Otimização de matérias-primas e custos de produção para plantas siderúrgicas integradas

As usinas siderúrgicas integradas tem muitas oportunidades para implementar soluções que lhes permitam entrar na chamada Indústria 4.0. As pessoas podem pensar em muitas iniciativas de redução de custos em diferentes estágios do processo do ponto de vista operacional. No entanto, não devemos esquecer que Advanced Analytics também pode ser aplicado em um nível mais estratégico, onde as decisões valem milhões de dólares!

 

Basta pensar em como o uso de uma determinada matéria-prima impacta o custo de processamento e a capacidade de produção e também altera o balanço energético geral de toda a planta. Qualquer decisão estratégica tem tantas repercussões em toda a cadeia produtiva que se torna impossível para um ser humano, mesmo auxiliado por algumas planilhas, ter certeza de sua efetividade.

 

O impacto das matérias-primas

 

Em uma siderúrgica integrada, o custo da matéria-prima responde por 75% do custo de produção. Com tal proporção, comprar os materiais mais baratos parece uma escolha racional. No entanto, o material impacta fortemente o próprio processo (desempenho, requisitos de energia), podendo gerar aumento de custos futuros de remoção de elementos químicos indesejáveis, por exemplo. Uma particularidade das siderúrgicas integradas é que a qualidade dos materiais impacta toda a cadeia produtiva. Podemos pensar sobre:

 

• Enxofre do carvão indo para o aço, se não for removido corretamente;
• Fósforo do minério que vai para o aço, se não for removido corretamente;
• Elementos residuais de materiais reciclados.

 

Além disso, algumas propriedades dos materiais, juntamente com as decisões operacionais, determinam a qualidade dos produtos intermediários, o que impacta diretamente os processos subsequentes.

 

Decisões entre departamentos

 

Por ser a siderurgia uma cadeia com tantos processos (incluindo coqueria, sinterização, alto-forno, refino primário e secundário), a maioria das decisões deve ser acordada entre os diversos departamentos.

 

Aqui estão alguns exemplos:

 

• A qualidade dos produtos intermediários (DI do coque, CSR, CRI; RDI do sinter, SI, TI) impacta a permeabilidade do alto-forno e, consequentemente, o ritmo e o custo de produção (ex: injetar mais ou menos carvão pelas ventaneiras, usar mais ou menos pelotas para compensar a baixa qualidade da carga);
• A composição do gusa impacta o balanço térmico no convertedor e o consumo de liga;
• A matéria volátil do carvão produz mais gás de coqueria, reduzindo a compra de gás natural (consumido em todos os demais departamentos).

 

As especificações químicas ou físicas são uma forma prática de coordenar essas decisões em relação à qualidade dos produtos intermediários. No entanto, geralmente surgem de um compromisso supostamente justo, não de uma análise quantitativa real. Além disso, a qualidade dos produtos intermediários depende muito das matérias-primas, cujo preço pode variar muito. Assim, uma revisão nas especificações deve acompanhar as variações de preço!

 

É também uma questão de ... microeconomia

 

As pessoas costumavam comparar o custo de produção com o preço de compra para determinar o nível de produção “ótimo”. Parece lógico, não é? O problema começa quando essa comparação é feita com base no "custo médio de produção", enquanto deveria ter sido feita com custo marginal de produção (muito mais difícil de estimar quando você não tem nenhum modelo matemático ...).

 

Por que os custos médios e marginais são tão diferentes na produção de ferro e aço? Veja alguns exemplos:

 

• Em geral, o uso de materiais baratos e “não tão ruins” é priorizado. A última tonelada é geralmente feita com materiais mais caros;
• As máquinas de sinterização precisam de cal para atingir o ritmo mais alto. Mas o consumo de cal evolui exponencialmente em relação à produtividade;
• O alto ritmo de produção em um alto-forno exige uma carga mais cara (mais pelotas ou minério de alta qualidade).

 

O custo marginal também é o indicador utilizado em relação à tomada de decisão na compra de materiais alternativos, como pelotas para  substituir o sinter, ou sucata como substituto do gusa. Da mesma forma, o coque pode ser produzido no local ou adquirido de fornecedores.

 

Os tomadores de decisão precisam ser apoiados por dados e ferramentas confiáveis. Dada essa complexidade, a única forma de tomar as decisões corretas em relação aos tópicos apresentados acima é por meio de um modelo matemático. Deve conter todas as relações empíricas ou teóricas entre qualidade, produção, necessidade de combustível e emissão de poluentes (que podem influenciar na compra de alguns materiais). Custo e lucro são geralmente indicadores que são minimizados e maximizados, respectivamente.

 

Muitas siderúrgicas integradas já utilizam esse modelo: CSN, Gerdau, Usiminas, Ternium, CSP, entre outras. Todas as suas decisões estratégicas estão sendo otimizadas por um modelo customizado, adaptado a cada planta. Eles alcançaram uma grande economia recorrente nos custos, que continua sendo o principal objetivo da implementação de tais tecnologias.