魏昌晟　曹喜營(yíng)　雷賢卿　閆廣周

摘 要：本文利用QC小組活動(dòng)，結(jié)合TRIZ創(chuàng)新方法，分析了浸入式水口原位梯度復(fù)合過(guò)程中出現(xiàn)缺陷的問(wèn)題，同時(shí)運(yùn)用5M1E分析法、矛盾原理和物場(chǎng)分析法等工具，分析比較各創(chuàng)新理論得出的解。最終運(yùn)用價(jià)值工程法確認(rèn)改進(jìn)的設(shè)計(jì)方案，快速準(zhǔn)確地解決實(shí)際問(wèn)題，證明多方法融合創(chuàng)新在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中具有很強(qiáng)的實(shí)用性與適用性。

關(guān)鍵詞：QC;TRIZ;浸入式水口;5M1E;矛盾原理;物場(chǎng)分析法;價(jià)值工程理論

中圖分類號(hào)：TF341.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）20-0045-04

Solving Defects in In-situ Gradient Compounding Process of

Immersion Nozzle Based on QC and TRIZ

WEI Changsheng1，2，3 CAO Xiying1，2 LEI Xianqing3 YAN Guangzhou1，2

（1. Luoyang Refractory Materials Research Institute Co.， Ltd.， Sinosteel Group Corporation Limited，Luoyang Henan 471039;2. State Key Laboratory of Advanced Refractories，Luoyang Henan 471039;3. College of Mechanical and Electrical Engineering， Henan University of Science and Technology， Luoyang Henan 471003）

Abstract： This paper analyzed the defects in the in-situ gradient compounding process of immersion nozzles by using QC group activities and TRIZ innovation methods， and used 5M1E analysis method， contradiction principle and object field analysis method to analyze and compare the solutions obtained by each innovation theory. Finally， the value engineering method was used to confirm the improved design scheme， and the practical problems were solved quickly and accurately， which proved that the multi-method fusion innovation had strong practicability and applicability in practical engineering design.

Keywords： QC;TRIZ;immersion nozzle;5M1E;contradiction principle;object field analysis method;value engineering theory

浸入式水口是連鑄工藝中最關(guān)鍵的功能耐火材料，與結(jié)晶器、保護(hù)渣并稱為連鑄工藝的三大關(guān)鍵輔助技術(shù)[1-3]。浸入式水口上接中間包、下連結(jié)晶器，是鋼水最后接觸的耐火材料。作用是將鋼水輸送到結(jié)晶器，并保護(hù)鋼水不發(fā)生二次氧化，防止氮溶入、渣混入和鋼水飛濺。

浸入式水口由多種含碳耐火材料在原位梯度復(fù)合構(gòu)成，采用冷等靜壓工藝成型。其在原位梯度復(fù)合過(guò)程中極易產(chǎn)生缺陷，傳統(tǒng)單一的問(wèn)題分析方法很難在短期內(nèi)得出一個(gè)全面考慮的解決方案。為高效地得到理想的技術(shù)方案，人們就需要運(yùn)用多方法融合創(chuàng)新，即將QC小組活動(dòng)周密的全面問(wèn)題分析與TRIZ理論的創(chuàng)新方法相結(jié)合，最終運(yùn)用價(jià)值工程法確定獲得滿足需求的問(wèn)題解決方案。

1 問(wèn)題引出

浸入式水口采用結(jié)構(gòu)、材料、功能一體化設(shè)計(jì)與制造，根據(jù)各功能材料結(jié)構(gòu)、服役和失效特點(diǎn)，通過(guò)材料組成梯度化、結(jié)構(gòu)復(fù)合化，同步提升材料關(guān)鍵服役性能，實(shí)現(xiàn)使用可靠性、服役壽命、服役功能的共同改善。如圖1所示，浸入式水口由三部分材料原位梯度復(fù)合構(gòu)成，內(nèi)腔為無(wú)碳內(nèi)襯材料，外層為鋁碳本體材料和低碳鋯碳渣線材料。

如圖2所示，浸入式水口采用冷等靜壓工藝成型，模具分為包套、剛性模具和內(nèi)襯加料套管3部分。原位梯度復(fù)合裝料過(guò)程中，內(nèi)襯加料套管套裝在剛性模具外部，用于構(gòu)成分離的坯料裝填空間，即包套與內(nèi)襯加料套管間構(gòu)成本體坯料空間，內(nèi)襯加料套管與剛性模具間構(gòu)成內(nèi)襯坯料空間。在實(shí)際生產(chǎn)中，該過(guò)程極易產(chǎn)生缺陷問(wèn)題。

2 問(wèn)題分析

2.1 QC小組活動(dòng)

通過(guò)現(xiàn)狀調(diào)查對(duì)存在問(wèn)題的179支浸入式水口的缺陷因素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果繪制出排列圖（見圖3），確定內(nèi)襯偏心是造成浸入式水口缺陷的主要癥結(jié)。浸入式水口內(nèi)襯偏心情況如圖4所示。

為了更加明晰地認(rèn)識(shí)主要癥結(jié)，繼續(xù)分層分析，對(duì)962支浸入式水口內(nèi)襯偏心差值分布情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示，并繪制出偏心差值分布情況餅圖，如圖5所示。

對(duì)不同內(nèi)襯厚度樣品進(jìn)行抗熱震試驗(yàn)和耐侵蝕試驗(yàn)，確定出浸入式水口內(nèi)襯偏心差值的合理值應(yīng)該不大于1mm。通過(guò)目標(biāo)值測(cè)算，QC小組將活動(dòng)目標(biāo)定為浸入式水口內(nèi)襯偏心不合格率降至1.84%，如圖6所示。

通過(guò)原因分析從5M1E分析法的6個(gè)方面，層層深入、由果溯因，確定原因分析因果圖，如圖7所示。

根據(jù)因果分析圖確定出10項(xiàng)末端因素，逐項(xiàng)對(duì)末端因素展開要因確認(rèn)。最終確定技術(shù)要因1條，即內(nèi)襯加料套管與模芯同軸偏差大。

2.2 TRIZ創(chuàng)新方法

內(nèi)襯加料套管結(jié)構(gòu)如圖8所示，套管內(nèi)部和外部均設(shè)置有定位結(jié)構(gòu)。根據(jù)TRIZ的矛盾原理，將QC小組活動(dòng)中確定的技術(shù)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為通用問(wèn)題模型，以提高內(nèi)襯加料套管同軸定位的穩(wěn)定性、可靠性，所以采用改善定位結(jié)構(gòu)面積或數(shù)量的方法。但是，內(nèi)襯加料套管抽離模具時(shí)會(huì)破壞材料界面，最終降低坯料原位梯度復(fù)合的穩(wěn)定性、強(qiáng)度和可維修性。

技術(shù)矛盾是：改善的參數(shù)有穩(wěn)定性（13）、可靠性（27）;惡化的參數(shù)有穩(wěn)定性（13）、強(qiáng)度（14）、可維修性（34）。

根據(jù)矛盾矩陣，人們可以得到TRIZ建議使用的發(fā)明原理：17空間維數(shù)變化原理、9預(yù)先反作用原理、15動(dòng)態(tài)特征原理、2抽取原理、35物理或化學(xué)參數(shù)改變?cè)怼?0預(yù)先作用原理、16未達(dá)到或過(guò)度的作用原理、11事先防范原理、28機(jī)械系統(tǒng)替代原理、3局部質(zhì)量原理、25自服務(wù)原理和1分割原理。根據(jù)發(fā)明原理的啟發(fā)，人們可以得出以下創(chuàng)新技術(shù)方案，如表2所示。

通過(guò)物場(chǎng)分析法，根據(jù)浸入式水口原位梯度復(fù)合工藝過(guò)程，建立物質(zhì)-場(chǎng)模型描述系統(tǒng)內(nèi)的問(wèn)題，手和內(nèi)襯套管之間的作用是有用但不充分的相互作用（見圖9），進(jìn)一步建立導(dǎo)致手的作用的不足的模型，即定位支撐與內(nèi)襯套管、內(nèi)襯套管與內(nèi)襯坯料之間的作用都是有用但不充分的相互作用（見圖10）。

根據(jù)所建問(wèn)題的物質(zhì)-場(chǎng)模型，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)解解決流程，確定問(wèn)題的通解7個(gè)，如表3所示。

歸納分析綜合矛盾原理和物場(chǎng)分析法，人們可以得出創(chuàng)新技術(shù)方案，綜合評(píng)估技術(shù)可行性，最終得出以下3個(gè)問(wèn)題解決技術(shù)方案，如表5所示。

3 問(wèn)題解決

根據(jù)上述可行技術(shù)方案，運(yùn)用價(jià)值工程法測(cè)算成本系數(shù)和功能價(jià)值系數(shù)，最終依據(jù)價(jià)值系數(shù)確定出最優(yōu)技術(shù)方案，如表6所示。

為了實(shí)施最優(yōu)技術(shù)方案，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)具有凸出3點(diǎn)且有一定高度的內(nèi)定位元件，它可以安裝在剛性模具的頂部與內(nèi)襯加料套管始終保持緊密的滑動(dòng)配合，這樣就可以保證內(nèi)襯加料套管在整個(gè)裝填料工藝作業(yè)過(guò)程中均與剛性模具保持同軸配合且不會(huì)對(duì)材料界面產(chǎn)生破壞，如圖11所示。方案實(shí)施效果經(jīng)過(guò)QC小組最終確認(rèn)，浸入式水口內(nèi)襯偏心不合格率降至1.27%。

4 結(jié)語(yǔ)

QC小組活動(dòng)針對(duì)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略、方針目標(biāo)和現(xiàn)場(chǎng)存在的問(wèn)題，以改進(jìn)質(zhì)量、降低消耗、提高人的素質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效益為目的，運(yùn)用質(zhì)量管理的理論和方法開展創(chuàng)新改進(jìn)活動(dòng)。TRIZ理論則吸收了大量的克服思維定勢(shì)和心理障礙的傳統(tǒng)創(chuàng)新方法的精髓，并將它們納入邏輯程序，在發(fā)明問(wèn)題分析和解決方案綜合的不同階段發(fā)揮作用。浸入式水口原位梯度復(fù)合過(guò)程中缺陷問(wèn)題的解決，證實(shí)多方法融合創(chuàng)新針對(duì)技術(shù)問(wèn)題能夠快速準(zhǔn)確地得出新的解決方案，在解決實(shí)際工程問(wèn)題的過(guò)程中具有很強(qiáng)的實(shí)用性與適用性。

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