齊志宇，李澤林，梅雪輝，溫榮宇（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧鞍山114021）

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六西格瑪管理在高碳鋼小方坯連鑄中的應(yīng)用

齊志宇，李澤林，梅雪輝，溫榮宇
（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧鞍山114021）

摘要：針對(duì)鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠二分廠高碳硬線鋼鑄坯廢品率高的問題，采用六西格瑪管理的方法分析了工藝技術(shù)、設(shè)備和基礎(chǔ)管理幾方面存在的問題，通過控制中間包鋼水過熱度、二冷水比水量、穩(wěn)定拉速并控制電磁攪拌頻率和電流，高碳硬線鋼鑄坯的廢品率降至0.12％以下。

關(guān)鍵詞：六西格瑪；高碳鋼；鑄坯；縮孔

齊志宇，碩士，工程師，2006年畢業(yè)于遼寧科技大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)。E-mail：qizhiyu2008@163.com

精細(xì)化六西格瑪管理是一種現(xiàn)代科學(xué)的管理理念，是優(yōu)化企業(yè)業(yè)務(wù)流程管理的系統(tǒng)工程，能夠提高顧客滿意程度，降低成本，因此受到各行業(yè)的重視［1-2］。鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠二分廠針對(duì)高碳鋼小方坯鑄坯質(zhì)量不穩(wěn)定、廢品率高的問題，運(yùn)用精細(xì)化六西格瑪管理理念，分析了工藝、技術(shù)、設(shè)備等方面存在的問題，解決了鑄坯質(zhì)量問題。

1　生產(chǎn)概況

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠二分廠工藝裝備為2座鐵水預(yù)處理，3座100 t轉(zhuǎn)爐，2座LF爐和3臺(tái)6機(jī)6流小方坯連鑄機(jī)，方坯主要生產(chǎn)冷鐓鋼和高碳硬線鋼等線材產(chǎn)品。2011年共產(chǎn)生廢品2 068 t，其中硬線鋼廢品1675 t，占總量的80.29％。導(dǎo)致缺陷的原因有縮孔、結(jié)疤、脫方、劃痕、裂紋等，其中縮孔比例最大，達(dá)到了78.1％，因此需要重點(diǎn)解決鑄坯縮孔問題。

2　縮孔缺陷原因分析

圖1為產(chǎn)生縮孔原因的魚刺圖，找出影響高碳硬線鋼產(chǎn)生縮孔的12個(gè)因素，即液面波動(dòng)故障、電磁攪拌參數(shù)、電磁攪拌故障、中間包溫度、二冷水量、拉速、生產(chǎn)節(jié)奏、保護(hù)渣種類、保護(hù)渣加入方法、操作技能、液面自動(dòng)精度，運(yùn)用六西格瑪工具的方差分析、統(tǒng)計(jì)分析、回歸分析以及雙樣本T檢驗(yàn)方法對(duì)影響因素進(jìn)行排查，從中找出液面波動(dòng)大、電磁攪拌參數(shù)不合理、中間包溫度高、二冷水量大和拉速高5個(gè)關(guān)鍵影響因素。

圖1　產(chǎn)生縮孔原因的魚刺圖

3　降低縮孔缺陷措施

3.1工藝技術(shù)改進(jìn)

（1）優(yōu)化中間包過熱度。取樣分析不同過熱度下的鑄坯發(fā)現(xiàn)，鋼水過熱度對(duì)減少鑄坯縮孔和偏析起重要作用。隨著過熱度的降低，鋼坯凝固越快，連鑄坯中的柱狀晶區(qū)越小，同時(shí)碳的選分結(jié)晶受到限制，碳偏析程度減輕，有利于減少中心縮孔和中心偏析等缺陷。因此，控制過熱度，目標(biāo)為25℃以下。改進(jìn)前后過熱度分布圖見圖2。如圖2所示，過熱度由原來的平均26.9℃，改進(jìn)后平均降至24℃，控制值范圍明顯變窄，趨于穩(wěn)定，過熱度≤25℃的比例控制在95％以上。

圖2　改進(jìn)前后中間包鋼水過熱度分布圖

（2）優(yōu)化鑄坯冷卻強(qiáng)度。針對(duì)目前生產(chǎn)的不同碳含量的硬線鋼，在其它工藝參數(shù)不變的條件下，對(duì)不同比水量方案進(jìn)行鑄坯取樣，根據(jù)枝晶檢測(cè)結(jié)果確定最佳方案。統(tǒng)計(jì)6個(gè)澆次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著比水量的增大，雖然鋼液凝固迅速使中心偏析得到了一定改善，但是由于冷卻強(qiáng)度過大柱狀晶充分發(fā)展形成的縮孔得不到后部鋼液的補(bǔ)充，內(nèi)部缺陷有惡化的趨勢(shì)。將二冷水比水量控制在0.5～1.0 L/kg，各區(qū)水分配合理。優(yōu)化后的二冷水比水量見表1。

表1　優(yōu)化后的二冷水比水量

（3）優(yōu)化拉速，提高恒拉速率。針對(duì)不同碳含量的高碳硬線鋼，對(duì)比不同拉速下鑄坯中心縮孔、偏析和疏松檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在其它工藝參數(shù)不變的條件下，隨拉速的降低，中心縮孔、偏析和疏松逐漸減少，但是拉速減少到一定程度時(shí)，中心縮孔嚴(yán)重等級(jí)呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)，因此根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)參考目前生產(chǎn)情況、爐機(jī)匹配能力，制定了不同鋼種的拉速標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

表2　優(yōu)化后的拉速

通過對(duì)這3個(gè)關(guān)鍵因素的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，拉速和二冷水二者存在很強(qiáng)的相關(guān)性，因此確定了其各自的優(yōu)化區(qū)間后，又將拉速和比水量重新匹配，進(jìn)行了優(yōu)化試驗(yàn)。鑄坯檢測(cè)結(jié)果表明，在過熱度相同的前提下，不同的鋼種低拉速時(shí)，比水量控制在中限；高拉速時(shí)，比水量控制在上限，結(jié)果縮孔明顯改善，而其他內(nèi)部品質(zhì)基本相同。

3.2設(shè)備及工藝參數(shù)的改進(jìn)

（1）由于小方坯拉速高，斷面小，中間包液面波動(dòng)會(huì)引起鋼水靜壓力變化，從而導(dǎo)致液面波動(dòng)，此時(shí)完全是通過人為干預(yù)調(diào)整，因此液面波動(dòng)難以控制，增加了鑄坯缺陷。為了保證結(jié)晶器液面穩(wěn)定，二分廠連鑄作業(yè)區(qū)增設(shè)液面自動(dòng)控制裝置，同時(shí)加強(qiáng)大包操作，穩(wěn)定中包液面和拉速。生產(chǎn)過程中，優(yōu)化調(diào)整了液面自動(dòng)相關(guān)參數(shù)，減少了虛假參數(shù)對(duì)結(jié)晶器液面波動(dòng)造成的影響，液面穩(wěn)定在±3mm之內(nèi)，穩(wěn)定了拉速，取得了良好的效果。

（2）優(yōu)化電磁攪拌參數(shù)。結(jié)晶器電磁攪拌能提高鑄坯等軸晶區(qū)，并且隨著電磁攪拌參數(shù)的變化，能夠不同程度的減輕中心縮孔。制定實(shí)驗(yàn)方案，在同種拉速下兩種試樣的電磁攪拌電流分別為230 A、250 A、280 A、300 A、320 A、350 A，同時(shí)分別采用3 Hz、3.5 Hz、4 Hz頻率進(jìn)行電磁攪拌。每3流一組，針對(duì)不同的攪拌工藝分別在試驗(yàn)流取樣。分別對(duì)其進(jìn)行橫、縱向低倍、硫印檢驗(yàn)及高倍金相檢驗(yàn)和碳偏析分析、對(duì)比，對(duì)電磁攪拌參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，制定了最終的電磁攪拌工藝參數(shù)，45#～55#鋼頻率為3 Hz，電流強(qiáng)度為230 A；60#～70#鋼頻率為3.5 Hz，電流強(qiáng)度為280 A。

3.3精細(xì)化管理

（1）制定列車時(shí)刻表管理制度。根據(jù)鋼種、設(shè)備狀態(tài)、爐機(jī)匹配情況，合理安排生產(chǎn)計(jì)劃，同時(shí)制定了列車時(shí)刻表制度，要求各個(gè)工藝環(huán)節(jié)嚴(yán)格按照制度執(zhí)行。

（2）建立高碳硬線鋼評(píng)分制度。對(duì)每個(gè)澆次不同流鑄坯取樣，采取低倍、硫印和枝晶檢驗(yàn)的方法對(duì)鑄坯縮孔、中心偏析、中心疏松、裂紋情況以及等軸晶率進(jìn)行分級(jí)評(píng)級(jí)，按照不同級(jí)別進(jìn)行評(píng)分，鑄坯縮孔評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表3。表3直觀反映出鑄坯質(zhì)量的變化情況，做到及時(shí)監(jiān)控、及時(shí)改進(jìn)。

表3　鑄坯縮孔評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

（3）規(guī)范二冷區(qū)檢查管理。作業(yè)區(qū)建立了二冷檢查記錄，每個(gè)澆次停澆必須對(duì)二冷區(qū)進(jìn)行檢查，水嘴出現(xiàn)偏差、堵塞及時(shí)更換并記錄，保證二冷區(qū)域的冷卻效果。

4　實(shí)施后效果

4.1廢品率

結(jié)合精細(xì)化管理，對(duì)連鑄作業(yè)區(qū)工藝參數(shù)持續(xù)改進(jìn)和優(yōu)化，鑄坯縮孔大幅降低，廢品率得到有效的控制，從原來的平均0.41％降低到0.11％。統(tǒng)計(jì)了連續(xù)10個(gè)月的廢品率，六西格瑪管理持續(xù)改進(jìn)的效果見圖3所示。由圖3看出，廢品率均控制在0.12％以下，滿足了下道工序需求。

4.2鑄坯質(zhì)量

采用六西格瑪管理后的鑄坯質(zhì)量如圖4所示?？梢钥闯?，無論縮孔大小、個(gè)數(shù)及中心偏析程度均明顯改善。檢查疏松評(píng)級(jí)也在0.5級(jí)以下，鑄坯質(zhì)量大幅度提高。

圖3　六西格瑪管理持續(xù)改進(jìn)效果圖

圖4　鑄坯質(zhì)量對(duì)比情況

5　結(jié)語

導(dǎo)致高碳鋼小方坯鑄坯廢品率高的主要原因是縮孔，采用精細(xì)化六西格瑪管理理念，分析了工藝、技術(shù)、設(shè)備等方面存在的問題，將中間包鋼水過熱度控制在25℃以下，二冷水比水量控制在0.5～1.0L/kg，拉速穩(wěn)定在±0.2m/min，同時(shí)增加電磁攪拌功能，電磁攪拌頻率控制在3.0～3.5Hz，電流控制在230～280A之間，能夠大幅度降低縮孔缺陷的產(chǎn)生，廢品率穩(wěn)定在0.12％以下。

參考文獻(xiàn)

［1］魏中龍.開展6西格瑪管理追求卓越管理目標(biāo)［J］.北京工商大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2002（2）：15-20.

［2］楊顯貴，張昌民.精細(xì)化管理與大學(xué)管理精細(xì)化［J］，上海管理科學(xué)，2008（2）：82-85.

（編輯許營）

修回日期：2015-12-08

Application of Six-sigma Management for Continuously Casting Square Billets of High Carbon Steel

Qi Zhiyu，Li Zelin，Mei Xuehui，Wen Rongyu
（General Steelmaking Plant of Angang Steel Co.，Ltd.，Anshan 114021，Liaoning，China）

Abstract：Considering the problem on the high scrap rate of billets for hard wire steel rods with high carbon in No.2 Branch of General Steelmaking Plant of Angang Steel Co.，Ltd.，the sixsigma management system was used to analyze the problems existing in the fields of the process engineering，equipment management and basic management.After taking such measures as controlling the degree of superheat of molten steel in tundish and the specific water flow of secondary cooling water，stabilizing the casting speed and controlling the electromagnetic stirring frequency and current，the scrap rate of billets for hard wire steel rods with high carbon was reduced up to 0.12％.

Key words：six-sigma；high carbon steel；billet；contraction cavities

中圖分類號(hào)：F270

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-4613（2016）03-0055-04