alteraciones de layout en el patio, tales como extensiones en las mesas de rollos, nuevas direcciones para ubicación de pilas, aumento de velocidades de los puentes, reposicionamiento de la hot-box y aumento de la altura máxima de las pulas;
»  La redirección del flujo de placas e patio;
»  Nuevas reglas de movimiento para placas.

La Solución



Para el estudio fue desarrollado un modelo de simulación de eventos discretos basado en orientación a procesos, utilizando el framework de simulación desarrollado por UniSoma y Franco Arbeit Ingeniería en lenguaje Java. El resultado fue un ambiente completo de simulación y análisis de resultados. Además, recursos de animación fueron incorporados al sistema para acelerar la validación y el debugging del modelo y facilitar la exhibición de los resultados.

La validación del modelo ocurrió a través de la emulación de la situación corriente de movimiento de placas a través del patio. En este momento, las reglas de movimiento definidas en el SYM, y replicadas en el modelo, se mostraron insuficientes para la operación automática del patio. Así, un conjunto de reglas complementares, basadas en la práctica de los operadores, fueron levantadas e incorporadas al modelo.





Una vez desarrollado e validado, el modelo de Simulación en Computador fue utilizado para el test de configuraciones alternativas y nuevos escenarios para la operación del patio. Cada combinación de configuración y escenario fue simulada y analizada para que conclusiones pudieran ser hechas respecto a su potencial ganancia futura.

Beneficios


De entre las varias alternativas simuladas, una satisfizo las necesidades de AMT de manera eficaz y sorprendente: la especialización de patios. A través de este nuevo paradigma, las placas sometidas a lingotamiento serían enviadas solamente a los patios B y C. El Patio A pasaría a ser considerado como una grande área de campaña, siendo responsable por el enhornamiento.


En respuesta a ese nuevo flujo, se pode notar una reducción significativa en la interferencia de recursos, sobretodo los puentes rodantes, lo que tradujo en un aumento de capacidad de movimiento. Los resultados simulados mostraron que la utilización de la especialización de patios garantizaba al patio de placas del LTQ una ganancia de casi 60% en la productividad.

En términos metodológicos, se logró obtener a través de este proyecto un ambiente robusto y flexible de estudio de nuevos niveles de producción. Gracias al uso de técnicas de orientación a objetos y orientación a procesos, tanto la adición de nuevos recursos y alteraciones de layout como la alteración y adición e nuevas reglas pueden ser hechas en él, de forma ágil y práctica.

Extensiones


El éxito de los resultados obtenidos por el proyecto originó una serie de extensiones en los estudios.

Análisis de Contingencias

En octubre de 2007, un nuevo proyecto fue realizado con el Departamento de Ingeniería de Producción de AMT: el análisis de Contingencias de la propuesta de solución resultante del Estudio de los 4,0 Mta. Esta etapa objetivó el análisis de Paradas Programadas y por Fallo de los recursos diversos del patio, en las nuevas condiciones propuestas para producción en 4,0 Mta.

El proyecto abarcó aún los siguientes estudios:

»  Análisis de Recibimiento CC3 (nuevo lingotamiento) y eventuales cuellos de botella resultantes;
»  Análisis de Recibimiento de placas Twin;
»  Análisis de Impacto de Rechazo de Placas en el Patio;
»  Análisis de Producción de Placa Gruesa y su impacto en el sistema.

Debido al ambiente completo de simulación del patio de placas desarrollado el ámbito del Análisis de los 4,0 Mta, estos análisis pudieron ser hechos en un plazo de 4 meses.

Análisis de los 5,0 Mta y Soporte a la Especificación del nuevo SYM

De enero a setiembre de 2008 fueron analizadas las inversiones para el flujo en un nuevo nivel de 5,0 Mta de placas a través del patio, expandiendo aún más los resultados obtenidos en el proyecto original. Además, fue dado soporte a la especificación funcional del nuevo sistema de gestión de nivel 2 del patio de placas, conducido por el Departamento de Ingeniería de Automación. Tal sistema incorporó los cambios lógicos en el flujo de placas del sistema, resultante del Estudio de los 4,0 Mta.

En este nuevo proyecto, fueron realizados los siguientes estudios:

»  Análisis de Recibimiento CC3 (nuevo lingotamiento) en la nueva condición;
»  Implementación de un Apilador/Desapilador Automático de placas en las mesas de rollos;
»  Análisis de Sensibilidad de la Velocidad de los Puentes;
»  Estudio de transferencia de placas entre los patios, a través del uso racional de los carros de transferencia o nuevos recursos;
»  Flexibilización de las direcciones de los patios, buscando facilitar el posicionamiento de las placas;
»  Estudio del Impacto de la Retirada de la hot-Box en el layout;
»  Análisis de la Extensión del Área útil del Patio.

Como resultado del proyecto, fueron identificados los diversos cuellos de botella del sistema que impiden el aumento de la productividad hasta niveles altamente elevados de producción (5,0 Mta o incluso superiores). Así, fueron propuestos nuevos recursos para eliminar tales cuellos. Un ejemplo es un desapilador de placas que alivia el trabajo de los puentes rodantes y crea un buffer de enhornamiento capaz de abastecer el horno en altos niveles de producción.


Animación de un recurso propuesto para desapilamiento de placas en la mesa de rollos, que posteriormente fue encaminado para análisis de ingeniería por AMT.


Comentarios del Cliente


"El estudio de la lógica de movimiento dentro del patio de placas del LTQ, iniciado en 2005, permitió evaluar inúmeros cuellos de botella y restricciones existentes en el sistema y que hasta entonces eran desconocidos. Los resultados obtenidos en 2006 para la fase 4,0 Mt/a de bobinas, cambió la filosofía de la estrategia de movimientos del patio y minimizó la necesidad de nuevas inversiones. Nuevas oportunidades de estudios fueron identificadas en 2007 con una pormenorización de las condiciones críticas operacionales para acciones de contingencia del nuevo modelo operacional, lo que resultó en la elaboración de un patrón operacional. En 2008, dudas sobre la capacidad de se producir arriba de 4,0 Mt/a de bobinas, originó el estudio de 5,0 Mt/a que trajo, entre otras soluciones, principalmente, la entrega de placas en la mesa del horno a través de un desapilador, lo que se mostró una excelente solución tras el desarrollo de nuestra área de Ingeniería."
Juliana de Souza Lima - Analista Industrial del Área de Estudios de Proyectos de AMT
Takeo Santos - Analista Industrial del Área de Estudios de Proyectos de AMT
30 de marzo de 2009.


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 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.