Controlador Predictivo Connoisseur

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Contenido

Resumen Ejecutivo        

Introducción        

Objetivos        

Marco Teórico:        

Fusión Flash        

Problemas con la magnetita        

Desarrollo        

Controlador Predictivo Connoisseur        

Funcionamiento        

OSI PI System        

Definición de variables        

Resultados        

Conclusión y sugerencias        

Resumen Ejecutivo

Las nuevas normas ambientales junto con la exigencia de mercado hacen que sea necesario para las empresas optimizar las características técnicas y económicas de sus procesos. El control avanzado surge entonces como una buena opción para la industria metalúrgica existente, y ya se ha implementado en numerosas aplicaciones. Para el caso de CODELCO Esta cuenta con algunas implementaciones personalizadas en sus divisiones. Tomando en cuenta lo anteriormente señalado es que el Departamento de Proyectos de Automatización (DPA) ha dado su apoyo y ha decidido promover la implementación de control avanzado en CODELCO Norte. El proyecto explica la implementación de control avanzado en el horno flash de CODELCO Norte, el cual tiene como característica fundir concentrados complejos, los objetivos que este proyecto pretende lograr son poder controlar la composición y temperatura de la mata y la composición de magnetita dentro de la escoria. Los resultados obtenidos de la implementación muestran que el control avanzado logra un mejor desempeño comparado con el control que puede ejercer un operador trabajando de forma normal.

Introducción

Dado que el horno flash necesita concentrado seco para su correcto funcionamiento, luego de pasar por el secado, el concentrado se dirige a un compartimiento de 1000[ton], donde se mezcla con el fundente, en este caso SiO2 el flujo combinado pasa a un compartimiento más pequeño donde se mezcla con los polvos recuperados del horno y en ese momento ocurre el muestreo del flujo. La mezcla final es llevada finalmente al horno flash.

En la torre Flash del horno existe una serie de quemadores donde ingresa aire enriquecido en oxígeno, es en esta zona de los quemadores donde ocurre la oxidación del azufre la cual genera el calor necesario para fundir el concentrado. El concentrado líquido cae al sedimentador donde se forman las fases de mata y escoria, mientras que los gases de fusión (principalmente SO2) se dirigen al recuperador de polvos y posteriormente a la caldera de recuperación de calor.

Es importante saber que el punto crítico de la razón entre SiO2 y concentrado es tomado varias horas antes de que la alimentación llegue al horno. También aclarar que la concentración de SiO2 puede variar significativamente. Además el tiempo entre hacer un cambio en el controlador que regula y medir un cambio en el producto del horno flash depende del nivel del compartimiento T-54.

El sistema de control básico consta de un controlador DCS Bailey que es la interfaz que permite a los operadores interactuar con el sistema, y una plataforma AB PLC. El controlador, de tipo multivariable, obtiene datos de concentración y temperatura de un historiador OSI PI. Algunos datos extra se obtienen vía OPC desde el controlador Bailey DCS.

CODELCO ya ha implementado sistemas de control avanzado en el horno flash de su división CODELCO Norte en el 2008. El principal objetivo de esta aplicación de control fue optimizar la eficiencia de la operación mediante control predictivo basado en modelos. Gracias al control avanzado se logró:

• Control de la temperatura alrededor de un punto deseado.
• Control de la concentración de cobre alrededor de un set point.
• Control de la concentración de la magnetita en la escoria en torno a un set point.

Los beneficios vinieron al optimizar el funcionamiento del horno flash, incluyendo menor costo de operación y el rendimiento. Un producto más estable repercutió en que los procesos posteriores a la fusión flash fueran también más estables.

Objetivos

Al implementar un controlador multivariable como lo es Connoisseur, se espera obtener múltiples beneficios de su instalación. Aun así existen beneficios específicos que se buscan en este caso, los cuales son:

• Controlar con más precisión la composición y temperatura de la mata.
• Mejorar el control del contenido de magnetita en la escoria.

Estos objetivos son más importantes que otros en el proceso, ya que permiten mantener a raya muchos inconvenientes del proceso que afectan los costos operacionales y de los cuales se hablará posteriormente.

Marco Teórico:

Fusión Flash

Esta tecnología permite la fusión de concentrados de metales sulfurados y se basa, por una parte, en utilizar la energía que se libera de las reacciones de oxidación de los compuestos de hierro y de azufre contenidos en el concentrado, el cual se comporta como un combustible capaz de formar una llama cuando se mezcla con aire precalentado y/o enriquecido con oxígeno como comburente sin necesidad de energía externa adicional; y por otra, considera la termodinámica de los fases fundidas e inmiscibles que se generan de estas reacciones. Los productos generados corresponden a Eje (fase sulfurada líquida con un contenido de 62-70% de cobre), Escoria (fase oxidada líquida, compuesta de silicatos, con un contenido de 1-2% de cobre y 8-12% de Magnetita) y los gases metalúrgicos (que poseen un 30-35% de SO2), cuyos equilibrios se alcanzan muy cercanamente en la llama flash debido al íntimo contacto entre las fases fundidas y el gas. La mayoría de las reacciones entre el oxígeno, los componentes del concentrado y el fundente ocurren en la Torre de Reacción y están representadas por las siguientes ecuaciones:

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