防錯技術在鑄造感應電爐熔煉精配生產中的應用

■ 曹玉亭，賀亮，邵巖海，孫相知

1. 概述

我公司是一家專門生產汽車制動盤的企業。目前有5個熱工部，電爐為中頻感應電爐，容量3.5～12t，數量26臺，每天鐵液熔煉量1700t，材質為HT200、HT250和高碳灰鑄鐵，年生產鑄件達30萬t。熔煉工部微調過程中鐵液需經過多次調整才能合格。以往鐵液微調過程中合金重量的計算環節和稱重環節的操作，員工執行起來極其不便，熔煉工藝只有配比百分數，操作者憑人工計算（見圖1），加上工裝設計的缺陷，員工有時候憑經驗稱量(甚至不稱量)，造成多次成分調整，熔煉時間長，用電量大，并且完全沒有防錯措施，現場未劃分區域，無明確標識，存放合金的袋子都很相似，存在混用風險，掩蓋了大量不精益問題，亟待解決。

2. 改善前原狀

經前期調查，員工憑經驗加料，沒有標準，配料人工計算，造成鐵液多次調整、熔煉時間長、用電量大。經統計，鐵液最多需要經過4次調整，增加調節時間約18min。

（1）在熔煉工藝方面 熔煉工藝只有配比百分數，操作者在調整成分時，憑人工計算。

（2）在現場稱量方面 操作者在稱量合金時，操作很不規范，沒有標準。有用鐵鍬盛著合金在電子秤上稱量的，還有把合金放在廢棄的袋子上稱量的，有些合金的加入甚至未經過稱量，完全憑經驗加入。

（3）在合金爐料存放方面 ①現場未劃分區域，無明確標識，存放合金的袋子都很相似，存在混用風險。②爐上存放合金的材料柜，相似的合金，如錳鐵和鉻鐵，放在了相鄰的鐵制容器里，同樣存在混用風險 。

3. 問題分析

通過魚骨刺圖（見圖2），二八法則，導致多次微調鐵液成分的原因是：人工計算、憑經驗投料。

（1）人工計算 沒有現代化工具有效解決換算問題，計算時間長，容易出錯。

圖1 原配料流程

相關文件里對合金的加入量規定只有一個數值，沒有公差要求，根據技術文件要計算出需要添加的重量需要確定三個參數：差值、鐵液噸位、每噸添加量。員工需要計算三者的乘積來最終確定稱重量。

舉例：技術文件規定wMn每增加0.1%，加錳鐵（60Mn）1.8kg/t。

員工不但要計算實際含量與目標含量的差值，還要乘以1.8，再乘以鐵液噸位，計算復雜，易出錯。

（2）憑經驗投料 ①原鐵液以化學成分是否合格、溫度是否達標為出爐標準。員工厭倦復雜的計算，時常不計算而僅憑經驗就投料，隨意性大。②原設計只有一個稱體，當需要調整多種合金時，員工需要反復使用一個稱體進行稱重，易出現漏稱現象。

4. 解決方案

通過分析對合金配料系統進行了構思，如圖3所示。

將試樣從電爐送至光譜試驗室后，將合金百分比數據傳輸至軟件系統。軟件將自動換算加料數據，并將計算的數值傳送至儀表，準確率100%，不需員工口算，員工稱量準確確認后，稱量結束，數據穩定中限范圍，智能換算（目視化稱重)，如圖4所示。

員工根據終端電子稱儀表顯示的目標量逐一對應稱量，并使用安燈防錯系統提示稱重是否合格，如圖5所示。

5. 執行方案并標準化

方案制訂后對員工進行全面培訓，使員工充分理解并嚴格按要求執行。例如：我們編制了系統操作的標準作業，在實施前對員工進行了培訓。表1是“系統操作標準”。

每周檢查執行情況，發現問題后立即反饋并制訂應對措施。

6. 效果展示

（1）鐵液成分更加穩定 以往人工稱量是以口算、心算添加合金元素，稱重時甚至憑經驗添加合金，對材質穩定性有一定的影響，個別元素雖然在合格范圍內，但是會因為人為因素忽高忽低。

應用合金配料系統后，多數參數設置在中限范圍，并且保證了稱量范圍，鐵液化學成分更加穩定。

圖 4

圖5 安燈防錯系統

表1 合金配料系統操作標準

（2）換算準確，時間短 不需員工計算，操作簡單有效，配料時間節省5～10min。表2是配料時間統計。

（3）避免人因錯誤，防錯效果更佳 在設計初期對6種微調元素逐一對應臺秤，使其保證不會出現漏稱和拿錯的現象（見圖6）。

合金元素的原材料包裝袋進行相應的顏色要求，顏色與托盤顏色一致，防止混料（見圖7）。

（4）稱量勞動強度減少 重新設計的料斗進行了加高處理，員工在稱量時不必再彎腰（見圖8）。

（5）數據統計功能 軟件帶有數據采集及統計功能，對于微調金屬用量可以有效監控，例如：金屬銅的使用量，每次添加完畢后會形成用量報表，對銅的用量進行監控，配合財務部的監控系統可以有效避免銅的失竊。

7. 成果與收獲

通過改善獲得以下成果：

（1）成本 很多鑄造企業從熔煉角度尋求節約成本的方法，卻忽略了在配料期間產生的等待和能耗浪費，該項目經推廣全廠每年可節約電費約422萬元。

（2）提高效率 由于熔煉質量穩定，2016年全年一次微調合格率最高達99.7%，每爐次配料時間節省5～10min，提高生產效率，減少線上等待，且每個車間每天可多熔化一爐鐵液，系統配料比人工配料成分一致性高，質量穩定。

（3）員工操作更加簡單 合金稱量系統是“傻瓜式”操作，不需要冒著人工算錯的風險稱量，現在一個秤對應一個元素，目視化稱重，任何新員工都可以通過短時間培訓后上崗，真正的簡單有效。

圖 6

圖 7

圖 8

表2 配料時間統計