Cómo equilibrar la formación de costras: Planta siderúrgica productora de barras de Laverton de OneSteel

OneSteel fabrica y distribuye más de 40,000 productos a unos 30,000 clientes en los sectores de construcción, manufactura, vivienda, minería y agricultura. En sus plantas por toda Australia, la empresa fabrica productos que van desde vigas gruesas hasta alambres de acero delgados. OneSteel descubrió que una de sus plantas producía barras con grandes variaciones en la cantidad de "costras" de óxidos de hierro que se forman cuando la superficie caliente del acero reacciona con el oxígeno del aire durante el proceso. Dichas costras deben eliminarse antes de continuar con el procesamiento, para evitar el desgaste de equipos costosos y la presencia de defectos en el producto final. La presencia de cierta cantidad de costras es inevitable, pero la formación excesiva reduce considerablemente el rendimiento. OneSteel asignó un equipo humano para reducir a un nivel aceptable la formación de costras en las barras. Los integrantes del equipo confiaron en Minitab Statistical Software para analizar sus datos y demostrar el éxito de su proyecto.

El metal puro de OneSteel pasa de una planta a otra a medida que se refina y procesa, hasta convertirse en un producto final. Para producir hilos de alambre en la planta de barras de Laverton de la empresa, el acero puro al rojo vivo se rola hasta formar una barra delgada, que se procesa posteriormente. En la planta productora de alambre de Geelong, estas barras se calientan a una temperatura mucho más baja y luego se estiran en frío haciéndolas pasar a través de troqueles para formar hilos de alambre con diámetros y propiedades mecánicas específicos.

Cuando la cantidad de "costras de laminado" presentes en las barras de acero producidas en la planta de barras de Laverton de OneSteel comenzó a afectar el rendimiento y la rentabilidad de la planta de alambre de Geelong, la compañía recurrió a Six Sigma y al poder de Minitab Statistical Software para encontrar soluciones y demostrar que se tuvo éxito.

Para fabricar una barra en Laverton, el acero se calienta a temperaturas de al menos 1038 °C y luego se rola. Luego, la barra se pasa a través de túneles de agua, donde se enfría mediante la aplicación de agua superficial a medida que recorre la planta. A continuación, la barra se dirige a un cabezal de alineación, donde se le da la forma de un patrón de anillos. Esos anillos se colocan sobre una banda transportadora, donde se enfrían y acumulan en forma de bobinas.

El procesamiento a alta temperatura en la planta de barras hace que se formen unas capas de óxidos de hierro, llamadas "costras de laminado", en la superficie de la barra. Los niveles de formación de costras varían según el tipo de laminador utilizado, la temperatura del acero y el tiempo que este permanece caliente. La naturaleza abrasiva de las finas partículas de polvo de las costras reduce seriamente la vida útil de los troqueles de estiramiento y puede dar como resultado un producto inferior. Por lo tanto, para producir un alambre de acero satisfactorio a partir de la barra, primero se deben retirar las costras. En la productora de alambre de Geelong se utiliza un proceso mecánico llamado descostrado por curvatura inversa, en el que las barras se hacen pasar sobre una serie de poleas locas. La curvatura hace que las frágiles costras de laminado se aflojen y desprendan sin dañar el acero flexible, pero el nivel de formación de costras en las barras de Laverton solía estar muy por encima del nivel ideal para el descostrado mecánico y el resultado era un menor rendimiento. Los costos adicionales de la formación excesiva de costras incluyen los gastos de limpieza y eliminación de estas, los costos de funcionamiento y mantenimiento del sistema de eliminación de costras, y los posibles costos de las velocidades de operación más bajas, la menor vida útil de los troqueles, el mayor uso de lubricante y la menor calidad del producto. Teniendo en cuenta que la productora de alambre de Geelong gastó 815,000 USD en limpieza, lubricantes y troqueles en un solo año, toda reducción de la formación de costras en las barras entrantes tenía el potencial de generar enormes ahorros para OneSteel.

Brett Perrin, el Black Belt de Six Sigma, y Shanti Arangala, la propietaria del proceso, apoyados por el campeón Brian O’Connell, lanzaron un proyecto con un equipo interdisciplinario integrado con personal de las plantas productoras de barras y de alambres. El equipo incluyó gerentes técnicos, ingenieros de procesos, profesionales en control de calidad, un metalúrgico y operadores de equipos.

Mediante el uso de la metodología DMAMC (Definir, Medir, Analizar, Mejorar y Controlar), el equipo del proyecto estudió en su totalidad el proceso de fabricación de alambres y definió como barra defectuosa toda aquella cuya descostrabilidad fuera inferior al 95 %. Luego, tomaron muestras de las barras que llegaban de Laverton y entraban en la productora de alambres Geelong.

Cuando el equipo del proyecto de OneSteel midió la formación de costras en las barras de la planta de Laverton y analizó sus datos en Minitab, descubrió que el 62 % de las muestras evaluadas tenían niveles de formación de costras demasiado altos.

El equipo midió el peso de las costras como una proporción del producto total (bobinas de barras de acero), en kg/tonelada. Se descubrió que el 62 % de las muestras evaluadas superaban los 7 kg de costras por tonelada, con una variación significativa de hasta 3 kg/tonelada. Esto significa una pérdida considerable de rendimiento, ya que una variación de apenas 1 kg por tonelada representa 75,000 USD en rendimiento. En la planta de Geelong, se estimó que la pérdida por exceso de costras era cercana a 220,000 USD por año.

Durante el proyecto, los integrantes del equipo recurrieron a Minitab para analizar sus datos y comunicar la relevancia de sus resultados. Por ejemplo, utilizaron la prueba t de dos muestras de Minitab para demostrar la diferencia en los pesos de las costras entre los distintos grados de las barras de acero, pero también utilizaron una gráfica de cuadros para mostrar visualmente la información.

Una gráfica de cuadros de los datos de temperatura de la maquinaria recopilados bajo las condiciones de control y de prueba, muestra vívidamente las temperaturas más bajas obtenidas en las corridas de prueba.

Se recurrió al potente análisis de regresión de Minitab para revelar la relación entre la temperatura del cabezal de alineación y el peso de las costras, y a las gráficas de dispersión del software para mostrar visualmente esa relación.

Además, el equipo aplicó la Función de densidad de probabilidad de Minitab a los datos reales del muestreo, y los comparó con un resultado deseado para determinar los ahorros potenciales que podrían acumularse como consecuencia de la menor la variación y la reducción de los pesos de las costras.

Las potentes gráficas de Minitab permitieron que todos los integrantes del proyecto vieran fácilmente la diferencia en el desgaste de los troqueles entre la corrida de prueba (rojo) y la corrida de control (negro).

El análisis de Pareto determinó cuáles eran los grados de las barras que causaban los retrasos en las máquinas de estiramiento de alambre. "Minitab no solo hace esto muy rápido y con una manipulación limitada de los datos; también ofrece gráficas muy claras, que son una herramienta de comunicación eficaz en las presentaciones", señala Perrin.

Hacer cambios en las características de la alimentación utilizada para crear las barras de acero en la productora de barras de Laverton no era una opción, por lo que el equipo buscó otras maneras de reducir el porcentaje de formación de costras en las barras y aumentar el rendimiento de la productora de alambres. Se realizaron experimentos para evaluar factores como los procesos de enfriamiento utilizados en la planta de barras, las prácticas de descostrado y estiramiento utilizadas en la productora de alambres, y los parámetros operativos en ambas plantas siderúrgicas.

En primer lugar, realizaron una prueba para evaluar los efectos de los parámetros de la banda transportadora de enfriamiento sobre la cantidad de costras presentes en una barra. También se midieron las temperaturas de los bloques de estiramiento de alambre y del cabezal de alineación en la productora de barras. El análisis de Minitab reveló una diferencia significativa cuando la temperatura de reformado en la banda transportadora de enfriamiento se redujo en un 30 %.

A continuación, se evaluaron los efectos de los métodos de estiramiento sobre el rendimiento. Tanto en la corrida de control como en la de prueba, el equipo estableció líneas de producción con troqueles nuevos, lubricante nuevo en cada troquel y cepillos nuevos en la unidad de descostrado, y la velocidad de la corrida se mantuvo constante. La corrida en la que se usaron los parámetros de prueba dio como resultado temperaturas más bajas, un producto más limpio, menos desgaste de los troqueles y menos costras visibles. Una prueba de resistencia no reveló diferencias estadísticas entre la calidad del producto del ensayo y el producto de control.

Midieron el desgaste de los troqueles en la máquina de estiramiento de alambre y descubrieron que los nuevos parámetros también afectaban drásticamente la vida útil de aquellos. En una prueba, el diámetro del alambre de un troquel era de 6.22 mm al inicio de la corrida. Después de hacer pasar 15 toneladas de alambre utilizando la barra de control, el troquel había alcanzado un diámetro de casi 6.32 mm. El desgaste del troquel de la línea que utilizó la barra de prueba fue significativamente menor: después de 15 toneladas, el diámetro era inferior a 6.24 mm.

Los análisis de la información recopilada antes y después, revelaron el impacto de las mejoras en el procedimiento de calibración del cabezal de alineación en la productora de barras de Laverton. Las estimaciones de la temperatura "real" más precisas ayudan a la siderúrgica a asegurar que los niveles de formación de costras en las barras se mantengan dentro de los límites aceptables.

Tras implementar varias mejoras, el equipo recurrió a Minitab para analizar tanto el peso de las costras como la temperatura del cabezal de alineación para un alambre de 7 mm recientemente rolado. El análisis de Minitab confirmó que la planta podía producir barras adecuadas para el descostrado mecánico, con pérdidas de rendimiento debido a formación de costras mucho menores que en el pasado.

Gracias a Minitab, el personal creó gráficas de control que mostraban claramente el efecto de las pruebas realizadas en la planta. Esta fue una forma eficaz de comunicar el resultado de las pruebas a los responsables del proceso.