彭坤 季筱燕 王雷雷

（1.南京航空航天大學(xué)，南京 210016;2.南通寶鋼鋼鐵有限公司，江蘇南通 226002)

SPC技術(shù)在南通寶鋼煉鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

彭坤1，2季筱燕2王雷雷2

（1.南京航空航天大學(xué)，南京 210016;2.南通寶鋼鋼鐵有限公司，江蘇南通 226002)

敘述了南通寶鋼鋼鐵有限公司煉鐵廠在高爐鐵水生產(chǎn)過程中應(yīng)用“SPC”工具持續(xù)改進鐵水質(zhì)量過程的情況。通過應(yīng)用SPC的基本理論研究方法，解決了在煉鐵生產(chǎn)中持續(xù)改進鐵水質(zhì)量控制評價的方法問題。以鐵水含[Si]量參數(shù)為例應(yīng)用SPC技術(shù)在鋼煉鐵生產(chǎn)中持續(xù)改進了鐵水質(zhì)量，合理降低了鐵水[Si]含量，達到了降低成本的目的，同時也表明控制圖在煉鐵生產(chǎn)中具有指導(dǎo)生產(chǎn)實踐的作用。

統(tǒng)計過程控制 鐵水質(zhì)量 過程能力指數(shù) 控制圖

1 引言

南通寶鋼煉鐵廠現(xiàn)有一座420 m3高爐，于2005年點火投產(chǎn)。它由一臺60 m2燒結(jié)機向高爐提供燒結(jié)礦、外購球團礦及精塊礦，無煉焦工序，焦炭全部外購，吃百家焦冶煉。隨著煉鐵原輔料市場及價格的變化，高爐使用的原燃料質(zhì)量受到較大影響，加上南通寶鋼煉鐵廠高爐煉鐵生產(chǎn)時間較短，煉鐵生產(chǎn)經(jīng)驗積累和專業(yè)技術(shù)人員均不足，給高爐主要工藝參數(shù)控制和技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)優(yōu)化帶來較大困難。同時，由于南通寶鋼煉鐵廠僅有一座高爐生產(chǎn)，就煉鐵生產(chǎn)工藝的系統(tǒng)布局而言，存在一定的缺陷，生產(chǎn)中任何一個系統(tǒng)出現(xiàn)問題都將導(dǎo)致高爐減風(fēng)甚至休風(fēng)，中斷冶煉行程。這種一座高爐煉鐵的生產(chǎn)模式的連續(xù)生產(chǎn)中斷，將打破整個公司大生產(chǎn)系統(tǒng)的平衡，對企業(yè)的效益造成較大損失。隨著生產(chǎn)經(jīng)營模式的轉(zhuǎn)變，為實現(xiàn)公司的“普轉(zhuǎn)優(yōu)，冶煉精品鋼”戰(zhàn)略目標(biāo)，對鐵水的質(zhì)量和成本要求越來越高。而SPC作為企業(yè)生產(chǎn)過程中保證質(zhì)量的有效方法，及時地運用到了南通寶鋼煉鐵廠，在保持煉鐵的穩(wěn)定順行、關(guān)鍵指標(biāo)的控制上起到了重要作用。

2 SPC理論簡介

統(tǒng)計過程控制（簡稱SPC)，也叫統(tǒng)計工序控制，是過程控制的實施方法，也是應(yīng)用統(tǒng)計技術(shù)對生產(chǎn)過程中的各個階段進行評估和監(jiān)控的一種方法，建立并保持過程始終處于可控的且穩(wěn)定的水平，從而達到產(chǎn)品與服務(wù)符合技術(shù)規(guī)范要求的一種質(zhì)量管理技術(shù)，是過程控制的一部分。它主要應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計和概率論的相關(guān)原理，對生產(chǎn)過程（動態(tài))的關(guān)鍵質(zhì)量數(shù)據(jù)進行測量和描點繪圖[1]。同時，通過對控制圖進行觀察和分析，可以及時了解和發(fā)現(xiàn)異常情況，并采取相應(yīng)糾正措施，從而可以使整個生產(chǎn)過程保持持續(xù)穩(wěn)定狀態(tài)，提高過程生產(chǎn)能力。

統(tǒng)計過程控制（SPC)方法的最核心工具就是控制圖，相應(yīng)做好SPC推廣的核心也就是作好相關(guān)控制圖并進行靈活應(yīng)用。根據(jù)應(yīng)用目的的不同，控制圖應(yīng)用分兩個階段，一種是分析用控制圖階段，一種是控制用的控制圖階段。必須先通過分析用控制圖來調(diào)整過程、消除異因，使過程可控后再改進過程，確保Cp或Cpk達到要求后[2]，方可進入控制用控制圖階段。通過對SPC控制圖的不斷分析，發(fā)現(xiàn)異常點，及時分析，查出影響問題的原因并進行改進和預(yù)防，從而達到持續(xù)改善的目的。

3 SPC實施過程

3.1 確定關(guān)鍵控制點

SPC管理的一個重要特點就是用數(shù)據(jù)說話，實施SPC，必須選擇影響產(chǎn)量質(zhì)量的重要特性參數(shù)作為控制點。根據(jù)南通寶鋼的實際情況以及高爐生產(chǎn)的特性，選擇鐵水[Si]含量作為關(guān)鍵控制點之一，選擇理由如下：

（1) 隨著煉鋼提高鐵水比的需求，對鐵水中 [C]%+[Si]%的含量要求控制在4.2%～5.0%左右，由于高爐無法控制[C]含量，且比較穩(wěn)定，因此關(guān)鍵就要控制好鐵水中的[Si]含量;

（2) 鐵水中的[Si]含量反映了高爐工作者對高爐生產(chǎn)的控制能力;

（3) 鐵水中的[Si]含量可測、可控且有明確的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求，是衡量鐵水質(zhì)量的一項重要指標(biāo);

（4) 鐵水中的[Si]含量的高低對成本有著較大的影響，本著成本管理的角度，也必須做好鐵水[Si]含量的控制。

3.2 收集數(shù)據(jù)，選擇和使用控制圖

SPC作為生產(chǎn)中的一種控制手段，必須要有穩(wěn)定、準(zhǔn)確、及時的大量數(shù)據(jù)來源[3]。因此，收集數(shù)據(jù)和選擇合理的抽樣方法是保證SPC的及時性和準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。結(jié)合現(xiàn)場實際，并收集近3個月的分析，確定了如下數(shù)據(jù)和控制圖選擇方案：

（1) 變量類型：鐵水中的[Si]含量（%);

（2) 時間間隔：以每班5爐鐵，每天合計15爐鐵為分類單位;

（3) 數(shù)據(jù)來源：每班5爐鐵的平均鐵水[Si]含量。

根據(jù)[Si]含量的數(shù)據(jù)類型（連續(xù)型)、來源等綜合考慮，決定采用均值極差控制圖（X-R控制圖)對其進行監(jiān)控。

3.3 實施步驟

3.3.1 作出控制圖：通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的跟蹤管理，用Minitab作出分析用控制圖。

3.3.2 將分析用控制圖轉(zhuǎn)換為控制用控制圖，并將控制圖放置現(xiàn)場進行打點控制。

3.3.3 現(xiàn)場人員主要完成以下工作：（1)各點長對控制圖打點人員的工作提出要求并進行檢查;（2)點長及時觀察跟蹤控制圖的趨勢;（3)針對異常點,打點人員及時進行原因分析，查找特殊原因，采取措施。

4 實施效果分析

4.1 實前過程能力分析

實施前的2009-10—12期間，寶通鋼鐵公司煉鐵廠鐵水 [Si]%含量平均值控制過程能力的正態(tài)分布曲線見圖1。

由圖1可見，寶通煉鐵廠[Si]%含量呈正態(tài)分布，但偏離中心，且過程能力指數(shù)Cpk僅0.44%，過程能力嚴(yán)重不足，處于基本不受控狀態(tài)。由此可以看出，利用SPC實施統(tǒng)計過程控制的必要性。

4.2 實施中過程能力分析

2009年12 月，煉鐵廠正式開始準(zhǔn)備實施SPC管控，將鐵水[Si]%含量控制作為其中的關(guān)鍵控制參數(shù)之一，并結(jié)合項目對實施項目的部分技術(shù)人員進行了工具應(yīng)用培訓(xùn)，幫助項目實施推進。實施過程中的鐵水[Si]%含量過程能力的正態(tài)分布曲線見圖2。

圖1 煉鐵廠鐵水[Si]含量過程能力分析圖（2009-10—12)

圖2 煉鐵廠鐵水[Si]含量過程能力分析圖（2010- 01—03)

從圖2可見，2010年一季度鐵水 [Si]%含量過程控制能力指數(shù)Cpk已經(jīng)提升至0.56%，提升了27.3%，但目標(biāo)值仍偏離中心，需要進一步強化控制，尋找要因，進行整個提高。

通過對分析用圖進行要因分析，利用魚翅圖，采取“5M1E”方法，確定了影響鐵水[Si]%含量的主要要因：（1) 操作人員技能不高，對爐溫的判斷、控制能力比較弱，導(dǎo)致對爐溫出現(xiàn)異常時，處理不及時;

（2) 原料質(zhì)量存在波動，從而影響爐溫的波動;

（3) 高爐操作制度不完善，操作的隨意性比較大;

（4) 布料制度不合理，上料的精確度存在一定的誤差;

（5) 高爐休風(fēng)前后爐溫波動較大。

針對上述要因進行分析，煉鐵廠采取了一系列的措施：

（1) 針對操作人員技能不高的問題，加大了對操作員工的培訓(xùn)力度，并先后組織兩批人員到外出實習(xí)培訓(xùn);

（2) 加強了原料質(zhì)量的管理，摸索出了經(jīng)濟合理的焦炭配料模型，降低了焦炭品種，延長了焦炭的更換周期，提高了焦炭質(zhì)量的穩(wěn)定性，使得焦炭波動對爐況的影響大大降低。

（3) 高爐操作制度進一步進行完善，成功實施了大礦批、高頂壓、高煤比操作，爐溫的穩(wěn)定性大大提高;（4) 針對上料誤差的問題，班中加大了檢查力度，并制定和完善了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn);

（5) 提高休風(fēng)時間的控制精度，根據(jù)休風(fēng)時間，合理使用休風(fēng)料，復(fù)風(fēng)時精心操作，盡量做到爐溫預(yù)計在控制范圍內(nèi)。

4.3 實施后的鐵水過程能力分析

通過對影響鐵水 [Si]%含量的各種要因采取措施后，在日常打點過程中加強了管控，對出現(xiàn)的異常點及時采取措施和對策，鐵水[Si]%的控制能力得到進一步提升，2010年第2季度的鐵水 [Si]%含量過程能力控制見圖3。

圖3 煉鐵廠鐵水[Si]含量過程能力分析圖（2010-04—06)

從圖3中分析可以看出，鐵水的[Si]含量的Cpk值在2010年2季度就已經(jīng)達到了0.98，完成了0.95的目標(biāo)值，完成情況比較好，但仍需進一步提高，具體指標(biāo)情況見表1。

表1 SPC實施前后鐵水質(zhì)量改善分析表

從表1中可以看出，通過實施SPC技術(shù)，提高了鐵水的[Si]含量控制能力，鐵水中的[Si]含量下降了0.20%，按每下降0.1%可以降低燃料比7 kg/t計算，降本增效效果顯著。

5 總結(jié)

（1) SPC控制方法在寶通公司的運用是可行的，持續(xù)改進了鐵水的質(zhì)量，鐵水[Si]控制能力的加強使[Si]含量下降，從而實現(xiàn)了燃料比下降，產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟效益。

（2) 在成功實施鐵水 [Si]%含量SPC控制基礎(chǔ)上，該方法具有推廣價值，可用于鐵水中的其它關(guān)鍵成分的控制，如[S]、物理熱等，提高整個制造過程的過程能力。

（3) 在SPC實施過程中，可利用全面質(zhì)量管理的基本方法PDCA循環(huán)[4]，分析質(zhì)量問題中的各種影響因素，針對主要原因，采取措施，達到持續(xù)改進的目的。

[1]高秀蘭，宋江波.控制圖在煉鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].包鋼科技，2003（增刊)：128-130.

[2]馬逢時，劉傳兵.六西格瑪管理統(tǒng)計指南[M].北京：中國人民大學(xué)出版社，2007：368-370.

[3]于寧，趙憲林.SPC控制圖在煉鐵工序中的應(yīng)用[J].梅山科技，2008（4)：1-4.

[4]陳榮秋，馬士華.生產(chǎn)運作管理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009：412-413.

Application of SPC Technology at Nantong Baosteel Ironmaking Subsidiary

Peng Kun,Ji Xiaoyan,Wang Leilei

The paper depicts the process that the Iron-making Subsidiary of Nantong Baosteel Iron and Steel Company Limited adopted SPC tool to constantly improve hot metal quality in BF hot metal production.SPC basic principle is applied to the formation of a control and evaluation method for improving hot metal quality in iron-making production.The parameter of silicon content in hot metal was used as an example.SPC technology in iron-making production improved hot metal quality gradually,lowered silicon content in hot metal reasonably and reduced cost.Meanwhile,it is also indicated that control diagram can guide the production of iron-making.

statistical process control,hot metal quality,process ability index,control diagram

（收稿 2011-06-27 責(zé)編 潘娜)

彭坤，工程師，現(xiàn)任南通寶鋼鋼鐵有限公司煉鐵廠煉鐵工藝主任工程師，長期從事煉鐵工藝、技術(shù)、質(zhì)量等工作。