MEJORA EN LA CALIDAD DE COQUE PARA CONSUMO DE LOS ALTOS HORNOS

 Altos Hornos de México S.A. de C.V.

*Ing. Alberto Sandoval Torres

**Ing. Raúl Martínez Quiroz

***Ing. Osvaldo Cepeda Cárdenas

 

Altos Hornos de México S.A. de C.V., una empresa integrada productora de Acero del Grupo Acerero del Norte, localizada en la Cd. de Monclova Coahuila, con una capacidad instalada de 3.5 mm. ton. por año de Acero Líquido que cuenta con 4 Altos Hornos para la producción de Arrabio los cuales se abastecen de Coque Metalúrgico de las 2 plantas Coquizadoras con que cuenta esta empresa.

El incremento en la demanda de acero a través del tiempo ha creado la necesidad de desarrollar materias primas cada vez de mejor calidad de tal manera que para producir el arrabio necesario se han implementado mejoras en los Altos Hornos como es el sistema de Inyección de Carbón Granulado vía toberas, requiriendo para esto un Coque de mejor calidad capaz de mantener su operación estable a pesar de operar éstos con capas de coque menores, acordes a esta nueva tecnología.

Estos cambios, han provocado que en la Planta Coquizadora Sid. 2 se hayan implementado mejoras tecnológicas en el Proceso y Control del mismo, para así conducir a los Altos Hornos a tener una mayor productividad y por ende, una disminución en sus costos de producción.

Las principales mejoras realizadas han sido: la certificación bajo la Norma ISO-9002 en 1996, la adición de Coque Petróleo de medio Azufre y carbones externos de bajo contenido de Cenizas y Azufre, cambios en metodología del sistema de homogeneización, negociación de suministro de mejores carbones regionales, proyectos de mejora para la disminución de la variabilidad en parámetros de calidad del coque, además proyectos de mejora y tareas de círculos de calidad direccionados hacia obtener una mayor disponibilidad de los equipos claves en el Control del Proceso, Representatividad del muestreo, Calidad del Producto en las diferentes etapas del proceso y menor degradación del mismo.

Planta Coquizadora Sid. 2, fue diseñada y construida por la Compañía Alemana Kruup-Koppers, iniciando su operación en 1976 con sus 2 Baterías de Hornos de Coquización contando esta con 95 hornos con capacidad de producir 800,000 ton/año de Coque Metalúrgico para satisfacer la demanda del Alto Horno 5 instalado en Siderúrgica No. 2. A partir de 1996 se encuentra en proceso de rehabilitación de hornos de coque y en modernización de los sistemas de control de Calefaccionamiento; así como el cargado y empujado de los mismos. También se encuentran en proceso de rehabilitación y modernización algunos de los sistemas de tratamientos de gases y condensados del área de Subproductos; este evento finalizará para Septiembre de 1998.

2.1 RECEPCIÓN Y HOMOGENEIZACIÓN Y MANEJO DE CARBÓN.

Esta sección fue diseñada con una capacidad de manejo de 8,500 tons. por día de Carbón Húmedo y suministrar Carbón Homogeneizado y molido a Planta Coquizadora Siderúrgica 1 y 2.

Los equipos principales de esta sección son:

Volteador de Carros con capacidad de 8 carros/hora.

4 Pilas de Almacenamiento con capacidad de 100,000 tons. húmedas.

1 Máquina Apiladora de 550 ton/hr.

1 Máquina Reclamadora 550 ton/hr.

3 Molinos de Carbón de 125 ton/hr.

1 Mezclador de Carbón.

1 Estación de Carga.

1 Torre de Almacenamiento de Carbón Homogeneizado de 1,500 ton.

 

2.2 HORNOS DE COQUE

Se cuenta con 95 hornos de 5.0 metros de altura dividida en 2 Baterías; una con 45 hornos y la otra con 50, con un tiempo nominal de coquización de 16.5 hr. y una disponibilidad de un 96%.

Las instalaciones o equipos principales de esta sección son:

Sistema de Calefaccionamiento con gas Coque o gas Alto Horno o mezclado.

2 Máquinas Cargas con capacidad de 31 m³ de Carbón c/u.

2 Máquinas Empujadoras de una sola posición.

2 Carros Guía de dos posiciones.

1 Carro de Apagado.

1 Torre de Apagado.

 

2.3 MANEJO DE COQUE

Se cuenta con un sistema de manejo de coque con una capacidad de 150 ton/hr; y los principales equipos son los siguientes:

1 Rampa de Coque

2 Líneas de Cribado de Molienda

1 Sistema de Bandas Transportadoras

1 Carro Apilador de Coque.

 

2.4 TRATAMIENTO DE GAS DE COQUE

Se cuentan con equipos de manejo, enfriamiento y tratamiento del gas con capacidad de 43,300 m³/hr; estos son los siguientes:

5 Enfriadores Primarios

3 Filtros Electrostáticos

4 Torres de Absorción de Amoniaco

1 Sistema de Destilación y Combustión de Amoniaco.

2 Torres de Absorción de Naftaleno

1 Columna de Destilación de Naftaleno

3 Máquinas de Succión de Gas de Coque

3 Máquinas de Compresión de Gas de Coque.

 

El proceso inicia con la recepción de carbones en carros de ferrocarril que después de ser descargados son apilados y homogeneizados para posteriormente ser reclamado y molido, enseguida se suministra a la Torre de Carbón para finalmente ser cargado en los Hornos de Coquización.

Una vez que el Carbón es cargado en los Hornos, estos son nivelados y sellados de tal manera que cuando inicia el proceso de Coquización del Carbón este deberá efectuarse en ausencia de aire para evitar la combustión de los gases producidos o la del mismo carbón.

El proceso de Coquización inicia al calentarse el carbón de las paredes del horno con su suavización o plastificación destilando la mayoría de sus productos volátiles y así continuar hacia el centro del horno por ambos lados hasta terminar en el centro de la carga del horno en un tiempo de Coquización que pudiera fluctuar entre las 16 o 32 horas, dependiendo de la temperatura de paredes de hornos que se tenga planeada.

Los gases y condensados que se producen son colectados y tratados en el área de Subproductos, donde se le eliminarán la mayor parte de sus productos no deseados como lo son: el Amoniaco, el Naftaleno y Alquitrán para su utilización como combustible en el mismo calefaccionamiento de hornos, en el calentamiento de estufas de los Altos Hornos, en calderas de Plantas de fuerza, etc.

Después de cumplir con el tiempo de Coquización, el Coque es descargado y enfriado con la ayuda de la Máquina Empujadora, Máquina Guía y Carro de Apagado.

Una vez que el Coque es enfriado este pasa al área de cribado y trituración para conseguir las especificaciones granulométricas y así sea recibido por los Altos Hornos dentro de especificaciones físicas y químicas.

Después de su privatización en 1991, Altos Hornos de México inició un proceso de culturización en Calidad a todos los niveles de la organización; posteriormente, en 1995 continuó con los procesos de certificación bajo la Norma ISO-9002/94 en los departamentos de producción de productos terminados y en paralelo se dio el proceso de sistematización en calidad del resto de los procesos productivos de la empresa. Coquizadora Sid.2 en conjunto con los departamentos del Área de Procesos Primarios logró su certificación bajo ésta Norma en Octubre de 1996.

3.1 En Coquizadora Sid. 2, las variables de Calidad del Coque que se tienen concertadas con el Alto Horno No. 5 para asegurar su productividad son las siguientes: Indice de Estabilidad, % Carbón Fijo, %Azufre, %Humedad y Tamaño Medio (mm) (Ver Tabla I). Para lograr una mejora continua en la calidad se han implementado una serie de actividades que conducen no solo a mejorar la especificación física o química sino, también lo más importante, la disminución en la variabilidad en todos los parámetros de calidad antes mencionados.

Para lograr estos resultados a través del tiempo, en Coquizadora Sid. 2 se han implementado las siguientes actividades:

Fig. 1

4.1.1. MEZCLA DE CARBONES EXTERNOS

A pesar de haberse diseñado los patios de homogeneización para manejar una sola fuente de carbones (regionales) que conservan características físicas y químicas y petrográficas muy similares, ya que son de una misma región; fluctuando en rangos de carbones bituminosos de media a media baja volátil con una relación de inertes a reactivos de 25-75% a 20-80%, un índice de reflectancia de 1.05 a 1.28%, facilitando así, su homogeneización sin poner el riesgo los hornos de coque debido a sus propiedades no expansivas de su mayoría, con el fin de mejorar la calidad de coque se planeó modificar el plan de consumo de carbones.

Como primer etapa, en 1993 se planeó e implementó la compra de coque petróleo mexicano, un coque económico para mezclarse en proporciones de 3 a 5% con carbones regionales, éste plan condujo a obtener un coque más barato, con mayor contenido de carbón fijo y un mayor rendimiento. Por tener un mayor contenido de Azufre (%) y no dosificarse totalmente pulverizado a los hornos, esto provocó un incremento en el contenido de Azufre en + 0.189% aproximadamente (Ver fig. 4) y solamente un incremento promediado en este período (93-95) de 0.7 unidades en el Indice de Estabilidad con respecto a 1992 (Ver fig. 2).

Teniendo como áreas de oportunidad la mejora en contenido de Azufre e Indice de Estabilidad, para el Plan de Negocios de 1996 se modificó la estrategia de mezcla y tipo de carbones, decidiéndose mezclar un 3% de Coque Petróleo de medio de Azufre (2.5%) y un 7% de Carbón de Baja Volátil (17%), Baja Ceniza (6%) y Bajo Azufre (0.6%). La mezcla de éste último Carbón no solamente nos condujo a una mejora en el contenido de Azufre y Carbón Fijo (Ver fig. 5 y 4) si no que también ayudó a incrementar en más de 1.0 unidad el Indice de Estabilidad del Coque (Ver fig. 2) en estos últimos 2 años respecto al comportamiento obtenido en el período del 93 al 95. La disminución de aproximadamente 0.22% en el contenido de Azufre (Ver fig. 4) se logró debido a la mezcla del Coque Petróleo de Media de Azufre y del Carbón Importado de Baja Volátil y Azufre.

4.1.2 CERTIFICACIÓN EN NORMA ISO-9002

Después de iniciar con el proceso de implementación de todos los requisitos que la Norma ISO-9002/94 declara para la gestión de Sistema de Calidad, a principios de 1996 nos dimos la tarea de documentar todos los procedimientos de trabajo (Operativos y de Mantenimiento) procedimientos de inspección, y específicos, así también dando cumplimiento a los requisitos mismos de los procedimientos directrices de nuestra empresa para finalmente, en Octubre de este mismo año lograr la certificación bajo esta Norma; auditoría que efectuó y aprobó la Compañía SGS (Société Générale de Surveillance).

El trabajar bajo la Norma ISO-9002, condujo a tener un sistema administrativo que ayudó a culturizar en calidad a personal de todos los niveles del departamento de tal manera, que para lograr la satisfacción del cliente y mantener una mejora continua en la calidad del producto es una meta que se ha logrado y sostenido sin efectuar a la fecha fuertes inversiones para tal efecto.

4.1.3 PROYECTOS DE MEJORA Y CIRCULOS DE CALIDAD.

Estas dos herramientas han sido básicas para lograr una mejora continua a través del tiempo en calidad. Con los proyectos de mejora se han efectuado trabajos en los que le grupo directivo del departamento y el personal ejecutor realizan actividades a corto y mediano plazo en sus áreas de responsabilidad con poca inversión y resultados sorprendentes en la calidad y/o productividad, algunos ejemplos se muestran en la siguiente tabla:

Con la colaboración del personal de supervisión y trabajadores se han realizado tareas para mejora en la calidad, productividad y/o continuidad del proceso por medio de Círculos de Calidad; algunas de estas tareas se enuncian enseguida:

4.1.4 HOMOGENEIZACIÓN DE CARBONES

Para lograr disminuir la variabilidad en las variables químicas del carbón (Cenizas y Azufre) que por consecuencia arrojaron los mismos beneficios en el Carbón fijo y Azufre del Coque concertados con los Altos Hornos (Ver fig´s. 5 y 6), se implementaron procedimientos operativos para los patios de carbón a principios de 1996 que a la fecha trabajan aún con mejoras en algunos de ellos; estos fueron los siguientes:

Procedimientos de Formación de Pilas.

Procedimientos de Almacenamiento y Ajuste de Pilas.

Procedimiento de Reclamación de Carbón Homogeneizado.

Procedimiento de Molienda de Carbón.

Instructivo para elaboración de pronóstico de elaboración de coque.

 

Enlazándose con estos, el Instructivo para el Pronóstico de Calidad del Coque y Carbón en pilas del área de Control de Procesos; asegurando así la calidad concertada con los clientes.

Los beneficios obtenidos se pueden observar claramente en las fig´s. 4 y 5, donde la desviación estándar se ve disminuida en mayor grado a partir de 1996 en el Carbón Fijo y desde 1995 en el Azufre.

4.1.5 MANEJO DE COQUE

Para asegurar suministrar un producto conforme al cliente en el área de Manejo de Coque han implementado procedimientos operativos que soportan al sistema de calidad y mejoran la calidad del coque, principalmente en las características granulométricas y de variabilidad en todos los parámetros concertados.

Los procedimientos implementados fueron los siguientes:

Para suministro de Coque

Para trituración y Cribado de Coque

Para almacenamiento de Coque

Para control de producto no Conforme

Para Control de Flujo de Coque

 

La aportación en la Calidad del Coque por la implementación de éstos procedimientos también se puede observar en las figuras 1, 2, 3, 4 y 5.

La disminución en variabilidad de las características físicas y químicas del Coque además de la mejora en la calidad de los minerales consumidos por el Alto Horno 5 han contribuido a disminuir el consumo de Coque en la producción de Arrabio (Coque Rate) y por consecuencia, incrementando su productividad, éstos resultados se muestran en la fig. 6

Fig. 6

 

 

El Coque Rate se vió incrementado en 1994 debido al paro del Alto Horno No. 5 para su Rehabilitación Mayor.

Los principales logros obtenidos en este período fueron:

Disminución de variabilidad en calidad del coque:

 

Mejoras en contenido de Carbón Fijo y Azufre del Coque (+0.91% y –0.03% respectivamente).

 

Incremento en Índice de Estabilidad del Coque en 2.2. unidades

 

Se tiene una contribución directa en incremento de productividad y disminución y disminución del C. Rate del Alto Horno.

 

Formación de cultura en calidad en todo personal del departamento.

 

Se inicia el consumo de carbones de baja volátil externos en mezclas a niveles óptimos en cuanto a rendimiento de producción se refiere.

 

Finalmente se concluye que conforme avanza el tiempo, la calidad del coque que se produce va siendo unas uniforme y con especificaciones físicas y químicas cada vez mejores.

 

 

El material para este trabajo fue recopilado de la estadística en calidad que se ha logrado gracias al esfuerzo realizado por el personal de operación, mantenimiento, control de calidad y procesos de Planta Coquizadora Sid.2, apoyado siempre por el grupo directivo de la Dirección Acero para cumplir así, con todas sus metas trazadas. Es por esto, los autores de este trabajo expresan su agradecimiento a éste equipo.