時(shí)彥林SHI Yan-lin；李爽LI Shuang；王真WANG Zhen；劉浩LIU Hao；范堡超F(xiàn)AN Bao-chao；高皓陽GAO Hao-yang

（河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)大學(xué)材料工程系，石家莊 050091）

0 引言

轉(zhuǎn)爐煉鋼的原料包括鐵水、廢鋼、散裝料和合金料等。廢鋼比指廢鋼所占轉(zhuǎn)爐用料的的比例。鐵水、廢鋼裝入比例的確定，從理論上講應(yīng)根據(jù)熱平衡計(jì)算而定，但在生產(chǎn)條件下，一般是根據(jù)鐵水成分、溫度、爐齡期長(zhǎng)短、廢鋼預(yù)熱等情況按經(jīng)驗(yàn)確定鐵水配入的下限值和廢鋼加入的上限值。

目前，廢鋼的加入方式是冶煉前轉(zhuǎn)爐傾斜，廢鋼斗里的廢鋼直接加入轉(zhuǎn)爐中。加入廢鋼等原料后，轉(zhuǎn)爐由傾斜狀態(tài)變?yōu)橹绷顟B(tài)開始冶煉。這種加料過程需要中止煉鋼作業(yè)過程，影響煉鋼節(jié)奏，降低了工作效率，廢鋼比也不超過30%。本工作利用TRIZ 理論對(duì)廢鋼的加入方式進(jìn)行了討論，獲得了最佳的廢鋼的加入方案，從而提高了廢鋼比和轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)綜合效率。

1 TRIZ 理論

TRIZ 是俄文“Teorijz Reshenija Izobreatatelskikh Zadatch”的縮寫，其英文全稱是Theory of the solution of Inventive Problem，即發(fā)明問題解決理論。TRIZ 理論包括多個(gè)系統(tǒng)以及科學(xué)而又富有可操作性的創(chuàng)造性思維方法和發(fā)明問題的分析方法與解決工具[1]。TRIZ 理論[2]對(duì)產(chǎn)品的創(chuàng)新是前所未有的突破，TRIZ 的來源及內(nèi)容見圖1。

圖1 TRIZ 的發(fā)展及內(nèi)容

TRIZ 理論解決問題的一般流程[3-5]為具體問題轉(zhuǎn)化為TRIZ 問題，應(yīng)用TRIZ 理論和工具，得到TRIZ 的通用解以及具體問題的解。

2 問題分析和系統(tǒng)分析

2.1 問題分析

目前廢鋼加料系統(tǒng)中存在的問題是：廢鋼加入轉(zhuǎn)爐方式是冶煉前轉(zhuǎn)爐傾斜，廢鋼斗里的廢鋼直接加入轉(zhuǎn)爐。此種加料方式必須中止煉鋼作業(yè)過程，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)加料，導(dǎo)致廢鋼比低，綜合生產(chǎn)效率低。

2.2 系統(tǒng)分析

①功能分析。建立轉(zhuǎn)爐廢鋼加料系統(tǒng)功能模型如圖2所示。

②因果鏈分析。應(yīng)用因果鏈分析法確定產(chǎn)生問題的原因，如圖3 所示。

圖3 因果鏈分析法得出的問題原因

因果鏈分析得到問題關(guān)鍵點(diǎn)為：廢鋼加入方式不當(dāng)，入爐不連續(xù)，效率低；廢鋼預(yù)熱慢、時(shí)間短，導(dǎo)致廢鋼預(yù)熱溫度低；廢鋼設(shè)備保溫效果差，導(dǎo)致廢鋼入爐溫度低，廢鋼量少。

3 利用TRIZ 理論分析求解

3.1 技術(shù)沖突求解

沖突描述：為了提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比，需要提高廢鋼的入爐溫度，但是會(huì)導(dǎo)致廢鋼加入裝置的復(fù)雜性提高。

查找TRIZ 沖突矩陣：發(fā)明原理“No.10-預(yù)操作”和“No.35-參數(shù)變化”對(duì)解決問題有意義。

方案1：依據(jù)發(fā)明原理“No.10-預(yù)操作”的內(nèi)涵，得到的方案為“廢鋼在蓄熱爐預(yù)熱”。蓄熱爐預(yù)熱包括熱風(fēng)爐、送風(fēng)管、預(yù)熱倉(cāng)和除塵系統(tǒng)。熱風(fēng)爐產(chǎn)生的高溫?zé)犸L(fēng)通過送風(fēng)管道進(jìn)入預(yù)熱倉(cāng)中的布風(fēng)管道內(nèi)對(duì)廢鋼進(jìn)行預(yù)熱。廢鋼出料溫度可達(dá)500-600℃。蓄熱爐預(yù)熱如圖4 所示。

圖4 蓄熱爐預(yù)熱示意圖

方案2：依據(jù)發(fā)明原理“No.35-參數(shù)變化”的內(nèi)涵，得到的方案為“廢鋼入爐方式進(jìn)行調(diào)整”。將轉(zhuǎn)爐傾斜狀態(tài)下廢鋼槽加入廢鋼的方式轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)爐直立狀態(tài)下溜槽連續(xù)加入，稱為“高位加料”。高位加料包括蓄熱爐預(yù)熱倉(cāng)、稱量倉(cāng)、溜管等。預(yù)熱后的廢鋼稱量后，通過溜管加入正在冶煉中的轉(zhuǎn)爐內(nèi)。加料過程連續(xù)，煉鋼效率高。高位加料如圖5所示。

圖5 高位加料示意圖

3.2 物質(zhì)-場(chǎng)模型求解

問題的物質(zhì)-場(chǎng)模型如圖6 所示。

圖6 物質(zhì)-場(chǎng)模型

根據(jù)所建問題的物質(zhì)-場(chǎng)模型，應(yīng)用TRIZ 標(biāo)準(zhǔn)解流程，得到標(biāo)準(zhǔn)解為：No.2.3.3 有害作用是由一個(gè)場(chǎng)引起的，要增加另一個(gè)場(chǎng)（要素）吸收有害效應(yīng)。增加的另一個(gè)場(chǎng)（要素）即為問題的解。

改進(jìn)之后的物質(zhì)-場(chǎng)模型如圖7 所示。

圖7 改進(jìn)后的物質(zhì)-場(chǎng)模型

方案3：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)解No.2.3.3，得到的方案為“由天車直接吊運(yùn)廢鋼槽裝入傾斜受料位置的轉(zhuǎn)爐內(nèi)”改為“低位加料”。“低位加料”是將廢鋼通過輸送機(jī)送到低位蓄熱爐預(yù)熱倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行加熱，預(yù)熱后的廢鋼，由低位蓄熱爐預(yù)熱倉(cāng)底部的出料口進(jìn)入廢鋼加料斗內(nèi)，由移動(dòng)平車將廢鋼加料斗移出后，由天車直接吊運(yùn)裝入傾斜受料位置的轉(zhuǎn)爐內(nèi)。低位加料如圖8 所示。

圖8 低位加料示意圖

3.3 物理沖突求解

沖突描述：為了降低鐵水消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，廢鋼比應(yīng)該高一些；當(dāng)轉(zhuǎn)爐內(nèi)熱量不足時(shí)，廢鋼作為冷卻劑，廢鋼比應(yīng)該低一些，減少對(duì)熱量的吸收。即“廢鋼比”既要“高”又要“低”。

由于廢鋼在不同的“條件”和“整體與部分”上，具有不同的特性，因此選用4 條分離原理（空間分離、時(shí)間分離、基于條件的分離、整體與部分分離）當(dāng)中的“基于條件的分離”和“整體與部分分離”原理，得到解決方案。

[方案4]：依據(jù)發(fā)明原理“No.5-組合”和“No.35-參數(shù)變化”的內(nèi)涵，得到的方案為“采用提升裝置把廢鋼提升到轉(zhuǎn)爐高位，用溜管快速進(jìn)入蓄熱式預(yù)熱倉(cāng)，在高位蓄熱式預(yù)熱倉(cāng)預(yù)熱，經(jīng)過稱量后通過溜管加入直立狀態(tài)正在冶煉中的轉(zhuǎn)爐內(nèi)”。[方案4]如圖9 所示。

圖9 [方案4]示意圖

4 創(chuàng)新方案與評(píng)估

上述方案進(jìn)行匯總和可用性評(píng)估見表1。

表1 技術(shù)方案及可用性評(píng)估

方案3：低位加料方式。廢鋼預(yù)熱后在轉(zhuǎn)爐冶煉前加入廢鋼。

方案4：高位加料方式。一種廢鋼連續(xù)加料系統(tǒng)，廢鋼預(yù)熱稱量后，轉(zhuǎn)爐冶煉時(shí)加入廢鋼。

結(jié)合轉(zhuǎn)爐煉鋼工序，得到最優(yōu)的技術(shù)方案為：將方案3 和方案4 組合使用，即在轉(zhuǎn)爐停止冶煉，傾斜受料時(shí)廢鋼加入采用低位加料系統(tǒng)；在轉(zhuǎn)爐直立冶煉時(shí)，廢鋼加入采用高位上料。通過高、低位配合加料，提高了轉(zhuǎn)爐廢鋼比，加快轉(zhuǎn)爐煉鋼的節(jié)奏。

5 結(jié)語

根據(jù)目前轉(zhuǎn)爐加入廢鋼方式影響煉鋼節(jié)奏，工作效率低，廢鋼比不超過30%的問題，用TRIZ 理論進(jìn)行了功能分析和因果鏈分析，采用技術(shù)沖突、物-場(chǎng)分析和物理沖突工具對(duì)廢鋼加入方式進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

廢鋼加入創(chuàng)新方案為：在轉(zhuǎn)爐停止冶煉，傾斜受料時(shí)，將廢鋼通過輸送機(jī)送到低位蓄熱爐預(yù)熱倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行加熱，預(yù)熱后的廢鋼，由低位蓄熱爐預(yù)熱倉(cāng)底部的出料口進(jìn)入廢鋼加料斗內(nèi)，由移動(dòng)平車將廢鋼加料斗移出后，由天車直接吊運(yùn)裝入傾斜受料位置的轉(zhuǎn)爐內(nèi)；在轉(zhuǎn)爐直立冶煉時(shí)，采用提升裝置把廢鋼提升到轉(zhuǎn)爐高位，用溜管快速進(jìn)入蓄熱爐預(yù)熱倉(cāng)，廢鋼預(yù)熱后經(jīng)稱量通過溜管加入直立狀態(tài)正在冶煉中的轉(zhuǎn)爐內(nèi)。高、低位配合加料，提高了轉(zhuǎn)爐廢鋼比，加快轉(zhuǎn)爐煉鋼的節(jié)奏。