工業工程技術在煉鋼生產中的研究與應用

馮振亮，鄭萬任，龐海輪，來慶斌，滕奉昌

（日照鋼鐵控股集團有限公司，山東 日照276800）

1 前 言

工 業 工 程 技 術（Industrial Engineering Technology，簡稱IE）的核心理念是降低成本、提高質量和生產率，因此在制造業等各行業的中得到了廣泛應用。IE 的應用比較突出的辦法是利用柏拉圖的二八原則，確認導致問題的制約因素，然后利用ECRS 分析法對制約因素進行改善，以最終解決問題。柏拉圖二八原則是IE中QC七大手法之一，是將搜集的影響因素進行整理、分類，并按照大小排列，以尋求影響問題80% 的制約因素。ECRS 分析法，是IE 中程序分析的四大原則；文章表明，ECRS 分析法可用于對生產工序進行改善，以減少不必要的工序，達到更高的生產效率。ECRS，即取消（Eliminate）、合 并（Combine）、調 整 順 序（Rearrange）、簡化（Simplify）。

鋼鐵制造企業中煉鋼環節作為重要的一環，其生產效率低，將直接導致整個生產流生產效率的降低，最終影響鋼鐵制造企業的整體效益，嚴重可直接導致企業的破產。轉爐冶煉周期作為衡量煉鋼生產效率的關鍵指標，一直是各鋼鐵企業改善的主要方向。某鋼鐵企業80 t 轉爐冶煉周期為26 min，已成為產線產能提升的限制性環節，尤其在廢鋼比提升后，加劇了產線提升的困難，因此對轉爐冶煉周期進行IE改善，成為當前迫切解決的問題。

2 分析尋找制約因素

柏拉圖又稱二八法則，為QC七手法之一，其定義為根據所收集的數據，以不同區分標準加以整理、分類，計算出各分類項目所占的比例而按照大小順序排列，主要用于尋找改善項目的重點，以能準確的確定改善點，及時解決當前存在的問題。

轉爐冶煉周期主要有加料時間（包含兌鐵、加廢鋼）、吹煉時間、測溫取樣時間、出鋼時間、濺渣時間及其他輔助時間組成。按照柏拉圖原理進行分析，結果如圖1所示。

圖1 轉爐冶煉周期組成分析

通過柏拉圖二八原則分析，轉爐冶煉周期改善的重點是吹煉時間、加料時間、出鋼時間3個重點，其他的為次要的改善點。

3 影響因素

運用ECRS 分析方法時，秉承方法研究永無止境的改進意識，反復進行，直至獲得最佳的解決方法。針對轉爐冶煉周期改善的3 個重點，使用ECRS分析方法結合應用數學進行分析、改善。

3.1 吹煉時間的改善

轉爐合理的供氧強度可以有效地改善反應的動力學條件，使得碳氧反應加快，使得脫硫、脫磷加快。轉爐吹煉是必不可少的過程之一，因此運用ECRS 反復研究，改善落腳點為“S”。有關文章表明，高供氧強度可加快轉爐煉鋼的反應速度，最終獲得吹煉時間的改善。供氧強度計算公式：

式中：I為供氧強度，m3/（t·min）；Q為氧氣流量，m3/min；T為裝入量，t。

通過計算，某鋼廠80 t轉爐改善前供氧強度為3.67 m3/（t·min），而國內中小型轉爐供氧強度的先進水平達4.0～4.5 m3/（t·min），存在較大的改善空間。通過對氧槍尺寸、供氧流量的不斷研究實踐，某鋼廠的供氧強度得到了較大提高，對吹煉時間實現了較大改善，具體參數見表1。

表1 轉爐供氧參數改善前后對比

通過改善前后對比，吹煉時間縮短為11.32 min，改善比例為14.98%。

3.2 加料時間的改善

轉爐加料過程粗分為加入廢鋼和加入鐵水兩步，但隨著廢鋼量的提升（廢鋼單耗250 kg/t），并按照IE 方法對加料步驟進行拆分，轉爐加料步驟如圖2所示。

圖2 轉爐加料步驟

通過對步驟的分析，結合八大浪費的處理理念，盡量消除“等待”的浪費，再運用ECRS 反復研究，改善的落腳點為“E、C、S”。加料時間的改善如表2所示。

表2 轉爐加料時間改善

利用“ECRS 分析法”的改善，將加料時間由4.11 min降低至2.5 min，改善比例39.17%。

3.3 出鋼時間的改善

轉爐出鋼過程中實現了鋼渣分離，減少鋼渣流入鋼包所造成的鋼水污染。同時出鋼鋼流對鋼水起到了攪拌作用，促進了夾雜和脫氧產物的上浮。出鋼過程不僅影響了轉爐冶煉的生產效率，也影響了鋼水質量，因此，制定合理的出鋼時間至關重要。運用ECRS反復研究，出鋼的改善落腳點同樣為“S”。

出鋼口尺寸是影響出鋼時間的直接因素，通過實踐，將出鋼口尺寸由Φ165 mm 提高至Φ180 mm，滿足了鋼水的質量要求，同時實現了出鋼時間的有效改善。出鋼時間由3.9 min 降低至3 min，改善比例23.07%。

3.4 小 結

通過利用ECRS 分析法及數學應用進行研究、改進，最終實現了對冶煉周期的改善，通過“流程程序圖”進行改善統計，見圖3。

圖3 轉爐冶煉流程程序

通過流程程序圖分析、改善，最終將轉爐冶煉周期由26.06 min 降低至21.02 min，產能提升了19.33%，實現了對煉鋼生產效率的改善，達到了改善的預期效果。

4 結 論

4.1 IE作為一門新型學科，不斷融入企業中，能夠有效改善煉鋼中存在的關于生產率、成本的各項問題，使得企業的效益得到最大化。

4.2 利用“柏拉圖”進行分析，可有效地確定問題的瓶頸環節，以有針對性的進行改善。

4.3 利用“方法研究”永無止境的改進意識和“ECRS 分析法”，對轉爐冶煉各項步驟不斷地進行研究，取消了等待浪費，合并了相同類型的步驟，最終實現了流程的改善。

4.4 通過利用IE 一系列方法，實現了對轉爐冶煉周期的改善，產能提升了19.33%，達到了改善的預期效果。