Melhorias de processo diminuem fração grossa de sinter feed

A Gerdau Mineração realizou em 2016 um importante projeto, que teve como principal objetivo a redução do percentual de partículas super grossas (%>6,3 mm) no sinter feed (SF) produzido, como solicitação da siderurgia. No processo de sinterização as partículas super grossas não atuam como nucleantes nem aderentes, reduzindo a produtividade e aumentando o consumo de combustível na máquina de sinterização.

Além disso, a fração grossa do sinter feed pode ser recuperada como granulado, que tem maior valor agregado. Em 2016, foram desenvolvidas otimizações de processo nas plantas de beneficiamento da Gerdau, como troca de telas nas peneiras – baseado em simulações de processo – e análise estática e dinâmica das peneiras para suportar as modificações. Essas ações contribuíram para que fosse alcançado, em 2016, um percentual médio de 7,34% de partículas acima de 6,3 mm no sinter feed entregue para consumo interno na sinterização da Gerdau (em 2015 o valor foi de 9,10%). Assim, foram gerados ganhos financeiros expressivos para a Gerdau com a redução da fração super grossa do sinter feed.

A qualidade dos produtos gerados pela indústria siderúrgica, entre outros fatores, é fortemente dependente das matérias-primas utilizadas, que advém da atividade minerária. Problemas com as características dos produtos minerais enviados à siderurgia podem acarretar em aumento no custo de produção, bem

como desvios nas qualidades metalúrgicas dos produtos dos processos de redução. Atender às especificações dos clientes, portanto, é importante elemento de competitividade.

Dentre os parâmetros dos produtos minerais que devem ser atendidos, para maior eficácia no processo siderúrgico, se encontra o percentual de minérios grossos (%>6,3mm) no sinter feed, que é usado na sinterização. Essas partículas, denominadas super grossas, não apresentam capacidade de aderir às partículas mais finas ao seu redor, e, portanto, não contribuem para o fenômeno da microaglomeração a frio, etapa que antecede a sinterização. Por esse motivo, devem ser minimizadas na composição da mistura a ser sinterizada.

Devido a incapacidade de se comportar como partícula nucleante, os minérios super grossos diminuem a produtividade da sinterização, o que acarreta em um aumento no consumo específico de combustível no processo. Além disso, essa fração >6,3mm possui características físicas de outro produto de minério de ferro, o granulado. Esse produto, por ter granulometria adequada, pode alimentar diretamente o alto forno e não precisa de etapa anterior de aglomeração (como o sinter produto e a pelota). Dessa forma, o custo do granulado é inferior ao do sinter produto e da pelota.

Além disso, a margem de lucro do granulado para a mineração é significativamente superior ao do sinter feed e do pellet feed.

A Gerdau atua comprometida com a qualidade dos seus produtos, atendendo às especificações dos seus clientes e buscando otimizar seus processos com estratégias bem planejadas. No ano de 2016, a mineração da Gerdau foi solicitada pelo seu principal cliente interno, a Usina Ouro Branco (UOB), para reduzir o percentual de partículas >6,3 mm no sinter feed. Além disso, foi vislumbrado a oportunidade de redução de custos com carga ferrífera pelo alto forno e também o aumento das margens da mineração com o redirecionamento do sinter feed grosso para o granulado.

Em 2015, o percentual >6,3 mm do sinter feed entregue na UOB foi de 9,10%, e em 2016, com as ações do projeto, esse valor caiu para 7,34% (a meta foi de 8,90%), o que representou um aumento de, aproximadamente, 3,0% na produção de granulado (considerando apenas produtos próprios). Esse aumento da produção de granulado gerou ganhos financeiros significativos para a Gerdau em 2016.

Com o objetivo de diminuir o percentual de partículas super grossas no sinter feed produzido nas plantas de beneficiamento da Gerdau: UTM II (Unidade de Tratamento de Minérios II) e TSVL (Tratamento a Seco de Várzea do Lopes) foi usado a metodologia PDCA para identificação do problema, criação do plano de ação, controle do processo e aperfeiçoamento.

Inicialmente foi feito uma estratificação da contribuição na fração >6,3 mm do sinter feed de cada produto da Gerdau, em 2015.

Estratificação da quantidade de partículas grossas no SF em 2015. Como pode ser observado na figura, os produtos que compõe o sinter feed para a UOB, e que possuíam a maior contribuição na quantidade total de minérios grossos foram o FINAT (finos naturais), produzido a seco na UTM II e o sinter feed do tratamento a seco de Várzea do Lopes (SFVL), representando mais de 80% das causas. Além dos produtos apresentados nessa estratificação, também é componente do sinter feed entregue na UOB produtos de terceiros, porém toda a análise realizada desconsiderou os minérios de terceiros por não termos ação direta sobre eles.

Apesar de produzirem materiais diferentes, as rotas de processo na UTM II (parte a seco) e na TSVL são bem similares. A figura apresenta os fluxogramas das plantas de beneficiamento que produzem o FINAT (tratamento a seco da UTM II) e o SFVL.

Para ser classificado como FINAT, o ROM que chega à UTM II passa por dois processos de classificação, com grelha e peneiramento primário e cominuição (britador de mandíbulas primário e britador cônico secundário). O material retido no primeiro deck do peneiramento primário é a carga circulante que volta no britador cônico; já o retido no segundo deck segue para a rota a úmido da planta. O FINAT é o material passante no peneiramento primário. A produção do SFVL possui rota similar à produção do FINAT.

O peneiramento primário é ponto fundamental para a redução de minérios grossos no sinter feed. Os esforços das equipes envolvidas foram concentrados, portanto, nessa etapa do processo.

Com o objetivo de simular os efeitos no processo de peneiramento das mudanças de telas no peneiramento primário foi usado um software de simulação de processos chamado USIMPAC. Esse programa dispõe de vários modelos matemáticos que são associados a cada operação unitária representada em um fluxograma, que no caso desse projeto foi o peneiramento primário. Dependendo do objetivo da simulação dos dados disponíveis, diferentes modelos matemáticos podem ser usados para o mesmo equipamento. Esses modelos matemáticos calculam os dados das correntes de saída a partir dos dados de entrada dos fluxos e parâmetros do modelo.

Com dados do tamanho dos equipamentos, condições operacionais, características do minério, parâmetros de ajuste do modelo e critérios de performance é possível simular diversas condições no processo.

Esse programa permitiu que fosse modelado o peneiramento com diferentes configurações de aberturas de telas.

Com o intuito de analisar profundamente a operação da peneira da TSVL foi realizado um diagnóstico desse peneiramento. Essa análise abrangeu aspectos estáticos e dinâmicos da peneira, com foco nas características de operação e na eficiência do peneiramento, uma vez que as condições de peneiramento foram modicadas com a troca de telas.

Para um peneiramento eficiente uma peneira deve exercer três ações independentes e distintas sobre a partículas a serem classificadas: transportar, estratificar e peneirar. Portanto, o diagnóstico desenvolvido teve a função de avaliar a capacidade de transporte de todas as partículas, o espaço suficiente para acomodação do leito e o tempo suficiente para que as partículas finas se apresentem à tela e a atravessem.

Foi realizado também um diagnóstico dinâmico da peneira, analisando parâmetros como frequência de vibração e amplitude. A frequência da vibração tem por função estratificar o material sobre o leito, fazendo com que as partículas finas fiquem por baixo. A amplitude tem a função de transportar as partículas, lançando-as para cima e para frente e fazendo com que cada partícula experimente uma nova abertura da tela, o que aumenta sua chance de ser classificada corretamente.

Outro parâmetro analisado nesse diagnóstico foi o acúmulo de material em pontos específicos das peneiras, bem como seu desgaste. Isso causava sobrecarga em certas partes da peneira, além de diminuir a vida útil do equipamento. A alimentação da peneira foi distribuída de forma a evitar caminhos preferenciais. Foram instalados esticadores de telas nas peneiras, para que não ocorresse flambagem e regiões propensas a acúmulo de material sobre a peneira.

Para conseguir a redução do percentual de partículas super grossas no FINAT e no SFVL, ambos componentes do sinter feed, foi realizado uma mudança de telas usada no processo.

No caso do FINAT, a troca de telas mencionada foi feita em duas partes, uma em maio de 2016 e outra em outubro de 2016. Isso permitiu que não fosse causado uma mudança brusca na partição de produtos da planta. Em maio de 2016 foi realizado a troca de algumas telas de 18 mm de abertura (telas de poliuretano – PU) para telas de 9 mm de PU, ficando o segundo deck da peneira com 24% de telas de 9 mm. Já em outubro de 2016, esse percentual de telas de 9 mm passou para 60%.

Para o SFVL, a troca de telas foi feita de uma única vez, e ocorreu em abril de 2016. Foram trocadas 50% das telas de aço de 18 mm para telas de 16 mm de abertura.

As cartas de controle da fração >6,3 mm do FINAT mostram que, a partir do mês de outubro de 2016 a troca de telas que foi executada surtiu o efeito esperado, reduzindo a média do parâmetro >6,3 mm de 7,18% em 2015 para 4,58% a partir de outubro de 2016.

As cartas de controle da fração >6,3 mm do SFVL mostram que, a partir do mês de abril de 2016 a troca de telas que foi executada surtiu o efeito esperado, reduzindo a média do parâmetro >6,3 mm de 17,51% em 2015 para 11,50% a partir de abril de 2016.

Outro ponto muito relevante no trabalho foi o aumento da estabilidade operacional, para o parâmetro %>6,3 mm do SFVL. Pelos dados da carta de controle aprentada, observa-se que em 2015 o limite superior de controle para o parametro em questão foi de 36,42% >6,3 mm no SFVL; e em 2016, após as ações do projeto, em abril, o limite superior de controle caiu para 24,90%, demonstrando menor desvio padrão dos resultados, o que pode ser visto na comparação das cartas de controle de 2015 e 2016.

O resultado dessas melhorias impactou diretamen-te no resultado do projeto, cuja meta era reduzir de 9,10% para 8,90% o percentual da fração >6,3 mm do SF na entrega. A figura apresenta a carta de controle da fração >6,3 mm do SF entregue na UOB em 2015 e 2016.

Os dados apresentados são mensais.

As cartas de controle da fração >6,3 mm do SF entregue na UOB mostra que, esse parâmetro teve uma redução do valor de 9,10% em 2015 para 7,34% em 2016.

Pode-se notar também na figura um decréscimo do percentual médio da fração >6,3 mm a partir de abril de 2016, justamente devido a implementação das melhorias propostas na fase de elaboração do plano de ação do projeto.

Como resultados positivos do projeto de redução da fração >6,3 mm do SF da Gerdau, destaca-se:

• Grande sinergia entre as áreas de processos e operação da mineração e sinterização da siderurgia da Gerdau

• Redução da fração grossa do SF de alimentação das máquinas de sinterização da Gerdau com ganhos em produtividade e redução no consumo de combustível

• Maior produção de granulado (produto de maior margem) em função do redirecionamento da fração >6,3 mm do SF para o granulado sem perda de qualidade dos produtos

• Possibilidade de redução do custo da carga ferrífera dos altos fornos em função da maior disponibilidade de granulado próprio (granulado próprio tem custo mais baixo do que pelota, sinter produto e granulado de terceiros)

• Aumento de 3,0% da produção de granulado em 2016

Para alavancar os resultados da Gerdau, o desenvolvimento de projetos com sinergias entre diversas áreas da empresa, como a mineração e a siderurgia é ponto chave. O projeto de redução da fração grossa do sinter feed Gerdau (%>6,3 mm) através de melhorias de processo foi desenvolvido com apoio de diversas áreas e gerou resultado em vários processos. A redução da fração >6,3 mm do SF foi acima da meta estabelecida no início do projeto, mas a Gerdau continua investindo em melhorias sistemáticas dos seus processos e, consequentemente dos seus produtos, sempre com foco em aspectos de saúde, segurança e meio ambiente, garantindo a sustentabilidade econômica do negócio e a satisfação dos clientes.