改進煉鐵制約設備提升整個鋼鐵聯合企業效益
——廣義設備費用消耗理論的提出及探討

姜本熹

(寶武鋼鐵股份武漢有限公司煉鐵廠，湖北 武漢 430080 )

鋼鐵聯合企業屬于連續長流程制造企業，工藝極其復雜，其主生產線為：

為數眾多的設備24小時不間斷地對物料進行加工處理。但每年會因各種原因導致整個企業停產一部分時間，鋼鐵聯合企業的效益正比于鋼材的產出。因此，在現有的裝備基礎上，減少停產時間，企業就能創造更多的效益。因為煉鐵高爐的特性，一般來說，其它工序的分廠的處理能力都要大于煉鐵廠。在不考慮廢鋼的加入量時，基本上煉鐵廠的鐵產量即是整個鋼企的產量。因此煉鐵廠是整個鋼企的約束環節。

看似休風率只是煉鐵廠的一個指標，一般來說，休風率降低1%，鐵產量提升2%（短時休風），鋼材產量也提升2%。所以，休風率實際上也是整個鋼鐵聯合企業的一個停產率。以一個年產1500萬噸的鋼鐵聯合企業為例，年利潤為120億元，如果休風率降低0．5%，則每年利潤增加12000萬元。因此，降低休風率意義重大。經過多年的不斷完善，高爐的設備休風率已經很低，一般在1%～3．6%之間（含風口損壞造成的休風）。在不增加或很少增加成本的情況下，降低休風率，提升整個鋼鐵聯合企業的效益是目標。經過多年的完善，煉鐵廠從設備及管理方面不斷完善，現在的休風率已屬較低的水平，要想再降低，需要在一系列關鍵裝備從技術上有所突破及管理方法必須更新才能達到。

1 煉鐵廠高爐休風（除工藝原因外）由致停設備造成

并不是煉鐵的所有的設備設施的故障、損壞、維修及更換都會造成高爐的休風或減產，只有少數的一些設備才能導致高爐休風，這些“本身的停機會導致高爐休風或產量降低的設備”稱之為“致停設備”。據此，由物料流向的路徑確定如下為致停設備：振動篩、供礦皮帶、供焦皮帶、集中斗、主皮帶、爐頂裝料設備、熱風主管、送風支管、風口、開口機、泥炮、冷卻壁、爐缸耐火內襯。其中爐頂裝料致停設備包括：上密封閥、放散閥、均壓放散閥、料罐稱量系統、下密封閥、齒輪箱、中心喉管、布料溜槽，見圖1。

說明：雖然大部分煉鐵廠振動篩的能力及數量均有較大的冗余，但其篩分效果的好壞直接影響高爐的產量等主要指標，所以按其效果將該設備列為致停設備。

非致停設備的特征如下。

（1）非連續工作，能在非工作時間內處置完發生的故障，例如下游具有較大緩沖倉的帶式輸送機；

（2）雖然損壞要導致休風，但有備用機，可快速切換，例如高爐的一些水泵；

圖1 BX高爐煉鐵致停設備分布圖

（3）一些設備設施發生故障或停機雖然必須在高爐休風的條件下才能處理，但因其壽命長于高爐壽命；或者長于定修周期，在定修周期內不會突發損壞，發生損壞的概率很低，這些設備列入非致停設備。例如高爐爐殼，現代高爐爐殼的壽命、厚度、制造工藝有了很大的提高，只要冷卻壁完好，其發生開裂事故的概率極低，所以不屬于致停設備；爐頂主皮帶受料漏斗的襯板，更換時也需要休風，但其磨損可測、速度穩定、不會發生突然的損壞。更換可以安排在定修或其它設備檢修時進行，即完全可以控制自身不引起休風。因此，該設備也歸入非致停設備。

2 致停設備的廣義費用消耗理論的提出

2.1 現有的設備經濟性評估方法

在設計、改造、檢修階段選用設備時，目前較低層次的方法是滿足性能的前提下直接以采購價格最低的中標；較高層次的方法是應用壽命周期理論（LCC），不僅考慮采購成本，還考慮設備的壽命、運營費用等，選用綜合費用消耗較低的設備。對于非致停設備，這些方法特別是LCC理論是很客觀和較精確的。但是這些方法對設備經濟性的評估都是以設備自身為對象進行考量的，有較大的局限性，無法反映設備故障對整個企業造成的經濟損失。

2.2 煉鐵致停設備費用消耗

對于煉鐵的致停設備，其故障停機或壽命到期更換時，高爐需休風，造成的損失如下。

（1）高爐停產需多耗一部分焦炭等燃料，以補充在停爐期間的熱量損失；

（2）放散掉的高爐煤氣、安全置換用的氮氣、壓縮空氣、及蒸汽等介質消耗；

（3）檢修費用；

（4）相對應的從原料準備到軋鋼全線的設備設施的折舊費的空耗；

（5）生鐵及全鋼企的產量及利潤；（6）復產恢復期的產量損失；

（7）相對應的產能的人員工資空耗。

1～3條屬措施費用消耗，其總量用MC表示，包含在設備的壽命周期費用LCC之中；4～5條歸入全企業的利潤減少，其總和用LP表示。

2.3 致停設備停機導致的整個鋼企的利潤的損失歸入該設備的屬性

上述分析的MC值屬于運營費用的增加，而LP屬于有效產出的減少，這兩項都導致企業的純利潤的降低。所以致停設備故障或壽命到期更換最終導致整個鋼企的純利潤的損失，將這一部分利潤損失歸到相應的致停設備上，和設備的價格一樣成為設備經濟性評判的一個屬性是客觀的。

2.4 致停設備的廣義費用消耗

鑒于上述分析，致停設備在從安裝到停機下線使整個鋼企的資金減少為：GECC=LCC+LP。將GECC稱為致停設備的廣義費用消耗。一些設備的壽命較長，在考慮到資金的時間價值后，折算到某一時間點的費用（一般為初始時間），并除以時間，得到單位時間致停設備的廣義費用消耗GECC/T，該指標可以作為不同品牌的致停設備在線的經濟性的評價指標。以年產1500萬噸的鋼鐵聯合企業為例，年純利為120億元，6座高爐，按年365個工作日，則每座高爐每小時生產時間內創造的純利為：LP0=120×108/365/24/6=22．8萬元/h。考慮到設備休風造成的產量損失是正常生產同時間的2倍，因此GECC/T=（LCC+2×LP0×Ts)/T。

其中Ts為設備在線時故障或壽命到期更換等造成產線停機時間的總和（小時）；T為設備在線壽命。

3 降低致停設備停機時間的技術手段

現用的一部分致停設備都存在一些技術上的缺陷，這是休風率無法再降的一個根本原因。從技術層面對一些致停設備的剖析及解決方案見表1（文中數據因廠而異，各廠應根據自己的實際進行細化）。

3.1 致停設備選用的策略及經濟性量化計算

實例1：中心喉管

對于串罐無鐘爐頂，中心喉管的壽命都在2年以上，下面討論的都是并罐無鐘爐頂的中心喉管。原中心喉管的為光面直筒式和重疊瓦片式，壽命為2．5～12個月，在應用這兩種中心喉管時高爐的設備休風率很高，超過2%，定修周期被迫定為2．5個月，因為必須更換中心喉管。新型ML多環中心喉管，平均壽命達到30個月，期間定修周期可以提高到15個月以上，相應的，設備休風率下降1%。更換一次中心喉管需休風10小時以上。重疊瓦片式中心喉管：單面壽命T=6個月，合同價12萬元，因時間較短，不考慮資金的時間價值，LCC=12萬，Ts=10h，T=12， 該 品 牌 的 GECC/T=（LCC+2×LP0×Ts)/T=（12+2×22．8×10）/15=31．2萬元/月。

表1

ML多環長壽命中心喉管：因其獨特合理的技術結構、適應工況的合金材料，使其壽命達24個月以上，合同價24萬元。該品牌的GECC/T=（LCC+2×LP0×Ts)/T=（24+2×22．8×10）/24=20 萬元/月。由計算結果可見，雖然ML多環中心喉管采購成本遠高于重疊瓦片式中心喉管，但其經濟性遠優于其它型式的中心喉管。

4 致停設備的管理

4.1 以GECC/T為致停設備選用和評標的標準

4.2 合并致停設備

例如使中心喉管的壽命達到布料溜槽的整數倍，就可以在同一休風時間進行更換，兩種設備的價值得到最大程度的利用，相當于多個致停設備合并為一個，其更換周期就是壽命最短的那一個。

4.3 煉鐵致停設備以中心喉管和布料溜槽為核心

由于這兩種設備要流過大量的物料，其每隔一定周期停產更換是不可避免的，所以將其它設備的更換周期盡量與這兩種設備同步，在更換布料溜槽時同步完成更換或檢修。某種意義上說，布料溜槽和中心喉管是整個鋼企的核心設備。

4.4 一些不同步的致停設備的殘余價值必須舍棄

比如在某次定修更換布料溜槽，布料溜槽的壽命為12個月，檢查評估中心喉管還可以使用7個月，這時必須舍棄這7個月的價值，將該中心喉管也更換掉。

4.5 冷卻壁

冷卻壁破損休風修復、中修更換冷卻壁所耗費時間造成的企業利潤損失均應計入冷卻壁的廣義費用消耗。

4.6 爐缸耐火內襯

爐缸耐火內襯壽命的到期必須停爐更換，一般要耗時2個月，造成的損失巨大，利潤損失計入爐缸耐火內襯的GECC中。爐缸耐火內襯的選用、方案必須按照設備的廣義費用消耗理論進行經濟性評估，提高到鋼企的戰略層面。

4.7 致停設備是廣義的

例如某鋼企研發出一條專有的鋼種，供不應求，其經濟收益高于其它鋼種，該品種的產線連續生產，則該鋼種生產線也可以列入致停設備。

4.8 致停設備的消除

如果某一致停設備的得以改進，其壽命達到其它致停設備壽命的一倍以上，則該設備可以從致停設備目錄中移除。

5 建議修改《招投標法》

《中華人民共和國招標投標法》規定中標人的投標應當符合下列條件之一：能夠最大限度地滿足招標文件中規定的各項綜合評價標準；能夠滿足招標文件的實質性要求，并且經評審的投標價格最低；但是投標價格低于成本的除外。

投標價最低是中標的標準。因為招標過程僅能對標的設備本身進行經濟性評估，無法了解該設備在生產線中對整個企業造成的損失。

建議該條款增加如下部分。

中標人的投標應當符合下列條件之一：對于連續流程生產企業中的“致停設備”，其單位時間致停設備的廣義費用消耗GECC/T最低；對于壽命長于1年的非致停設備，其壽命周期費用LCC最低。

6 結語

（1）煉鐵的產能就是整個鋼企的產能，煉鐵的休風率的2倍就是鋼企的停產率。鋼企的純利潤正比于鐵產量；

（2）煉鐵的一些設備自身價值不高，但其停機將導致整個鋼企的純利潤的重大損失。提出新概念：“連續流程制造業中，本身的停機會導致整個企業停產或產量降低的設備”稱之為“致停設備”；

（3）致停設備從上線到下線所消耗的費用不僅是壽命周期費用（LCC），還包括其停機、更換造成的全企業因產量減少而造成的利潤的減少（以LP表示），這兩項之和稱為“致停設備的廣義費用消耗” GECC。GECC=LCC+LP；在除以設備的在線使用壽命T后，得出單位時間廣義費用消耗GECC/T，該指標真實、全面的反映致停設備在單位時間內對全企業實際的資金消耗，可以作為不同品牌的致停設備在線的經濟性的評價指標；

（4）鋼企的致停設備一般為：主皮帶、冷卻壁、爐缸耐火內襯、料罐稱量系統、齒輪箱、中心喉管、布料溜槽等20個；

（5）降低致停設備的資金損耗可以采用新技術、長壽命、高可靠性的裝備，并進行GECC/T值的評估、比較。可采用“合并致停設備”、“舍棄達不到核心致停設備的壽命周期的致停設備的殘余價值”等策略；

（6）鋼鐵聯合企業的檢修計劃應以高爐布料溜槽和中心喉管為核心進行管理；

（7）冷卻壁及高爐爐缸耐火內襯是鋼鐵聯合企業的戰略意義的致停設備。中修費用、停產造成的利潤損失計入冷卻壁的GECC；大修費用、停產造成的利潤損失計入高爐爐缸耐火內襯的GECC。

（8）為降低企業的費用消耗，還將提高設備供應商不斷研發長壽命、低故障率的設備的積極性。建議在中標人的投標應條件增加兩條：對于連續流程生產企業中的“致停設備”，其單位時間致停設備的廣義費用消耗GECC/T最低；對于壽命長于1年的非致停設備，其壽命周期費用LCC最低。

（9）該理論可以擴展應用到其它連續流程生產企業，如化工、電力行業等。

（本文在撰寫過程中得到魏厚培、肖永剛、陳輝等專家的大力支持，在此致以誠摯的感謝。）