六西格瑪管理在高碳鋼小方坯連鑄中的應用

齊志宇，李澤林，梅雪輝，溫榮宇（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧鞍山114021）

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六西格瑪管理在高碳鋼小方坯連鑄中的應用

齊志宇，李澤林，梅雪輝，溫榮宇
（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧鞍山114021）

摘要：針對鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠二分廠高碳硬線鋼鑄坯廢品率高的問題，采用六西格瑪管理的方法分析了工藝技術、設備和基礎管理幾方面存在的問題，通過控制中間包鋼水過熱度、二冷水比水量、穩定拉速并控制電磁攪拌頻率和電流，高碳硬線鋼鑄坯的廢品率降至0.12％以下。

關鍵詞：六西格瑪；高碳鋼；鑄坯；縮孔

齊志宇，碩士，工程師，2006年畢業于遼寧科技大學材料科學與工程專業。E-mail：qizhiyu2008@163.com

精細化六西格瑪管理是一種現代科學的管理理念，是優化企業業務流程管理的系統工程，能夠提高顧客滿意程度，降低成本，因此受到各行業的重視［1-2］。鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠二分廠針對高碳鋼小方坯鑄坯質量不穩定、廢品率高的問題，運用精細化六西格瑪管理理念，分析了工藝、技術、設備等方面存在的問題，解決了鑄坯質量問題。

1　生產概況

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠二分廠工藝裝備為2座鐵水預處理，3座100 t轉爐，2座LF爐和3臺6機6流小方坯連鑄機，方坯主要生產冷鐓鋼和高碳硬線鋼等線材產品。2011年共產生廢品2 068 t，其中硬線鋼廢品1675 t，占總量的80.29％。導致缺陷的原因有縮孔、結疤、脫方、劃痕、裂紋等，其中縮孔比例最大，達到了78.1％，因此需要重點解決鑄坯縮孔問題。

2　縮孔缺陷原因分析

圖1為產生縮孔原因的魚刺圖，找出影響高碳硬線鋼產生縮孔的12個因素，即液面波動故障、電磁攪拌參數、電磁攪拌故障、中間包溫度、二冷水量、拉速、生產節奏、保護渣種類、保護渣加入方法、操作技能、液面自動精度，運用六西格瑪工具的方差分析、統計分析、回歸分析以及雙樣本T檢驗方法對影響因素進行排查，從中找出液面波動大、電磁攪拌參數不合理、中間包溫度高、二冷水量大和拉速高5個關鍵影響因素。

圖1　產生縮孔原因的魚刺圖

3　降低縮孔缺陷措施

3.1工藝技術改進

（1）優化中間包過熱度。取樣分析不同過熱度下的鑄坯發現，鋼水過熱度對減少鑄坯縮孔和偏析起重要作用。隨著過熱度的降低，鋼坯凝固越快，連鑄坯中的柱狀晶區越小，同時碳的選分結晶受到限制，碳偏析程度減輕，有利于減少中心縮孔和中心偏析等缺陷。因此，控制過熱度，目標為25℃以下。改進前后過熱度分布圖見圖2。如圖2所示，過熱度由原來的平均26.9℃，改進后平均降至24℃，控制值范圍明顯變窄，趨于穩定，過熱度≤25℃的比例控制在95％以上。

圖2　改進前后中間包鋼水過熱度分布圖

（2）優化鑄坯冷卻強度。針對目前生產的不同碳含量的硬線鋼，在其它工藝參數不變的條件下，對不同比水量方案進行鑄坯取樣，根據枝晶檢測結果確定最佳方案。統計6個澆次的實驗結果表明，隨著比水量的增大，雖然鋼液凝固迅速使中心偏析得到了一定改善，但是由于冷卻強度過大柱狀晶充分發展形成的縮孔得不到后部鋼液的補充，內部缺陷有惡化的趨勢。將二冷水比水量控制在0.5～1.0 L/kg，各區水分配合理。優化后的二冷水比水量見表1。

表1　優化后的二冷水比水量

（3）優化拉速，提高恒拉速率。針對不同碳含量的高碳硬線鋼，對比不同拉速下鑄坯中心縮孔、偏析和疏松檢測結果發現，在其它工藝參數不變的條件下，隨拉速的降低，中心縮孔、偏析和疏松逐漸減少，但是拉速減少到一定程度時，中心縮孔嚴重等級呈現升高的趨勢，因此根據實驗結果，同時參考目前生產情況、爐機匹配能力，制定了不同鋼種的拉速標準，見表2。

表2　優化后的拉速

通過對這3個關鍵因素的相關性分析發現，拉速和二冷水二者存在很強的相關性，因此確定了其各自的優化區間后，又將拉速和比水量重新匹配，進行了優化試驗。鑄坯檢測結果表明，在過熱度相同的前提下，不同的鋼種低拉速時，比水量控制在中限；高拉速時，比水量控制在上限，結果縮孔明顯改善，而其他內部品質基本相同。

3.2設備及工藝參數的改進

（1）由于小方坯拉速高，斷面小，中間包液面波動會引起鋼水靜壓力變化，從而導致液面波動，此時完全是通過人為干預調整，因此液面波動難以控制，增加了鑄坯缺陷。為了保證結晶器液面穩定，二分廠連鑄作業區增設液面自動控制裝置，同時加強大包操作，穩定中包液面和拉速。生產過程中，優化調整了液面自動相關參數，減少了虛假參數對結晶器液面波動造成的影響，液面穩定在±3mm之內，穩定了拉速，取得了良好的效果。

（2）優化電磁攪拌參數。結晶器電磁攪拌能提高鑄坯等軸晶區，并且隨著電磁攪拌參數的變化，能夠不同程度的減輕中心縮孔。制定實驗方案，在同種拉速下兩種試樣的電磁攪拌電流分別為230 A、250 A、280 A、300 A、320 A、350 A，同時分別采用3 Hz、3.5 Hz、4 Hz頻率進行電磁攪拌。每3流一組，針對不同的攪拌工藝分別在試驗流取樣。分別對其進行橫、縱向低倍、硫印檢驗及高倍金相檢驗和碳偏析分析、對比，對電磁攪拌參數進行優化設計，制定了最終的電磁攪拌工藝參數，45#～55#鋼頻率為3 Hz，電流強度為230 A；60#～70#鋼頻率為3.5 Hz，電流強度為280 A。

3.3精細化管理

（1）制定列車時刻表管理制度。根據鋼種、設備狀態、爐機匹配情況，合理安排生產計劃，同時制定了列車時刻表制度，要求各個工藝環節嚴格按照制度執行。

（2）建立高碳硬線鋼評分制度。對每個澆次不同流鑄坯取樣，采取低倍、硫印和枝晶檢驗的方法對鑄坯縮孔、中心偏析、中心疏松、裂紋情況以及等軸晶率進行分級評級，按照不同級別進行評分，鑄坯縮孔評分標準見表3。表3直觀反映出鑄坯質量的變化情況，做到及時監控、及時改進。

表3　鑄坯縮孔評分標準

（3）規范二冷區檢查管理。作業區建立了二冷檢查記錄，每個澆次停澆必須對二冷區進行檢查，水嘴出現偏差、堵塞及時更換并記錄，保證二冷區域的冷卻效果。

4　實施后效果

4.1廢品率

結合精細化管理，對連鑄作業區工藝參數持續改進和優化，鑄坯縮孔大幅降低，廢品率得到有效的控制，從原來的平均0.41％降低到0.11％。統計了連續10個月的廢品率，六西格瑪管理持續改進的效果見圖3所示。由圖3看出，廢品率均控制在0.12％以下，滿足了下道工序需求。

4.2鑄坯質量

采用六西格瑪管理后的鑄坯質量如圖4所示。可以看出，無論縮孔大小、個數及中心偏析程度均明顯改善。檢查疏松評級也在0.5級以下，鑄坯質量大幅度提高。

圖3　六西格瑪管理持續改進效果圖

圖4　鑄坯質量對比情況

5　結語

導致高碳鋼小方坯鑄坯廢品率高的主要原因是縮孔，采用精細化六西格瑪管理理念，分析了工藝、技術、設備等方面存在的問題，將中間包鋼水過熱度控制在25℃以下，二冷水比水量控制在0.5～1.0L/kg，拉速穩定在±0.2m/min，同時增加電磁攪拌功能，電磁攪拌頻率控制在3.0～3.5Hz，電流控制在230～280A之間，能夠大幅度降低縮孔缺陷的產生，廢品率穩定在0.12％以下。

參考文獻

［1］魏中龍.開展6西格瑪管理追求卓越管理目標［J］.北京工商大學學報（社會科學版），2002（2）：15-20.

［2］楊顯貴，張昌民.精細化管理與大學管理精細化［J］，上海管理科學，2008（2）：82-85.

（編輯許營）

修回日期：2015-12-08

Application of Six-sigma Management for Continuously Casting Square Billets of High Carbon Steel

Qi Zhiyu，Li Zelin，Mei Xuehui，Wen Rongyu
（General Steelmaking Plant of Angang Steel Co.，Ltd.，Anshan 114021，Liaoning，China）

Abstract：Considering the problem on the high scrap rate of billets for hard wire steel rods with high carbon in No.2 Branch of General Steelmaking Plant of Angang Steel Co.，Ltd.，the sixsigma management system was used to analyze the problems existing in the fields of the process engineering，equipment management and basic management.After taking such measures as controlling the degree of superheat of molten steel in tundish and the specific water flow of secondary cooling water，stabilizing the casting speed and controlling the electromagnetic stirring frequency and current，the scrap rate of billets for hard wire steel rods with high carbon was reduced up to 0.12％.

Key words：six-sigma；high carbon steel；billet；contraction cavities

中圖分類號：F270

文獻標識碼：A

文章編號：1006-4613（2016）03-0055-04