1-4：應(yīng)用六西格瑪

運(yùn)用六西格瑪實(shí)現(xiàn)低風(fēng)溫條件下的低硅冶煉張紅啟王志剛朱振秀（萊鋼股份煉鐵廠2#高爐車間，271104）【摘要】利用六西格瑪管理方法和工具，對(duì)萊鋼股份煉鐵廠2#高爐的生鐵含硅量進(jìn)行了系統(tǒng)分析，找出了影響生鐵含硅量的關(guān)鍵因子，并通過DOE實(shí)驗(yàn)找出了最佳范圍。針對(duì)關(guān)鍵因子制定了相應(yīng)的改進(jìn)方案，改進(jìn)后平均生鐵含硅量由0.545%降低到0.384%，生鐵含硅量合格率也得到了進(jìn)一步提升?！娟P(guān)鍵詞】高爐低硅冶煉六西格瑪管理生鐵含硅量概述低硅冶煉是高爐冶煉的重要技術(shù)之一，生鐵硅含量的降低，可提高高爐生鐵產(chǎn)量，降低焦炭消耗，提高煉鋼工序生產(chǎn)節(jié)奏。近幾年來鋼鐵行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，原材料價(jià)格居高不下，鋼鐵成本壓力較大。2#高爐由于熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)的原因，風(fēng)溫水平在1050r左右，低硅冶煉存在很大困難，針對(duì)這種情況，運(yùn)用六西格瑪工具和方法開展了低風(fēng)溫條件下的低硅冶煉項(xiàng)目攻關(guān)。國內(nèi)中型高爐生鐵含硅量一般為0.3?0.6%，股份2#高爐2009年生鐵含硅量全年平均為0.545%，低硅冶煉降本增效空間較大。2010年1?3月，隨著降本增效工作的開展，生鐵中平均［Si］含量有了一定程度的降低，但是從期間1209爐高爐生鐵含硅量的分布圖來看，含硅量最高1.18%，＞0.4%的爐次占到38.5%，生鐵含硅量仍然偏高，并且穩(wěn)定性不足，存在較大改善空間。圖12#爐2010圖12#爐2010年1-3月爐溫趨勢(shì)圖項(xiàng)目實(shí)施過程2.1定義（D）階段：根據(jù)項(xiàng)目背景，確立目標(biāo)。生鐵含硅量的降低可以降低煉鐵工序能耗，降低生鐵成本，但同時(shí)生鐵含硅量的降低會(huì)帶來爐況穩(wěn)定的難度，通過此次項(xiàng)目的實(shí)施，目的在于保證爐況穩(wěn)定的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)生鐵硅含量的降低，生鐵成本的降低。煉鋼工序作為外部顧客，要求提供硅含量＜0.6%的生鐵，同時(shí)要求成分穩(wěn)定，以縮短冶煉時(shí)間，提高煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏，降低輔料消耗。同時(shí)在煉鐵工序生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)單方向控制含硅量均值會(huì)造成大量＜0.25%的含硅量出現(xiàn)，造成流程的不穩(wěn)定，帶來能耗的升高。為保證流程的穩(wěn)定，內(nèi)部上也要求把生鐵平均含硅量降低到0.4%以內(nèi)的基礎(chǔ)上，提高爐溫穩(wěn)定水平，實(shí)現(xiàn)爐況的長期穩(wěn)定順行和成本的降低。因此本項(xiàng)目將生鐵平均含硅量和生鐵合格率確定為關(guān)鍵質(zhì)量特性CTQ。生鐵含硅量平均值0.4%；生鐵含硅量合格率＞80%。2.2測(cè)量系統(tǒng)分析（M）階段:為了保證生鐵含硅數(shù)據(jù)的可靠性，利用六西格瑪管理提供的工具軟件進(jìn)行分析。抽取樣本數(shù)10個(gè)，由3個(gè)操作員檢測(cè)兩次，共60個(gè)數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)用Minitab軟件進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明，測(cè)量系統(tǒng)的識(shí)別力是25，可以接受，說明生鐵含硅的測(cè)量系統(tǒng)是可靠的。對(duì)2010年1?3月1209爐生鐵含硅量數(shù)據(jù)進(jìn)行流程能力分析，六西格瑪水平為0.47，說明流程還存在很大的改善空間。通過流程圖、魚骨圖、C&E矩陣篩選出25個(gè)影響生鐵含硅和生鐵含硅穩(wěn)定率的潛在原因，通過C&E矩陣評(píng)分，運(yùn)用柏拉圖篩選出了11個(gè)影響度80%的因子，對(duì)11個(gè)因子進(jìn)行了FMEA（失效模式分析），確定待改善因子，對(duì)原因清楚、可操作性強(qiáng)的空氣預(yù)熱器積灰、混風(fēng)閥限位、焦炭水分因子進(jìn)行了快速改善。2.3分析（A）階段：在分析階段，通過對(duì)因子狀態(tài)和噪聲因子進(jìn)行方差分析，發(fā)現(xiàn)主控室各班操作調(diào)劑存在顯著差異，對(duì)調(diào)劑方式進(jìn)行規(guī)范，操作參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)控制。消除噪聲因子后，對(duì)之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)/回歸分析，建立回歸方程，對(duì)生鐵含硅量影響小的因子進(jìn)行固化，標(biāo)準(zhǔn)化處理。2.4改進(jìn)（I）階段：實(shí)踐中探索操作控制參數(shù)合理范圍，尋找最佳控制條件。通過分析階段篩選出的與生鐵含硅量存在顯著影響因子為鐵間間隔、操作燃料比、風(fēng)口前理論燃燒溫度。通過DOE因子實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，查找最佳操作控制參數(shù)范圍。在2#爐現(xiàn)行條件下，最佳操作控制范圍為：鐵間間隔30?40min,操作燃料比530Kg,風(fēng)口前理論燃燒溫度2060?2150°C。在采用最佳控制條件后，生鐵含硅量控制取得良好效果，見圖2。圖2改善前后生鐵含硅量單值圖2.5控制（C）階段：建立標(biāo)準(zhǔn)化控制規(guī)定，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性穩(wěn)定控制。為更好的鞏固項(xiàng)目成果，對(duì)各階段的改善措施進(jìn)行固化，在考慮操作性、實(shí)施性的基礎(chǔ)上，將流程中的控制對(duì)象列入計(jì)劃，建立SPC圖，形成標(biāo)準(zhǔn)化程序，移交文件，實(shí)行長期控制。項(xiàng)目中主要技術(shù)措施高頂壓操作高頂壓可以抑制直接還原的發(fā)展，進(jìn)一步抑制SiO氣體的產(chǎn)生，從而抑制硅還原反應(yīng)的進(jìn)行，降低鐵水含硅量。同時(shí)，高頂壓操作可以降低煤氣流速，增加煤氣在爐內(nèi)的停留時(shí)間，改善煤氣流分布，提高煤氣利用率，同樣可以降低鐵水含硅量。隨著入爐風(fēng)量的提升，中心氣流得到充分保證，為取得更好的煤氣利用和提高冶強(qiáng)，在爐頂及煤氣設(shè)備允許的情況下，提高頂壓是穩(wěn)定氣流，抑制硅還原，降低鐵水含硅量的有效措施。2#爐的頂壓水平由150kPa逐步提高到170kPa，取得良好降硅增產(chǎn)效果。造渣制度在低硅冶煉的過程中，渣相是否合理至關(guān)重要。在生產(chǎn)中較為關(guān)鍵的是堿度和鎂鋁比，低硅冶煉需要較高堿度的保證，防止低硅高硫狀態(tài)下的爐涼事故，同時(shí)防止高硅高堿下的懸料，準(zhǔn)確的配料成分分析尤

為重要，適宜的堿度選擇主要取決于生鐵成分和爐渣流動(dòng)性。在低風(fēng)溫條件下，爐渣熱量在低硅條件下難以得到有效保證，容易造成低硅下虧渣，造成氣流失常，因此，低風(fēng)溫條件下在鎂鋁比控制上，低硅冶煉必須要有保證渣中鎂鋁比＞0.65以保證爐渣必要的流動(dòng)性。提高二元堿度和三元堿度，可以降低爐渣中Si02的反應(yīng)性從而抑制硅的還原。風(fēng)口前理論燃燒溫度管理正常情況下，一般要求理論燃燒溫度在2200?2250°C,較高的風(fēng)口前理論燃燒溫度有利于Si的還原，不利于低硅冶煉。高風(fēng)溫有利于低焦比和使軟融帶下移，又有抑制Si還原和鐵水硅降低的作用，但低風(fēng)溫條件下，只能通過高富氧使煤氣中CO分壓升高，使軟融帶下移來抑制硅還原。低風(fēng)溫條件下低硅冶煉需要保持一定的煤比來活躍爐缸，降低風(fēng)口前理論燃燒溫度，來保證高富氧率從而實(shí)現(xiàn)抑制硅還原和保持爐缸熱狀態(tài)穩(wěn)定的目的。燃料比量化操作低硅冶煉容易造成爐涼及氣流失常等惡性事故，量化控制和標(biāo)準(zhǔn)化操作不容忽視，低硅冶煉更要重視含硅量的穩(wěn)定性，操作人員的業(yè)務(wù)水平和標(biāo)準(zhǔn)化操作制度是保證長期低硅冶煉的必要條件，減風(fēng)后的煤量調(diào)整幅度，爐溫超限時(shí)的燃料比控制幅度，焦炭水分變化，煤粉含碳量變化燃料比調(diào)整幅度等等都應(yīng)成為量化操作的重要組成部分。應(yīng)用情況及效益通過低硅冶煉項(xiàng)目的實(shí)施，在六西格瑪方法和工具的幫助下，找到了改善的方向和控制方法，流程得到了進(jìn)一步優(yōu)化。改善后流程西格瑪水平由0.47上升到1.03，Ppk、Cpm、Cpk比改善前顯著提高，標(biāo)準(zhǔn)差減小并且組內(nèi)差和組間差接近，過程能力得到大幅提高（見圖3）。Si的過程能力LSL目標(biāo)USL組內(nèi)整體潛在（組內(nèi)）能力

基準(zhǔn)Z值 0.82規(guī)格下限Z值1.50規(guī)格上限Z值1.08Cpk 0.36整體能力基準(zhǔn)Z值規(guī)格下限規(guī)格上限PpkCpm0.471.178528250.1250.2500.3750.5000.6250.7500.8751.000預(yù)期組內(nèi)性能PM<LSL67426.83PM>USL139120.78PM合計(jì)206547.62預(yù)期整體性能Si的過程能力LSL目標(biāo)USL組內(nèi)整體潛在（組內(nèi)）能力

基準(zhǔn)Z值 0.82規(guī)格下限Z值1.50規(guī)格上限Z值1.08Cpk 0.36整體能力基準(zhǔn)Z值規(guī)格下限規(guī)格上限PpkCpm0.471.178528250.1250.2500.3750.5000.6250.7500.8751.000預(yù)期組內(nèi)性能PM<LSL67426.83PM>USL139120.78PM合計(jì)206547.62預(yù)期整體性能PPM<LSLPPM>USLPPM合計(jì)120277.70197372.58317650.28改善后Si的過程能力過程數(shù)據(jù)LSL目標(biāo)USL樣本均值樣本N標(biāo)準(zhǔn)差（組內(nèi)）標(biāo)準(zhǔn)差（整體）0.250.350.50.372510000775485

).08705480.■00.4500.525 0.600預(yù)期組內(nèi)性能PPM<LSL57092.85PPM>USL預(yù)期整體性能PPM<LSL 79689.99PPM>USL 7151572■■組內(nèi)整體潛在（組內(nèi)）能力基準(zhǔn)Z值1.24規(guī)格下限Z值1.58土規(guī)格上限Z值Cpk0.53整體能力基準(zhǔn)Z值1.03規(guī)格下限Z值1.41規(guī)格上限Z值1.46Ppk047Cpm0.37改善后LSL0.25目標(biāo)0.35USL0.5樣本均值0.3725樣本N100標(biāo)準(zhǔn)差（組內(nèi)）0.0775485標(biāo)準(zhǔn)差（整體）0.0870548過程數(shù)據(jù)Si的過程能力LSL 目標(biāo) USL0.2250.3000.375 0.4500.525 .600PPM<LSL0.00PPM<LSL57092.85PPM<LSL79689.99PPM>USL100000.00PPM>USL50074.51PPM>USL71515.72PPM合計(jì)100000.00PPM合計(jì)107167.35PPM合計(jì)151205.72實(shí)測(cè)性能 預(yù)期組內(nèi)性能 預(yù)期整體性能實(shí)測(cè)性能PPM<LSL 0.00PPM>USL100000005007451圖3生鐵含硅量過程能力分析前后對(duì)比通過項(xiàng)目實(shí)施月平均含硅量由0.545受控到0.384，生鐵含硅量合格率由58%上升到85%，同時(shí)優(yōu)化了流程，在低風(fēng)溫條件下實(shí)現(xiàn)了低硅高煤比冶煉。201