SPC技術在南通寶鋼煉鐵生產中的應用

彭坤 季筱燕 王雷雷

（1.南京航空航天大學，南京 210016;2.南通寶鋼鋼鐵有限公司，江蘇南通 226002)

SPC技術在南通寶鋼煉鐵生產中的應用

彭坤1，2季筱燕2王雷雷2

（1.南京航空航天大學，南京 210016;2.南通寶鋼鋼鐵有限公司，江蘇南通 226002)

敘述了南通寶鋼鋼鐵有限公司煉鐵廠在高爐鐵水生產過程中應用“SPC”工具持續改進鐵水質量過程的情況。通過應用SPC的基本理論研究方法，解決了在煉鐵生產中持續改進鐵水質量控制評價的方法問題。以鐵水含[Si]量參數為例應用SPC技術在鋼煉鐵生產中持續改進了鐵水質量，合理降低了鐵水[Si]含量，達到了降低成本的目的，同時也表明控制圖在煉鐵生產中具有指導生產實踐的作用。

統計過程控制 鐵水質量 過程能力指數 控制圖

1 引言

南通寶鋼煉鐵廠現有一座420 m3高爐，于2005年點火投產。它由一臺60 m2燒結機向高爐提供燒結礦、外購球團礦及精塊礦，無煉焦工序，焦炭全部外購，吃百家焦冶煉。隨著煉鐵原輔料市場及價格的變化，高爐使用的原燃料質量受到較大影響，加上南通寶鋼煉鐵廠高爐煉鐵生產時間較短，煉鐵生產經驗積累和專業技術人員均不足，給高爐主要工藝參數控制和技術經濟指標優化帶來較大困難。同時，由于南通寶鋼煉鐵廠僅有一座高爐生產，就煉鐵生產工藝的系統布局而言，存在一定的缺陷，生產中任何一個系統出現問題都將導致高爐減風甚至休風，中斷冶煉行程。這種一座高爐煉鐵的生產模式的連續生產中斷，將打破整個公司大生產系統的平衡，對企業的效益造成較大損失。隨著生產經營模式的轉變，為實現公司的“普轉優，冶煉精品鋼”戰略目標，對鐵水的質量和成本要求越來越高。而SPC作為企業生產過程中保證質量的有效方法，及時地運用到了南通寶鋼煉鐵廠，在保持煉鐵的穩定順行、關鍵指標的控制上起到了重要作用。

2 SPC理論簡介

統計過程控制（簡稱SPC)，也叫統計工序控制，是過程控制的實施方法，也是應用統計技術對生產過程中的各個階段進行評估和監控的一種方法，建立并保持過程始終處于可控的且穩定的水平，從而達到產品與服務符合技術規范要求的一種質量管理技術，是過程控制的一部分。它主要應用數理統計和概率論的相關原理，對生產過程（動態)的關鍵質量數據進行測量和描點繪圖[1]。同時，通過對控制圖進行觀察和分析，可以及時了解和發現異常情況，并采取相應糾正措施，從而可以使整個生產過程保持持續穩定狀態，提高過程生產能力。

統計過程控制（SPC)方法的最核心工具就是控制圖，相應做好SPC推廣的核心也就是作好相關控制圖并進行靈活應用。根據應用目的的不同，控制圖應用分兩個階段，一種是分析用控制圖階段，一種是控制用的控制圖階段。必須先通過分析用控制圖來調整過程、消除異因，使過程可控后再改進過程，確保Cp或Cpk達到要求后[2]，方可進入控制用控制圖階段。通過對SPC控制圖的不斷分析，發現異常點，及時分析，查出影響問題的原因并進行改進和預防，從而達到持續改善的目的。

3 SPC實施過程

3.1 確定關鍵控制點

SPC管理的一個重要特點就是用數據說話，實施SPC，必須選擇影響產量質量的重要特性參數作為控制點。根據南通寶鋼的實際情況以及高爐生產的特性，選擇鐵水[Si]含量作為關鍵控制點之一，選擇理由如下：

（1) 隨著煉鋼提高鐵水比的需求，對鐵水中 [C]%+[Si]%的含量要求控制在4.2%～5.0%左右，由于高爐無法控制[C]含量，且比較穩定，因此關鍵就要控制好鐵水中的[Si]含量;

（2) 鐵水中的[Si]含量反映了高爐工作者對高爐生產的控制能力;

（3) 鐵水中的[Si]含量可測、可控且有明確的技術標準和技術要求，是衡量鐵水質量的一項重要指標;

（4) 鐵水中的[Si]含量的高低對成本有著較大的影響，本著成本管理的角度，也必須做好鐵水[Si]含量的控制。

3.2 收集數據，選擇和使用控制圖

SPC作為生產中的一種控制手段，必須要有穩定、準確、及時的大量數據來源[3]。因此，收集數據和選擇合理的抽樣方法是保證SPC的及時性和準確性的關鍵。結合現場實際，并收集近3個月的分析，確定了如下數據和控制圖選擇方案：

（1) 變量類型：鐵水中的[Si]含量（%);

（2) 時間間隔：以每班5爐鐵，每天合計15爐鐵為分類單位;

（3) 數據來源：每班5爐鐵的平均鐵水[Si]含量。

根據[Si]含量的數據類型（連續型)、來源等綜合考慮，決定采用均值極差控制圖（X-R控制圖)對其進行監控。

3.3 實施步驟

3.3.1 作出控制圖：通過對現場數據的跟蹤管理，用Minitab作出分析用控制圖。

3.3.2 將分析用控制圖轉換為控制用控制圖，并將控制圖放置現場進行打點控制。

3.3.3 現場人員主要完成以下工作：（1)各點長對控制圖打點人員的工作提出要求并進行檢查;（2)點長及時觀察跟蹤控制圖的趨勢;（3)針對異常點,打點人員及時進行原因分析，查找特殊原因，采取措施。

4 實施效果分析

4.1 實前過程能力分析

實施前的2009-10—12期間，寶通鋼鐵公司煉鐵廠鐵水 [Si]%含量平均值控制過程能力的正態分布曲線見圖1。

由圖1可見，寶通煉鐵廠[Si]%含量呈正態分布，但偏離中心，且過程能力指數Cpk僅0.44%，過程能力嚴重不足，處于基本不受控狀態。由此可以看出，利用SPC實施統計過程控制的必要性。

4.2 實施中過程能力分析

2009年12 月，煉鐵廠正式開始準備實施SPC管控，將鐵水[Si]%含量控制作為其中的關鍵控制參數之一，并結合項目對實施項目的部分技術人員進行了工具應用培訓，幫助項目實施推進。實施過程中的鐵水[Si]%含量過程能力的正態分布曲線見圖2。

圖1 煉鐵廠鐵水[Si]含量過程能力分析圖（2009-10—12)

圖2 煉鐵廠鐵水[Si]含量過程能力分析圖（2010- 01—03)

從圖2可見，2010年一季度鐵水 [Si]%含量過程控制能力指數Cpk已經提升至0.56%，提升了27.3%，但目標值仍偏離中心，需要進一步強化控制，尋找要因，進行整個提高。

通過對分析用圖進行要因分析，利用魚翅圖，采取“5M1E”方法，確定了影響鐵水[Si]%含量的主要要因：（1) 操作人員技能不高，對爐溫的判斷、控制能力比較弱，導致對爐溫出現異常時，處理不及時;

（2) 原料質量存在波動，從而影響爐溫的波動;

（3) 高爐操作制度不完善，操作的隨意性比較大;

（4) 布料制度不合理，上料的精確度存在一定的誤差;

（5) 高爐休風前后爐溫波動較大。

針對上述要因進行分析，煉鐵廠采取了一系列的措施：

（1) 針對操作人員技能不高的問題，加大了對操作員工的培訓力度，并先后組織兩批人員到外出實習培訓;

（2) 加強了原料質量的管理，摸索出了經濟合理的焦炭配料模型，降低了焦炭品種，延長了焦炭的更換周期，提高了焦炭質量的穩定性，使得焦炭波動對爐況的影響大大降低。

（3) 高爐操作制度進一步進行完善，成功實施了大礦批、高頂壓、高煤比操作，爐溫的穩定性大大提高;（4) 針對上料誤差的問題，班中加大了檢查力度，并制定和完善了相應的標準;

（5) 提高休風時間的控制精度，根據休風時間，合理使用休風料，復風時精心操作，盡量做到爐溫預計在控制范圍內。

4.3 實施后的鐵水過程能力分析

通過對影響鐵水 [Si]%含量的各種要因采取措施后，在日常打點過程中加強了管控，對出現的異常點及時采取措施和對策，鐵水[Si]%的控制能力得到進一步提升，2010年第2季度的鐵水 [Si]%含量過程能力控制見圖3。

圖3 煉鐵廠鐵水[Si]含量過程能力分析圖（2010-04—06)

從圖3中分析可以看出，鐵水的[Si]含量的Cpk值在2010年2季度就已經達到了0.98，完成了0.95的目標值，完成情況比較好，但仍需進一步提高，具體指標情況見表1。

表1 SPC實施前后鐵水質量改善分析表

從表1中可以看出，通過實施SPC技術，提高了鐵水的[Si]含量控制能力，鐵水中的[Si]含量下降了0.20%，按每下降0.1%可以降低燃料比7 kg/t計算，降本增效效果顯著。

5 總結

（1) SPC控制方法在寶通公司的運用是可行的，持續改進了鐵水的質量，鐵水[Si]控制能力的加強使[Si]含量下降，從而實現了燃料比下降，產生了明顯的經濟效益。

（2) 在成功實施鐵水 [Si]%含量SPC控制基礎上，該方法具有推廣價值，可用于鐵水中的其它關鍵成分的控制，如[S]、物理熱等，提高整個制造過程的過程能力。

（3) 在SPC實施過程中，可利用全面質量管理的基本方法PDCA循環[4]，分析質量問題中的各種影響因素，針對主要原因，采取措施，達到持續改進的目的。

[1]高秀蘭，宋江波.控制圖在煉鋼生產中的應用[J].包鋼科技，2003（增刊)：128-130.

[2]馬逢時，劉傳兵.六西格瑪管理統計指南[M].北京：中國人民大學出版社，2007：368-370.

[3]于寧，趙憲林.SPC控制圖在煉鐵工序中的應用[J].梅山科技，2008（4)：1-4.

[4]陳榮秋，馬士華.生產運作管理[M].北京：機械工業出版社，2009：412-413.

Application of SPC Technology at Nantong Baosteel Ironmaking Subsidiary

Peng Kun,Ji Xiaoyan,Wang Leilei

The paper depicts the process that the Iron-making Subsidiary of Nantong Baosteel Iron and Steel Company Limited adopted SPC tool to constantly improve hot metal quality in BF hot metal production.SPC basic principle is applied to the formation of a control and evaluation method for improving hot metal quality in iron-making production.The parameter of silicon content in hot metal was used as an example.SPC technology in iron-making production improved hot metal quality gradually,lowered silicon content in hot metal reasonably and reduced cost.Meanwhile,it is also indicated that control diagram can guide the production of iron-making.

statistical process control,hot metal quality,process ability index,control diagram

（收稿 2011-06-27 責編 潘娜)

彭坤，工程師，現任南通寶鋼鋼鐵有限公司煉鐵廠煉鐵工藝主任工程師，長期從事煉鐵工藝、技術、質量等工作。