Cinco maneras de ahorrar energía al fundir y transferir el metal

Eficiencia de la fundición de aluminio: una guía práctica para abordar los aspectos importantes de la energía

Las operaciones de fundición de aluminio hacen un uso claramente intensivo de la energía. De hecho, aproximadamente el 25 % del costo total de las piezas fundidas a presión está asociado al consumo de energía. Por lo tanto, la identificación y el tratamiento de los aspectos importantes de la energía pueden suponer una gran diferencia en la rentabilidad y el ahorro en general.

Este es exactamente el motivo por el que esta guía analiza detenidamente la fusión y la transferencia de aluminio líquido. Los procesos en los que se utiliza mucha energía no se limitan en absoluto a esta área específica, sino que se requiere una cantidad sustancial de energía para fundir la chatarra y los lingotes, y mantener el metal fundido a la temperatura adecuada. Tanto es así, que la evidencia sugiere que el taller de fundición por sí solo puede representar hasta el 77 % del consumo total de energía en una fundición a presión.

Para ayudarlo a ahorrar lo que podría suponer una gran diferencia en su negocio, a continuación le indicamos cinco cosas que debe tener en cuenta cuando se trata de reducir el consumo de energía y las emisiones de carbono en su fundición de aluminio:

1) Use los datos para determinar el potencial de ahorro

La naturaleza de los procesos involucrados significa que el taller de fundición es una primera parada lógica cuando se buscan formas de reducir el consumo de energía. Pero una de las mejores estrategias para señalar exactamente dónde están las mayores oportunidades de mejora es aprovechar lo que se está convirtiendo en el mayor recurso de una fundición a presión: los datos.

La mayoría de los equipos de fundición, incluidos los hornos fusores y dosificadores, salen ahora de la línea de producción preparados para Industria 4.0, lo que significa que las máquinas ya están equipadas para recopilar y proporcionar datos informativos sobre el rendimiento. En el caso de los equipos antiguos que no se incluyen en la categoría de "preparados para 4.0", existe la tecnología de puerta de enlace (la solución NoriGate de Norican es un ejemplo) que se puede adaptar a cualquier máquina para aprovechar la misma información. Ahora es posible y práctico obtener una visión basada en datos de toda la línea de fundición a presión.

Entre los datos esenciales listos para obtenerse de esta manera (y, con herramientas como Monitizer, visualizarse y analizarse en tiempo real) se incluyen los indicadores de rendimiento clave (KPI por sus siglas en inglés) de producción que pueden relacionarse con la energía consumida para identificar posibles problemas o la tecnología que no funciona con todo su potencial de eficiencia.

Vigilar el peso:

Un determinado conjunto de datos que puede resultar muy revelador es el uso de celdas de carga de horno para realizar el seguimiento del peso del material cargado que entra en el horno o el peso del aluminio líquido que sale y superponerlo con la energía utilizada durante el mismo período de tiempo. La información obtenida servirá para identificar rápidamente el rendimiento que no es óptimo y que bien se puede deber a un llenado y una distribución de material ineficientes (véase el punto 2).

 

Las soluciones digitales es un área que vamos a tratar más extensamente a medida que esta serie de contenidos avance, analizando específicamente las implicaciones para mejorar el tiempo de actividad, la calidad y la productividad. Esté atento a nuestra página dedicada a la "fórmula de la eficiencia de la fundición" para consultar las novedades.

2) Compruebe que el llenado de la cuba está optimizado

Los hornos de fusión torre, especialmente en lo que respecta al aluminio, se consideran, en general, como los más eficientes del mercado desde el punto de vista energético. Esto se debe a que combinan el precalentamiento, el calentamiento y la licuefacción en una unidad y funcionan según un principio de contracorriente favorable: el gas de escape del material de carga fundido en la parte inferior de la cuba calienta gradualmente la materia prima fría a medida que desciende cargándose en la parte superior, lo que reduce el tiempo que necesita estar a alta temperatura (uso intensivo de recursos energéticos) para completar el proceso de fusión.

Dato rápido: con un nivel de consumo de energía de 540 kWh/t, un horno de fusión torre StrikoMelter con una capacidad de fusión anual de unas 14 000 t genera 860 t menos de emisiones de CO2 al año que la tecnología de los hornos fusores que están disponibles en el mercado europeo.

Pero incluso los hornos torre pueden ser más eficientes. En concreto, si se examinan el llenado de la cuba y la distribución del material en ella. El espacio desperdiciado es energía desperdiciada. A continuación, le indicamos tres cuestiones que debería analizar para asegurarse de que el llenado es lo más eficiente posible:

Consejo: asegúrese de que siempre esté listo un carro de carga completo para entrar en la unidad de carga, de modo que el horno se pueda cargar en cualquier momento, según lo determine el sistema.

Plantearse el uso de la automatización


Con un escáner de cuba y un sistema de pesaje para controlar continuamente los niveles del material de carga y gestionar automáticamente el proceso de llenado, se puede conseguir un ahorro de energía de hasta un 4 %. Cuando este tipo de control de nivel con tecnología láser se actualizó como parte de un proyecto de modernización integral en Skoda Auto en sus instalaciones de Mladá Boleslav en la República Checa, se redujo el consumo de energía hasta en un 10 %.

Consejo: no cargue una cuba vacía con materiales pesados para evitar daños en el revestimiento refractario.

Examinar la mezcla de material de carga


Una proporción del 50 % de materiales de retorno y del 50 % de lingotes garantiza la mejor condición de llenado para el uso óptimo de la energía y el rendimiento del metal. En la medida de lo posible, con el uso de lingotes más pequeños para la carga se aprovecha mejor el espacio y se maximiza la superficie disponible para la transferencia de calor en comparación con los lingotes más grandes.

Solución destacada: el StrikoMelter BigStruc es un ejemplo en el que también se utiliza un deflector de gas caliente durante el proceso de fusión para contribuir a reducir la pérdida de calor durante la refusión de grandes piezas estructurales.

A cubierto


Otra forma de mantener bajo el consumo de energía es maximizar la retención de calor cubriendo la cuba para evitar que la energía se pierda sin usarse. Un deflector de gas caliente (tapa de la cuba) se utiliza principalmente para retener el calor durante los períodos de fusión libre para la limpieza de la cámara de fusión. Se ha demostrado que reduce el consumo de energía durante las operaciones de fusión libre hasta en un 15 %. 

3) Asegúrese de que los cortos periodos de fusión no agoten la energía

La fundición a presión del aluminio tiene más eficiencia energética si se utiliza mucho. El problema es que también es bastante habitual que las fundiciones de aluminio realicen la fusión a menos del 100 % de su capacidad por varios motivos, desde el mantenimiento de las líneas hasta el desarrollo de nuevos proyectos.

Esto a menudo se traduce en períodos de fusión más cortos e interrumpidos que son muy ineficientes: la energía se pierde durante los intervalos intermedios y se debe gastar nuevamente para el recalentamiento. Además de aumentar el consumo de energía, el proceso también puede disminuir la calidad del metal debido a la oxidación y la formación de escoria. Una situación perdedora en todos los aspectos.

Sin embargo, lo más importante es que la baja utilización no tiene por qué conllevar períodos de fusión más breves. El cambio a períodos de fusión más largos durante la baja utilización, en los que la fusión y la retención se aplican automáticamente de la forma de mayor eficiencia energética, puede reducir el consumo de energía hasta en un 20 %.

Solución destacada: se ha desarrollado Part Load Efficiency Control  de StrikoWestofen, un sistema de control de quemador especializado, para evitar este tipo de desperdicio de parada y arranque, y resulta muy beneficioso cuando los hornos fusores funcionan por debajo del 75 % de su capacidad.

4) Mantenga su proceso para producir menos residuos, todo cuenta

Mantenerse al tanto del mantenimiento puede tener un impacto drástico en el consumo de energía. Es otro motivo por el que las soluciones de gestión digital que utilizan y visualizan los datos de los equipos pueden ser tan valiosas, ya que pueden ayudar a señalar cuándo y dónde podría ser necesario el mantenimiento para evitar la pérdida de rendimiento... o, peor aún, el tiempo de inactividad (de nuevo un tema que examinaremos con detenimiento más adelante en esta serie de contenidos).

Y, con frecuencia, no es necesariamente algo importante, sino más bien una acumulación de pequeñas cosas que pueden suponer un importante ahorro de energía. Por ejemplo:

  • Mantener la junta de la cuerda en las puertas de los hornos puede parecer un detalle muy pequeño, pero incluso esto puede generar un ahorro de energía del 1 %. En combinación con la puerta de limpieza autosellable, la junta de la cuerda logra una estanqueidad perfecta. El hecho de aplicar una junta estanca ahorra energía al reducir la pérdida de calor durante la fusión y la retención, además de evitar la entrada de aire que podría dar lugar a la oxidación y la formación de corindón.
  • La eficiencia del quemador conlleva una mejor eficiencia. Un quemador bien ajustado con una relación estequiométrica de aire-combustible puede ahorrar hasta un 2 % de energía en comparación con un quemador con demasiado exceso de aire. Esto se debe a que el exceso de aire, es decir, el aire que no se necesita para el proceso de combustión, en realidad reducirá la temperatura de la llama y provocará que la transferencia de calor sea menos eficiente.

¿Lo sabía? El ajuste casi estequiométrico del quemador se incluye ahora de serie en los hornos StrikoMelter PurEfficiency y BigStruc de StrikoWestofen, lo que ayuda a las fundiciones a utilizar aproximadamente siete kilovatios hora menos de energía por tonelada de metal.

5) Mantener el calor con la cobertura durante la transferencia de metal y la dosificación

Ya hemos mencionado los beneficios de la eficiencia energética de mantener el calor en la cuba para evitar pérdidas térmicas innecesarias, pero ¿qué sucede cuando el aluminio fundido caliente está listo para transferirse al horno dosificador o mantenedor?

Aunque están precalentadas, la mayoría de las cucharas de transferencia que normalmente se utilizan para completar esta tarea están sin cubrir, lo que provoca una pérdida de calor y un desperdicio de energía; a menudo hay que sobrecalentar la fundición para compensarlo, solución que tiene el posible efecto secundario negativo del deterioro de la calidad del metal.

Consejo importante: además de ser considerablemente más seguro, un sistema cerrado de transferencia de metal como Schnorkle mitiga este problema de eficiencia manteniendo el aluminio fundido a una temperatura constante. Las soluciones de transferencia herméticamente selladas también minimizan el contacto con la atmósfera para obtener una calidad óptima del metal, lo que a su vez tiene implicaciones en la productividad: mejor calidad del metal que entra, mejor calidad de las piezas fundidas que salen, además de un uso más eficiente y eficaz de la energía.

Otra cobertura: al igual que sucede con la transferencia de metal desde el horno fusor primario, los sistemas de mantenimiento y dosificación del aluminio líquido también son mucho más eficientes desde el punto de vista energético, ya que eliminan la posibilidad de una pérdida innecesaria de la temperatura. Como resultado, el consumo de energía de este proceso puede reducirse en unos dos tercios. Los sistemas de dosificación cerrados también pueden tener un impacto drástico en la pérdida y calidad del metal.

¿Lo sabía? El horno dosificador sin crisol Westomat de StrikoWestofen utiliza solo un tercio de la energía que necesita un sistema de cuchara clásico, limita la pérdida de metal a solo el 0,06 %, elimina las fluctuaciones de temperatura y tiene una tasa de disponibilidad del 98 % debido a las mínimas necesidades de mantenimiento y a su durabilidad.

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