運用六西格瑪方法提升燒結礦混勻料穩定性

張凡敏

（山鋼股份萊蕪分公司 煉鐵廠，山東 萊蕪271104）

1 前 言

為適應降成本、壓庫存需求，山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠（以下簡稱煉鐵廠）實時分析礦料性價比，動態調整最佳經濟礦礦種，實現了礦料成本的有效降低。但頻繁調整及礦種多變加劇了混勻料質量波動，給生產質量帶來了不可忽視的影響。2014年以來，萊蕪分公司煉鐵廠混勻料Tfe、SiO2波動顯著升高，導致燒結礦品位及堿度波動相對加大，從而影響到高爐的穩定順行。根據經驗，混勻料SiO2波動是制約燒結堿度的要因，且Tfe波動每降低0.1%，燒結礦產量提升0.28%，因此提升混勻料質量穩定性，尤其是關鍵指標Tfe、SiO2穩定性，是必要且迫切的。

六西格瑪（6δ）管理是一種系統的過程改進方法，是一套行之有效的解決問題和提高企業績效的方法論。運用6δ方法提升燒結礦混勻料穩定性，應用統計工具通過對現有過程進行界定、測量、分析、改進和控制，消除過程缺陷和無價值作業，從而實現項目目的。

2 關鍵影響因素分析

2.1 工藝流程分析

梳理燒結原料配料工藝流程（見圖1），關鍵生產工序主要有4個：受卸、打料、準備、配料。結合實際崗位操作步驟細化流程（見圖2），分析得出12個重要輸入因子。

圖1 鐵前原料配料工藝流程

圖2 鐵前原料配料微觀流程

針對12個重要因子做失效模式分析（見表1），按照RPN值＞100、合計比例80%的原則，確定下一步改進的關鍵重要因子7個：料場庫存、混勻堆料、混勻取料、礦槽礦粉、皮帶秤穩定性、濕度溫度和料位倉存。經初步分析，其中混勻堆料、混勻取料、皮帶秤穩定性、料位倉存這些原因清楚，可操作性強，可作為快速改善項目。

表1 FMEA分析

2.2 部分因子快速改善

2.2.1 混勻堆料

各類固體廢棄物在燒結勻料系統進行循環利用，取得了較好的經濟效益，但給燒結原料生產質量控制帶來了一定難題。改善前，部分固體廢棄物如煉鋼污泥等多采用“間隔卸車”方法進行鋪底，鋪底料離散性能較差，均勻性極差，且機動車調度困難，混勻料堆平均偏差＞1.0以上。協調型鋼灰、燒結灰、高爐灰等進入雜礦堆參與配料，對離散性能較差的固體廢棄物，能進入雜礦堆的及時打入雜礦堆參與配料；必須鋪底的采用“統籌計算，定點定格”的卸車方式，提升混勻堆料鋪底料的均勻性；同時，定期累計日報數據中的廢棄物計量數據，合理計算并報生產計劃科確定機動車輛使用時間，解決機動車調度難題。

2.2.2 混勻取料

從理論上講，為確保混勻料均勻性，混勻料堆兩頭的端部料必須全部取回。但由于生產緊張、返回成本等原因，僅能返回一定比例的端部料。改善前，端部料返回比例越來越小，且存在頭端部料不返回現象。通過協調聯系、嚴格論證，確定每堆頭、尾端部料必須返回，不留死角，每堆返回1 000～1 500 t（按2.5%～3%比例控制）。

2.2.3 皮帶秤穩定性

由于原料系統生產環境較差，振動、粉塵等因素造成皮帶秤不穩定甚至失靈，直接影響到混勻料質量穩定。改善前，原料配料皮帶秤穩定性指標分辨度僅為7左右（2011年分辨度為10以上）。通過執行“固定調零”措施，保證電子秤穩定；執行“維護保養”措施，保證皮帶秤運行環境穩定。改進后，原料配料皮帶秤穩定性指標分辨度恢復為10以上。

2.2.4 料位倉存

為保證混勻料質量穩定，料位倉存應保證在1/2至2/3的水平，但受崗位人員緊張、生產緊張、控制水平不足等因素影響，經常出現料位倉存不足未能及時停配現象，嚴重制約了混勻料質量穩定性。通過安裝料位倉存報警、利用歷史趨勢圖加強工藝督察等措施，實現了倉存不足1/3前必須及時停配要求。一系列快速改善計劃實施后，進行了二次FMEA（見表2），RPN值顯著下降，效果顯著。

2.3 其他因子試驗分析

盡管“料場庫存、礦槽礦粉、濕度溫度”3個因子同時對混勻配料起著制約作用，但由于因子之間不存在關聯性，用單因子試驗分析。分析中發現混勻料（Tfe、SiO2）平均偏差與“料場庫存、礦槽礦粉、濕度溫度”均有顯著影響。但受實際生產條件制約，針對“礦槽礦粉”因子采取的措施有：優先安排離散性能最差的礦粉到出料性能最好的礦槽，通過技術改進提升礦槽出料性能；針對“濕度溫度”因子采取的措施有：雨季降低配料料流，冬季開啟解凍庫，雨季冬季盡量減少水分高的礦粉配加量。針對可控的“料場庫存”因子，盡管從理論上講為保證混勻料質量應至少保持實際庫存滿足配料需求，但受生產成本壓縮等因素影響，需科學、合理控制庫存，在質量與成本的夾縫中尋求最佳控制水平。

表2 二次FMEA分析

為盡可能壓減礦料成本，目前實際料場庫存不僅量不夠，還存在礦料結構不合理問題。為此，選出3因子（種類、存量、成本）2水平進行試驗設計。因子試驗水平設置見表3。試驗設計方案及數據見表4（通過查詢相關歷史數據，填充試驗結果）。

表3 因子試驗水平設置

表4 試驗設計方案及數據

對平均偏差與料種、存量、成本的回歸分析結果如下：

項常量料種存量成本料種×料種存量×存量成本×成本S=0.289 337 R-Sq=71.54%；R-Sq（預測）=0.00%；R-Sq（調整）=58.40%項常量料種存量成本料種×料種存量×存量成本×成本系數0.361 14-0.139 66-0.062 97-0.279 6 0.7945 5 0.6345 5 0.674 55 PRESS=4.878 28系數標準誤0.118 0 0.131 7 0.131 7 0.131 7 0.215 6 0.215 6 0.215 6 T P 3.060-1.061-0.478-2.123 3.686 2.943 3.129 0.009 0.308 0.64 0.053 0.003 0.011 0.008系數0.361 14-0.139 659-0.062 972 5-0.279 597 0.794 546 0.634 546 0.674 546

從回歸分析結果來看，試驗結果并不十分理想，主要原因是受生產條件限制影響，用歷史數據來填充試驗結果無法代表真實試驗值。

用響應優化器對料種、存量、成本進行響應優化，尋找最優組合。響應優化結果見圖3。

圖3 響應優化

通過上述分析可粗略提供參考結論：1）料場料種至少要維持在4～5個礦料種類。2）料場存量至少要維持在4萬t以上。3）加強動態管理，控制料場庫存礦料成本在合理范圍，實現“低成本、高質量”的配料效益最大化目標。

3 改進效果

選取改進后9月上旬老區混勻料的Tfe、SiO2含量數據，分析計算混勻料平均偏差，西格瑪水平的Z值提高到了1.83（見圖4），混勻料質量西格瑪水平、Ppk、Cpk比改善前顯著提高，過程能力得到大幅提高。基本能滿足工序要求，達到項目要求。

圖4 改進后過程能力分析

4 結 語

一系列提高混勻料穩定性措施實施后，混勻料平均偏差由0.58降至0.38（其中：Tfe平均偏差由0.62降低至0.38；SiO2平均偏差由0.51降低至0.37），滿足工藝標準要求（≤0.40）。

但成本壓力與日俱增，如何平衡“產量與質量”，尋求最佳庫存限量是決策企業戰略方向的科學依據。受試驗條件制約，目前響應優化器的威力和作用還沒有完全發揮出來，尚需進一步研究解決。