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Los beneficios de desarrollar el control de proceso en línea

Presentado por BERNARD SEEMANN

Ø  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 à 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 1 Harina 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 SoNware

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)

VenYlador Transporte

Local tecnico

Estacion puente

XRF XRD

PSD Estación de trabajo

Control de Proceso en Línea

Cal libre

Tamaños partículas

Composición Pérdida al Fuego

Al - Fe - Ca - Si - S - P - K

Carbono Azufre

5/h2/h7/h 6/h Continuous

EstructuraMineral

Gas muestra

& Análisis

ContinuousContinuous

Machacador

Premezclado

Aditivos

Mezcla crudo

Silos mezcla

Precalcinador

Horno Enfriador

Aditivos

Molino CementoClinkerSilo

Cemento Silo

Cantera

HARINA CRUDA HARINA CALIENTE CLINKER CEMENTO

Ventajas comparado a los laboratorios centralizados automáticos

•  Análisis con alta frecuencia • à Ahorro de energía y calidad más estable •  Fácil de utilizar •  Sistemas Independientes • à no hay riesgo de no tener ningún análisis en toda la planta al mismo tiempo •  Sistemas más baratos


PORQUE CONTROLAR EL CRUDO ? Ø  Chequeo del LSF (Lime saturaYon factor)

Ø  Chequear la finura, especialmente %>90 micrones

Ø  Chequeo del raYo Silicato SR (raYo de Si vs Al y Fe)

Ø  Chequeo del raYo Aluminio AR (raYo 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 objeYvo se logra más a menudo LSF valor promedio alto à mas C3S à cemento mas reacYvo

1 HORA LSF

100

1 HORA

LSF 100


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 Yempo de residencia de los diferentes componentes del crudo en el circuito de molienda


Crusher

Preblending

Additives

Raw Mill

Blending Silos

Precalciner

Kiln

Quarry

Kiln Dust

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.


Hasta 7 análisis por hora

Hasta 2 puntos de muestreo

controlado con 1 solo analizador

Esquema típico Cuan%ficación de los mayores óxidos + software de control de mezcla de crudo à Control automá%cos 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 ?

Ø  Monitorear el valor actual del grado de calcinación a la salida del precalcinador

Ø  Chequeo del valor actual del ciclo VoláYles 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


Control de Harina Caliente Análisis típicas

Medición Perdida al fuego

Hacia PLC planta : Valor de calcinación


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


Resultados

Date Time LOI Analyser Result Lab Result Variance23.01.2013 15.26 PM 97,32 97,51 -‐0,19

15.56 PM 97,90 97,89 0,0116.26 PM 98,28 97,98 0,3016.56 PM 97,74 97,72 0,02Average 97,81 97,77 0,04

Date Time LOI Analyser Result Lab Result Variance24.01.2013 09.36 AM 97,15 96,61 0,54

10.06 AM 97,20 97,06 0,1410.36 AM 96,88 97,27 -‐0,3911.06 AM 97,33 97,89 -‐0,5611.36 AM 97,15 96,95 0,2012.06 AM 97,80 97,10 0,70Average 97,25 97,15 0,10

Resultados

Comparación de datos entre el laboratorio y el analizador en línea


Sistema Automático de control de harina caliente instalado en una planta de cemento

PORQUE CONTROLAR EL CLINKER ?

Ø  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.

Ø  UYlizar los dados para opYmizar 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 à 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

Descarga del horno

Horno

Enfriador

Toma muestra bajo parrillas

Toma muestra a la descarga del

enfriador

Enfriador

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 + (CH2OH)2 à H2O + (CH2O)22- + Ca 2+

Control del Clinker Op$mización 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

US Plant With 2 wet kilns % free lime

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

1

Date

% F

ree

lime

K-1 K-2

1 2 3

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 :

Ø  15 kcal / kg CK de ahorro de combustible

Ø  1kWh / Ton CK de energía eléctrica de molienda

Ø  Costes laborales análisis Manual

Ø  El costo de manejo de desechos de producción

Ø costos incidentes de Post producción

Ahorros indirectos

Control del Clinker Ahorros

Ø  Evaluar el contenido de caliza (CaCO3) Ø  Evaluar el contenido de yeso (CaSO4·∙2H2O) Ø  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 à AJUSTE DEL SEPARADOR Y ALIMENTACIÓN DEL MOLINO

Control del Cemento

Ø  Sistema de muestreo No representativo

Ø  Frecuencia de control MUY baja

Ø  Tiempo de respuesta largo

Ø  Error Humana

Ø  Valores de Blaine se uYlizan 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 ulYma resistencia < 32 micrones

Cero contribución a La resistencia > 32 micrones

à 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)

à Análisis manual Blaine à 3 horas son necesarias para lograr la especificación requerida

à  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) à Menos de 30 min son necesarias para lograr la especificación requerida à  Ahorro en tiempo de purga

Product change

360 à 500 m2/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

Before high level control

After high level control, without on line PSD

With high level control and on line PSD

Average 48 60 69

Std. Dev. 3,81 2,35 3,33

Average 1414 1536 1476

Std. Dev. 40 45 22

Average 118 127 136

Std. Dev. 4,2 5,7 3,8

Average 4884 4902 4468

Std. Dev. 21 13 19

kWh/t 41,8 39,1 33,3

Average 2125,49 2176;54 2454,35

Average 60,22 61,21 59,69

One day strengths (psi)

C3S (%)

Summary of the impact of automated control and real time particle size measurement on production parameters

Bucket elevator pwer (kW)

Seperator speed rpm

Total feed rate (tph)

Mill power (kW)

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

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Presentado$por$ BERNARD$SEEMANN$ficem.org/boletines/boletines2014/BOLETIN_DE_RESULTADOS...XRD)$ VenYlador$$ Transporte$ Local$tecnico$ Estacion$ puente$ XRF$ XRD$ PSD$Estación$ de$trabajo$