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科学冶炼精益管理模式的应用和探索

时间:2019-07-06 17:07来源:山东钢铁股份优优彩票APP莱 作者:张 明 姬光刚 点击:
  • 摘  要  为兼顾高质、高效、低耗、低成本、高清洁冶炼要求,积极探索科学冶炼精益管理模式,主要通过系统调研,获取经验数据进行科学分析,寻找最佳责任指标及匹配关系,再攻关瓶颈问题识别并消除系统浪费,确保利益最大化,进而实现“科学冶炼、持续发展”的长远目标。

    关键词  科学冶炼  入炉品位  拟合回归   配矿成本


    1  前言

    从业内权威评论等多方面看来,当前的“钢铁严冬”仍将是持久的。自钢铁危机爆发以来,原燃料供应紧张、变动频繁,给传统的高炉“精料炼铁”方针带来了极大冲击;且随着目前钢铁业“去产能”、“环保条件倒逼”的形势发展,单纯的“低成本冶炼”也难以求得生存和持续发展,高质量、高效率、低能耗、低成本、清洁型的全面发展,才是谋求生存发展的最佳途径。为此,推行“科学冶炼”,已是不可逆转的新思路,也是今后高炉炼铁行业的必然发展趋势。

    1。1  入炉原燃料条件恶化,传统冶炼技术难以适应当前急剧恶化的基础条件。

    高炉炼铁入炉料(烧结用铁矿粉、焦炭、原煤等)呈现出“品种多、波动大”的总体趋势,给高炉高效运行带来极大困难。其中:1-6#高炉平均入炉综合品位2013年56.69%、2014年55.80%,且从长期看来,炉料品位下滑,将是一个不可扭转的趋势。以巴粗、国精、焦炭为例:

    (1)巴粗,在经济危机前品位高、杂质少,基本归属当前高品位巴粗一类;经济危机后开始呈现大幅波动趋势,为稳定生产、降低成本,不得不进行了高品(TFe≥65.5%、SiO2≤2.0%)、低品(Tfe<65.5%、SiO2>2.0%)种类分类;因矿料品质劣化、波动加大,进入2011年后分类更加细化为“高品、中品和低品”,据统计(95%置信区间、mintab统计工具):高品巴粗一般含铁品位在66.18-65.89%、SiO2含量在1.54-1.86%,中品巴粗一般含铁品位在65.90-64.90%、SiO2含量在2.28-3.75%,低品巴粗一般含铁品位在64.61-63.11%、SiO2含量在5.24-5.42%。

    (2)国精,经济危机前常用精粉仅鲁中、古雄、华联和莱芜等五、六个种类划分,经济危机后开始呈现种类繁多、品质不一的趋势。仅从种类讲,目前常用国精就有近20种分类,且品质近乎杂乱无章,给生产稳定造成了一个极大的困扰性难题。

    (3)焦炭,由于莱钢自产焦炭不足,外购焦炭所占比例逐渐升高,质量波动较大,大块焦及焦末较多,大于80mm以上粒级的焦炭进入高炉后,在高炉风口回旋区不能回旋,严重影响高炉顺行。另外,焦碳储存于露天原料场,水分波动较大,会引起焦碳负荷波动从而影响炉况顺行,导致铁水质量波动;阴雨天气时,焦粉粘附在焦碳上无法筛下,造成入炉粉末量升高,也影响炉况顺行;由于入炉焦炭水分的上升导致炉顶温度下降,还会影响到高炉干法除尘的正常运行及TRT发电量的提升。

    1。2  科学冶炼精益管理模式能够兼顾高质、高效、低耗、低成本、高清洁冶炼要求。

    莱钢高炉一直坚持走低铝冶炼的路子,2012年渣中铝含量仅为14。68%。Al2O3小于15%时为低铝渣能够改善炉渣的稳定性,有利于高炉稳定操作。但随着钢铁市场形势日趋严峻,成本关系着企业生存空间,各种经济矿、劣质矿成为高炉低成本生产的重要途径之一,各种经济矿有害元素较正常料高出许多,兼顾高炉的长寿,高铝矿成为优先选择的资源。高Al2O3炉渣难以熔化,并且粘度增大,流动性变差,会产生较多负面影响:

    (1)初渣堵塞炉料间的空隙,使料柱透气性变差,增加煤气通过时的阻力,易在炉腹部位的炉墙结成炉瘤,引起炉料下降不顺,形成崩料、悬料,破坏冶炼进程。

    (2)终渣流动性差,不利于脱硫反应的扩散作用,一般当Al2O3大于18%时,炉渣的脱硫能力大大降低。

    (3)高Al2O3炉渣终渣流动性差,容易堵塞炉缸,不宜从炉缸中流出,使炉缸壁结厚,缩小炉缸的体积,造成高炉操作上的困难。严重时还会引起风口的大量烧坏。

    (4)高Al2O3炉渣稳定性变差,当炉温不足时,不仅顺行不好,有时放渣出铁也会困难,极易引起炉缸炉温不足的渣铁堆积。为适应高铝冶炼需求,山东钢铁股份优优彩票APP莱芜分公司炼铁厂创建和推行科学冶炼精益管理模式,通过系统调研、科学分析,确定以“配矿、入炉矿、焦炭、鼓风”为基本采集参数,依据二次拟合回归分析预测区间,确定Al2O3/SiO2和CaO/SiO2、入炉品位、焦炭热态强度以及鼓风动能的调控阈值,再根据上述调控阈值调整烧结矿的配比等,确保高炉稳定顺行,兼顾高质、高效、低耗、低成本、高清洁冶炼要求,实现两区高效稳产,取得较好的经济和社会效益。

    2  科学冶炼精益管理模式的内涵和主要做法

    科学冶炼精益管理模式的内涵是:通过系统调研,获取经验数据进行科学分析,寻找最佳责任指标及匹配关系,再攻关瓶颈问题识别并消除系统浪费,确保利益最大化,进而实现“科学冶炼、持续发展”的长远目标。

    以莱芜分公司炼铁厂科学冶炼精益管理模式为例,对该模式的主要做法进行详细阐述。

    2.1  系统调研,获取经验数据

    统筹高炉冶炼关键控制点,以“参数名称、重要性、故障频次、可预控程度”为主要调查内容,以“管理、技术和操作”三级骨干人员为主要调查对象,组织系统调研活动。通过大范围摸排调查活动的开展,用较低的成本获取相对准确计算和调控的科学参考数据,初步建立起基本采集参数与实际调控阈值的关系图,为下一步精确预控提供科学依据。具体步骤如下:

    首先,参照高炉“工艺技术及岗位操作规程”中的相关标准要求,统筹高炉冶炼关键控制参数,忽略不同控制参数之间的相互作用和交叉影响,组织相关技术人员进行单因素分析,初步选出关键控制参数18项,包括:“入炉品位、烧结矿的质量、焦炭的质量、煤粉的质量、球团的质量、块矿粒度、炉渣碱度、风量、风温、煤粉、负荷、矿批、焦批、料流速度、料线、布料矩阵、风压、铁口深度”确立建立科学调查表。

    其次,以“参数名称、重要性、故障频次、可预控程度”为主要调查内容,设置“重要性”权重40%,设置“故障频次”权重30%,设置“可预控程度”权重30%,按照10%的比例抽取各单位“管理、技术和操作”三级骨干人员,组织开展系统调研活动。通过大范围的系统摸排调查,获取相对真实、准确的参考数据后,再纳入相关统计程序,编辑权重平均公式(综合平均系数=重要性×40%+故障频次×30%+可预控程度×30%),计算得出各关键控制参数的综合平均系数。系统调研,为高效调控提供了科学依据和可循原则。

    2。2  科学分析,寻找最佳责任指标及匹配关系

    将调研取得的数据纳入mintab软件程序,画出各关键控制参数综合平均系数的柏拉图,按照“二八原则”,选取相对重要的关键控制参数;再结合实际生产控制环节,组织相关技术人员召开头脑风暴会,本着“可操作性强、可靠性高”的原则,对初选出的重要控制参数进行综合分析,对参数名称进行修订并排序,确定以“配矿、入炉矿、焦炭、鼓风”为基本界面,分别以“Al 、Si、Ca,入炉品位,热态强度,鼓风动能(平均经验阈值)”为基础参数,通过二次拟合回归分析,依据二次拟合回归分析预测区间,确定Al2O3/SiO2和CaO/SiO2、入炉品位、焦炭热态强度以及鼓风动能的调控阈值,再根据上述调控阈值调整烧结矿的配比等,确保高炉稳定顺行。具体过程可分以下四步来完成:

    第一步,在“配矿”界面,以“Al 、Si、Ca”为基础参数,采集基础参数,利用目前通用计算软件替代了繁琐的编程计算过程,做二次拟合回归分析,进而从宏观上确定“配矿”时的调控阈值。具体操作步骤:

    (1)把采集参数录入打开“Mintab”工作表;点击“图形”组中“概率图”按钮,打开“概率图”对话框;选中“多个”选项,打开“概率图-多个”对话框;“选择”录入工作表的采集参数为“图形变量”,获得采集参数的概率图,P值大于0.5,则判断数据正态性明显,稳定、可靠。

    (2)在数据正态基础上,进行二次拟合回归分析:“统计”选项卡 中单击“回归”组中的“拟合线图”按钮,打开“拟合线图”对话框;选择Y为“响应”,选择X为“预测变量”,勾选回归模型类型“二次”;单击“拟合线图”对话框的“选项”按钮,勾选“显示置信区间”,设置“置信水平”为“95.0”,获得拟合线图如下。

    (3)依据二次拟合回归分析预测区间(置信水平95%),进而从宏观上确定“配矿”界面调控阈值(Al2O3/SiO2,CaO/SiO2)如下:

    Al2O3/SiO2≤0.3,CaO/SiO2≤1.85;

    0.3<Al2O3/SiO2≤0.35,1.8≤CaO/SiO2≤2.05;

    0。35<Al2O3/SiO2≤0。4,2。0≤CaO/SiO2≤2。25;

    0.4<Al2O3/SiO2,CaO/SiO2≥2.2;

    第二步,在“入炉矿”界面,在入炉料中铝含量相对稳定的基础上,以“入炉品位”为基础参数,采集基础参数,做二次拟合回归分析,进而从宏观上确定调控阈值。具体操作步骤同上,可确定“入炉矿”界面调控阈值(Al2O3,入炉品位)如下:

    Al2O3≤14%,入炉品位≥55。5%(在许可范围内尽可能取高值);

    14%<Al2O3≤15%,入炉品位55.5±0.5%;

    15%<Al2O3≤16%,入炉品位55.2±0.5%;

    16%<Al2O3≤17%,入炉品位54.7±0.5%;

    17%<Al2O3≤18%,入炉品位54.4±0.5%;

    18%<Al2O3,入炉品位≤54.0%;

    补充说明:Al2O3在16%以上时为高铝渣,为确保安全生产,自Al2O3>16%以上时,入炉品位调控阈值取下限值。

    第三步,配焦炭时,在“焦炭”界面,在入炉料中铝含量相对稳定的基础上,以“热态强度”为基础参数,采集基础参数,做二次拟合回归分析,进而从宏观上确定调控阈值。具体操作步骤同上,从宏观上确定“焦炭”界面调控阈值(Al2O3,热态强度)如下:

    Al2O3≤14%,焦炭热态强度62。0±0。5%;

    14%<Al2O3≤15%,焦炭热态强度62.8±0.5%;

    15%<Al2O3≤16%,焦炭热态强度63.4±0.5%;

    16%<Al2O3≤17%,焦炭热态强度64。2±0。5%;

    17%<Al2O3≤18%,焦炭热态强度64.5±0.5%;

    18%<Al2O3,焦炭热态强度65。5±0。5%;

    补充说明:Al2O3在16%以上时为高铝渣,为确保安全生产,自Al2O3>16%以上时,焦炭热态强度调控阈值取上限值。

    第四步,在“鼓风”界面,在入炉料中铝含量相对稳定的基础上,以“鼓风动能(平均经验阈值)”为基础参数,做二次拟合回归分析,进而从宏观上确定调控阈值。具体操作步骤同上,从宏观上确定“鼓风”界面调控阈值(Al2O3,鼓风动能)如下:

    Al2O3≤14%,鼓风动能7800-8500 kg•m/s;

    14%<Al2O3≤15%,鼓风动能7800-8500 kg•m/s;

    15%<Al2O3≤16%,鼓风动能8000-8800 kg•m/s;

    16%<Al2O3≤17%,鼓风动能8600-9300 kg•m/s;

    17%<Al2O3≤18%,鼓风动能8900-9500 kg•m/s;

    18%<Al2O3,鼓风动能10000-9500 kg•m/s;

    补充说明:Al2O3在16%以上时为高铝渣,为确保安全生产,自Al2O3>16%以上时,鼓风动能调控阈值取上限值。

    高铝冶炼生产中,按照上述操作步骤建立并不断完善调控阈值“Al2O3/SiO2,CaO/SiO2”、“ Al2O3,入炉品位”、“Al2O3,热态强度”、“ Al2O3,鼓风动能”,克服了传统“小幅调渐进式整”弊端,实现了高炉高效生产。

    2.3  攻关瓶颈问题,确保利益最大化

    1、优化矿料结构,降低烧结矿配矿成本。烧结矿约占高炉炉料70%左右,其中矿料成本占烧结总成本的80%以上,但矿料结构是决定烧结生产质量的基础性条件之一。因此,在推行低成本矿料结构的同时,还必须考虑其物化焙烧性能,主要采取措施:(1)基于当前市场性价比情况,稳定配矿结构,形成“巴粗+澳粉+国内矿”的主体结构,搭配市场上高硅低铝经济矿源,降低成本。(2)及时掌握矿料市场性价比,选择使用经济矿,控制烧结矿有害元素含量[K+Na] ≤0。25%、ZnO ≤0。03%,通过“科学搭配” 取得最佳综合经济效益。(3)老区继续实施单配矿种20%-30%,最大限度降低厂内库存。(4)协调公司相关部门做好采购进货计划,降低港口主体矿料库存,并及时采购配加最佳经济矿料。

    2、优化炉料结构,降低炉料结构成本。炉料成本占高炉冶炼总成本的60%左右,且随着我厂4#高炉、3#高炉的相继限产停炉,炉料结构性紧张的局面得到有效缓解,为炉料结构的优化创造了条件。主要采取措施:(1)根据公司制定的炉料结构与预算价格,每月进行一次炉料性价比分析,根据炉料的性价比匹配相应的控制模型,通过适当调整炉料结构的比例,增加性价比较高的炉料的比例,达到成本降低的目的。(2)利用矿料关键团队平台,把握好矿料购买数量和时机,在普氏指数下行过程中严格控制低库存。(3)执行烧结配料结构,控制烧结矿的品位不低于预算。

    3、降低烧结熔剂成本。通过对标挖潜,主要采取措施:(1)执行进厂原燃料质量管理规定,严把熔剂质量关。(2)稳定熔剂配加量,控制最小料流允许波动±1%。(3)分析我厂现用烧结熔剂结构,石灰石具有明显价格优势,因此增加石灰石配比至30-40Kg/t。(4)根据配矿结构特点,配矿结构上配加碱性精粉10%,提高原料中的CaO、MgO含量。分析我厂现用碱性矿粉钙镁指标,钢精粉、鲁中精粉具有明显优势,但因钢精粉中有害元素P偏高(平均0。515%、最高0。601%),故提升碱性精粉仍首选鲁中精粉。(5)在满足高炉生产需要的基础上,烧结矿MgO含量按最高限2。0%控制。

    4、提高经济块矿配加比例。提高经济块矿配加比例,可以有效降低生铁成本。但由于块矿中水分较大、粉末高且粘稠,尤其雨季该问题更为突出(水分高达10%左右),直接入炉将严重影响高炉炉况。主要采取措施:(1)改进停产竖炉工艺线,烘干块矿,并对上料、除尘设备进行改造,使块矿能够顺利入炉并有效降低扬尘,保证了现场环境整洁。(2)根据炉料性价比模型,提高具有较好性价比的炉料比例。如近期块矿“2+1”配加模式,即“主流PB块/纽曼混合块 + 非主流经济块”的模式,块矿比例突破20%,低价块比例占块矿比例的3%-6%。(3)开发并应用了一种新型粉末振动筛,能快速清除小料流块矿中的的粉末状颗粒物。(4)从强化责任意识入手,坚持量化调节和事前预防,建立了炉况长期稳定顺行的评价机制及炉况顺行分析评价监控模型,逐步增强了高炉抗波动能力。截至目前,高炉配加比例逐步达到15%以上,炉况稳定性和燃耗指标未受影响。

    3  科学冶炼精益管理模式的实施效果

    3.1  实现了利益最大化。

    2015年,钢铁业面临着巨大的生存压力,生产成本已成为生死存亡的杠杆性指标,求生存、谋发展,炼铁厂的降本目标是:在2014年基础上,与同行业相比优势再扩大55元/吨铁。推行“经济冶炼”,无疑是降低生铁成本的有力支撑。科学冶炼精益管理模式的创建和推行,为降本增效提供了一条快速有效的捷径。2015年经济料配比保持在35%以上,烧结矿料结构成本降低3000余万元、累积熔剂成本降低1500余万元,高炉炉料结构成本降低2500余万元,有效地降低了生铁冶炼成本,促进了全厂“吨钢增效200元”活动目标的完成,无异于为应对钢铁危机提供了一条有效捷径。

    3.2  提升了核心竞争力。

    通过项目的实施,创新、应用、总结出了一系列高铝渣条件下高炉操作控制方法和改造途径,建立了高铝渣冶炼条件下的长期炉况稳定顺行模型,为同行业生产提供了可借鉴经验,大大提升了企业市场竞争力。针对高铝炉渣难以熔化,并且粘度增大,流动性变差的缺点,研究开发了一系列高铝矿冶炼的新技术,开发应用高炉高铝矿冶炼方法,通过控制Al2O3/SiO2和CaO/SiO2、入炉品位、焦炭热态强度以及鼓风动能范围,保证渣中铝在控制范围之内,基本解决了高铝冶炼中高炉透气性变差、渣铁流动性不好、炉缸工作不均、不活的现象,在推行经济料冶炼,炉料劣化的情况下,实现了高炉长期稳定顺行及指标优化;同时,还创新开发了高铝矿条件下的烧结配矿技术,开发并应用炉缸活跃新技术,有效降低了生铁成本,有效降低了职工劳动强度,同时拓宽了矿料资源使用渠道。

    3.3  提供了管理新思路。

    丰田公司有句名言:“做公司的工作,不能做自己的工作。”仔细想来,仅仅学会工具不会成为丰田,企业的运行需要的是系统行为,当系统中所有的部门和人员都被考核,收入和自己从事的岗位业绩相关,每个人都会全力以赴地将自己的工作做好,但自己和公司的关联性又会有谁会时刻关注和思考呢?!科学冶炼精益管理模式的创建和推行,通过四个界面的动态化阈值运行和管控,实现了个体效率与整体效率的同步运行率100%。精益生产是有灵魂的东西,关注精益生产的灵魂比关注它的方法要重要的多,本项目成果成功利用各类统计工具,结合实际生产特点,探索科学冶炼精益管理模式,为实践精益思想落地、精益生产发展提供了新的思路,为应对钢铁危机打开了新的路口。

    (责任编辑:zgltw)
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