Produtor de níquel implementa solução de controle da Rockwell para aprimorar a qualidade da calcinação de minério por meio de fornos

Caracterizado pela capacidade de resistir à corrosão em altas temperaturas e sua utilidade como elemento de liga, o níquel desempenha um papel fundamental em vários setores industriais, desde aeroespacial e químico até elétrico e automotivo.

A Société Le Nickel (SLN), parte do Grupo Eramet, é a maior produtora mundial de ferroníquel. A empresa, com 140 anos de existência, também produz manganês, lítio e titânio, que são essenciais para a fabricação de baterias, pigmentos de tinta e turbinas eólicas, entre outros produtos.

O processamento de minérios é uma atividade complexa que requer o controle estável do perfil de temperatura dos fornos rotativos e a automação das operações em diferentes faixas de operação. O minério de alimentação introduzido no forno rotativo passa por calcinação à medida que percorre o comprimento do forno. Se o produto calcinado não estiver em uma temperatura suficientemente alta, a qualidade do produto é comprometida.

O calor é distribuído pelo forno com o fornecimento de ar para que ocorra a combustão. Se houver muito ar fornecido, mais combustível precisa ser queimado para manter a mesma temperatura do produto, diminuindo assim a eficiência energética. O excesso de oxigênio deve ser minimizado a um nível seguro para reduzir os custos operacionais e os gases de efeito estufa.

Atrasos no sistema em obsolescência
A SLN estava usando um sistema especialista, um controlador de lógica fuzzy existente, projetado para automatizar a operação do forno. No entanto, a empresa enfrentou vários desafios com o sistema em obsolescência, particularmente com o teor variável de minério e valores de aquecimento variáveis, levando a picos de temperatura e desarmes elétricos frequentes. Os desarmes estavam sendo causados pela alta temperatura do produto, o que compromete tanto a qualidade do produto quanto a integridade dos equipamentos.

“A lógica fuzzy não conseguia reduzir o combustível rápido o suficiente para evitar que os desarmes ocorressem e, quando em operação manual, os operadores não conseguiam reagir rápido o suficiente”, explicou Leslie Hii, um dos engenheiros de controle de processo avançado da Rockwell Automation responsável pela entrega do projeto da SLN.

“Manter a temperatura necessária do forno pode ser complexo e desafiador, dado o número de variáveis que precisam ser gerenciadas. O tipo de combustível pode ser óleo, carvão ou uma mistura dos dois – cada um com suas características térmicas únicas. Além disso, a taxa de alimentação do material impacta a temperatura do forno e precisa ser gerenciada com cuidado”, disse Hii.

Adicionando uma camada de inteligência
O sistema especialista só pode ser ativado quando o forno está operando normalmente e, em caso de qualquer instabilidade, os operadores o desligam e assumem o controle. O sistema especialista também teve uma avaliação baixa em termos de facilidade de uso e facilidade de manutenção, ambos fatores que contribuem para a baixa disponibilidade do sistema.

Para corrigir a situação, a SLN atualizou para o FactoryTalk Analytics PavilionX da Rockwell Automation. Essa solução de controle preditivo por modelo (MPC) oferece uma camada de inteligência que fica acima dos sistemas de automação e avalia continuamente os dados operacionais atuais e previstos. Em seguida, compara esses dados com os resultados desejados e direciona novas metas de controle para reduzir a variabilidade do processo, melhorar o desempenho e aumentar a eficiência – tudo de forma autônoma e em tempo real.

“Usar uma solução MPC é um exemplo ideal de como a Rockwell Automation está usando inteligência artificial para obter melhores resultados operacionais, utilizando os dados disponíveis. Neste projeto, também usamos aprendizado de máquina, conhecimento de processo e dados para desenvolver modelos de forno adaptados às operações da SLN”, disse Hii.

A fase inicial da solução aprimorada foi concluída com sucesso em apenas 13 meses, em contraste com os anos necessários para implementar o sistema especialista. Ela já foi implementada em cinco fornos rotativos na instalação da SLN. Os operadores agora têm a opção de minimizar o uso de óleo combustível de alto valor enquanto maximizam o uso de carvão pulverizado de menor valor durante a operação em modo misto.

O investimento compensa
"O aplicativo MPC pode lidar com uma variabilidade significativa na alimentação de minério e nos valores de aquecimento e evita que ocorram paradas, permitindo que o forno permaneça em operação a uma taxa mais alta", disse Mickael Montarello, gerente de controle de processo da SLN. "O erro de temperatura do produto calcinado foi reduzido em 6% e a variabilidade do perfil de temperatura do forno foi reduzida em 16.1%."

A SLN está colhendo os benefícios desse investimento. "A disponibilidade média do MPC da Rockwell é de 83% em comparação com 70% com o sistema especialista anterior", disse Montarello. "A nova solução permite que o forno permaneça em operação por mais tempo.

"Os usuários apreciam a facilidade de uso e a flexibilidade da ferramenta. No caso de um problema com um elemento do processo, os operadores podem intervir facilmente no elemento em questão, enquanto permitem que o MPC continue controlando as outras variáveis manipuladas.

"Graças a essa ferramenta, novas oportunidades para otimizar o controle e a gestão estão surgindo, o que não era possível com o antigo controlador de lógica fuzzy. Nossa meta para 2024 é alcançar uma taxa de utilização de 90%", concluiu Montarello.