Fundición de hierro

En la historia de la humanidad, uno de los mayores descubrimientos fue el proceso de fundición. Empezando por el cobre y pasando por el bronce y el oro, el ser humano aprendió a fundir diversos metales hasta llegar al hierro, que le permitió desarrollar nuevas armas y herramientas. Sin embargo, la producción de hierro fundido solo empezó a existir a gran escala después de la segunda mitad del siglo XX, con el amplio uso de cubilotes y hornos eléctricos (de inducción o de arco).

 

Durante el desarrollo de la industria, se descubrieron nuevas aplicaciones para el hierro fundido y se amplió su uso. La forma de producirlo influye directamente en sus propiedades, como la maleabilidad, la resistencia a las altas temperaturas y la durabilidad, aumentando su flexibilidad y versatilidad. Estas características se suman a una gran ventaja de la fundición: la producción de piezas de formas complejas a bajo costo.

 

Sin embargo, para mantener esta ventaja de ser un producto de bajo costo, en un mundo cada vez más competitivo, es necesario optimizar algunos aspectos de la producción, como la compra de materias primas y la definición de cargas, la asignación de la producción entre las diferentes unidades productivas y la configuración de las variables importantes del proceso.

 

 

Compra de materia prima

 

Una buena definición de cuáles materias primas comprar y su  utilización es esencial para la competitividad de la empresa, ya que corresponden a la mayor parte del costo de la fundición. En consecuencia, la caracterización de las materias primas desempeña un papel importante en esta decisión, y sus compensaciones deben ser muy bien analizadas. Además, esta decisión es muy dinámica y puede variar en función del perfil de la demanda de la empresa en ese momento, de la disponibilidad de sus unidades productivas y de la situación del mercado de materias primas.

 

En relación con la carga metálica, por ejemplo, en algunas ocasiones, el precio de la chatarra puede ser más competitivo. En otros, puede ser más factible utilizar arrabio sólido. Además del precio, la composición química y los valores de algunas propiedades de estos materiales son los principales impulsores de la decisión, como la densidad y la humedad.

 

Todavía en lo que respecta a las materias primas, la definición de la compra de coque es probablemente la mayor decisión en relación con los hornos de cubilote. El contenido de cenizas y materias volátiles, la granulometría y la resistencia del coque tienen un impacto directo en la eficacia de la combustión del horno y, por consiguiente, en la tasa de coque. Otro impacto importante del coque proviene de su contenido de azufre, que puede aumentar o reducir la necesidad de desulfurantes.

 

Por último, es necesario hacer la mejor elección a la hora de comprar materiales aditivos, ya sean combustibles, desulfurantes, ferrosos, como el hierro silicio y el hierro cromo, o no ferrosos, como el níquel y el cobre.

 

Asignación de la producción

 

En la industria de fundición de hierro, es habitual disponer de diferentes procesos de fusión: hornos eléctricos, que utilizan la electricidad como fuente de energía, y hornos de cubilote, que utilizan la combustión del coque como generador de energía. Además, estos hornos pueden tener características diferentes, como  el volumen y la potencia.

 

Por lo tanto, es sumamente importante definir de forma dinámica cómo asignar la producción, respondiendo a las fluctuaciones en los precios (electricidad y coque), así como las características del material (por ejemplo, la eficiencia de los carburantes). Además, las capacidades de producción y la capacidad de una instalación para producir un metal con una determinada composición química pueden interferir con esta decisión.

 

Configuración del proceso

 

También hay que optimizar la forma en que se establece el proceso. Por ejemplo, la temperatura del metal producido debe tener en cuenta la demanda de energía, las pérdidas térmicas entre los equipos y las limitaciones de temperatura en el momento de la fundición. Otros factores importantes son la generación de escoria y su basicidad, el soplado de aire y oxígeno en los hornos de cubilote y el hot heel en los hornos eléctricos. 

 

Optimización

 

Garantizar que todas estas decisiones en una fundición se tomen de la mejor manera es sumamente complejo. Sin embargo, con la ayuda de los modelos matemáticos y el análisis de datos, los responsables de la toma de decisiones pueden dejar la tarea de encontrar la mejor solución al software de optimización y centrarse únicamente en el análisis de las soluciones y la construcción de escenarios.

 

Gracias a sus amplios conocimientos en modelización de procesos, Cassotis tiene una solución para la optimización de los procesos de fundición. A través de un modelo no lineal, que integra los conocimientos técnicos procedentes de la bibliografía con el análisis de datos históricos validados por la experiencia de los ingenieros de procesos, se pueden optimizar las mencionadas decisiones, ayudando a las empresas a obtener resultados cada vez mejores. 

 

Además, en la mayoría de los proyectos se utiliza una herramienta de optimización que facilita el análisis de los resultados, la comparación de diferentes escenarios y el mantenimiento de los datos de forma sencilla y práctica. Todo ello para que los usuarios puedan aprovechar al máximo su tiempo y el potencial del modelo.

 

Si está interesado en este tipo de modelos, consulte nuestra página web y no dude en ponerse en contacto con nosotros.

 

Autor: Cassiano Lima - Consultor Senior en Cassotis Consulting

  Coautor: Fabio Silva - Gerente Senior en Cassotis Consulting