SPC技术在南通宝钢炼铁生产中的应用

彭坤 季筱燕 王雷雷

（1.南京航空航天大学，南京 210016;2.南通宝钢钢铁有限公司，江苏南通 226002)

SPC技术在南通宝钢炼铁生产中的应用

彭坤1，2季筱燕2王雷雷2

（1.南京航空航天大学，南京 210016;2.南通宝钢钢铁有限公司，江苏南通 226002)

叙述了南通宝钢钢铁有限公司炼铁厂在高炉铁水生产过程中应用“SPC”工具持续改进铁水质量过程的情况。通过应用SPC的基本理论研究方法，解决了在炼铁生产中持续改进铁水质量控制评价的方法问题。以铁水含[Si]量参数为例应用SPC技术在钢炼铁生产中持续改进了铁水质量，合理降低了铁水[Si]含量，达到了降低成本的目的，同时也表明控制图在炼铁生产中具有指导生产实践的作用。

统计过程控制 铁水质量 过程能力指数 控制图

1 引言

南通宝钢炼铁厂现有一座420 m3高炉，于2005年点火投产。它由一台60 m2烧结机向高炉提供烧结矿、外购球团矿及精块矿，无炼焦工序，焦炭全部外购，吃百家焦冶炼。随着炼铁原辅料市场及价格的变化，高炉使用的原燃料质量受到较大影响，加上南通宝钢炼铁厂高炉炼铁生产时间较短，炼铁生产经验积累和专业技术人员均不足，给高炉主要工艺参数控制和技术经济指标优化带来较大困难。同时，由于南通宝钢炼铁厂仅有一座高炉生产，就炼铁生产工艺的系统布局而言，存在一定的缺陷，生产中任何一个系统出现问题都将导致高炉减风甚至休风，中断冶炼行程。这种一座高炉炼铁的生产模式的连续生产中断，将打破整个公司大生产系统的平衡，对企业的效益造成较大损失。随着生产经营模式的转变，为实现公司的“普转优，冶炼精品钢”战略目标，对铁水的质量和成本要求越来越高。而SPC作为企业生产过程中保证质量的有效方法，及时地运用到了南通宝钢炼铁厂，在保持炼铁的稳定顺行、关键指标的控制上起到了重要作用。

2 SPC理论简介

统计过程控制（简称SPC)，也叫统计工序控制，是过程控制的实施方法，也是应用统计技术对生产过程中的各个阶段进行评估和监控的一种方法，建立并保持过程始终处于可控的且稳定的水平，从而达到产品与服务符合技术规范要求的一种质量管理技术，是过程控制的一部分。它主要应用数理统计和概率论的相关原理，对生产过程（动态)的关键质量数据进行测量和描点绘图[1]。同时，通过对控制图进行观察和分析，可以及时了解和发现异常情况，并采取相应纠正措施，从而可以使整个生产过程保持持续稳定状态，提高过程生产能力。

统计过程控制（SPC)方法的最核心工具就是控制图，相应做好SPC推广的核心也就是作好相关控制图并进行灵活应用。根据应用目的的不同，控制图应用分两个阶段，一种是分析用控制图阶段，一种是控制用的控制图阶段。必须先通过分析用控制图来调整过程、消除异因，使过程可控后再改进过程，确保Cp或Cpk达到要求后[2]，方可进入控制用控制图阶段。通过对SPC控制图的不断分析，发现异常点，及时分析，查出影响问题的原因并进行改进和预防，从而达到持续改善的目的。

3 SPC实施过程

3.1 确定关键控制点

SPC管理的一个重要特点就是用数据说话，实施SPC，必须选择影响产量质量的重要特性参数作为控制点。根据南通宝钢的实际情况以及高炉生产的特性，选择铁水[Si]含量作为关键控制点之一，选择理由如下：

（1) 随着炼钢提高铁水比的需求，对铁水中 [C]%+[Si]%的含量要求控制在4.2%～5.0%左右，由于高炉无法控制[C]含量，且比较稳定，因此关键就要控制好铁水中的[Si]含量;

（2) 铁水中的[Si]含量反映了高炉工作者对高炉生产的控制能力;

（3) 铁水中的[Si]含量可测、可控且有明确的技术标准和技术要求，是衡量铁水质量的一项重要指标;

（4) 铁水中的[Si]含量的高低对成本有着较大的影响，本着成本管理的角度，也必须做好铁水[Si]含量的控制。

3.2 收集数据，选择和使用控制图

SPC作为生产中的一种控制手段，必须要有稳定、准确、及时的大量数据来源[3]。因此，收集数据和选择合理的抽样方法是保证SPC的及时性和准确性的关键。结合现场实际，并收集近3个月的分析，确定了如下数据和控制图选择方案：

（1) 变量类型：铁水中的[Si]含量（%);

（2) 时间间隔：以每班5炉铁，每天合计15炉铁为分类单位;

（3) 数据来源：每班5炉铁的平均铁水[Si]含量。

根据[Si]含量的数据类型（连续型)、来源等综合考虑，决定采用均值极差控制图（X-R控制图)对其进行监控。

3.3 实施步骤

3.3.1 作出控制图：通过对现场数据的跟踪管理，用Minitab作出分析用控制图。

3.3.2 将分析用控制图转换为控制用控制图，并将控制图放置现场进行打点控制。

3.3.3 现场人员主要完成以下工作：（1)各点长对控制图打点人员的工作提出要求并进行检查;（2)点长及时观察跟踪控制图的趋势;（3)针对异常点,打点人员及时进行原因分析，查找特殊原因，采取措施。

4 实施效果分析

4.1 实前过程能力分析

实施前的2009-10—12期间，宝通钢铁公司炼铁厂铁水 [Si]%含量平均值控制过程能力的正态分布曲线见图1。

由图1可见，宝通炼铁厂[Si]%含量呈正态分布，但偏离中心，且过程能力指数Cpk仅0.44%，过程能力严重不足，处于基本不受控状态。由此可以看出，利用SPC实施统计过程控制的必要性。

4.2 实施中过程能力分析

2009年12 月，炼铁厂正式开始准备实施SPC管控，将铁水[Si]%含量控制作为其中的关键控制参数之一，并结合项目对实施项目的部分技术人员进行了工具应用培训，帮助项目实施推进。实施过程中的铁水[Si]%含量过程能力的正态分布曲线见图2。

图1 炼铁厂铁水[Si]含量过程能力分析图（2009-10—12)

图2 炼铁厂铁水[Si]含量过程能力分析图（2010- 01—03)

从图2可见，2010年一季度铁水 [Si]%含量过程控制能力指数Cpk已经提升至0.56%，提升了27.3%，但目标值仍偏离中心，需要进一步强化控制，寻找要因，进行整个提高。

通过对分析用图进行要因分析，利用鱼翅图，采取“5M1E”方法，确定了影响铁水[Si]%含量的主要要因：（1) 操作人员技能不高，对炉温的判断、控制能力比较弱，导致对炉温出现异常时，处理不及时;

（2) 原料质量存在波动，从而影响炉温的波动;

（3) 高炉操作制度不完善，操作的随意性比较大;

（4) 布料制度不合理，上料的精确度存在一定的误差;

（5) 高炉休风前后炉温波动较大。

针对上述要因进行分析，炼铁厂采取了一系列的措施：

（1) 针对操作人员技能不高的问题，加大了对操作员工的培训力度，并先后组织两批人员到外出实习培训;

（2) 加强了原料质量的管理，摸索出了经济合理的焦炭配料模型，降低了焦炭品种，延长了焦炭的更换周期，提高了焦炭质量的稳定性，使得焦炭波动对炉况的影响大大降低。

（3) 高炉操作制度进一步进行完善，成功实施了大矿批、高顶压、高煤比操作，炉温的稳定性大大提高;（4) 针对上料误差的问题，班中加大了检查力度，并制定和完善了相应的标准;

（5) 提高休风时间的控制精度，根据休风时间，合理使用休风料，复风时精心操作，尽量做到炉温预计在控制范围内。

4.3 实施后的铁水过程能力分析

通过对影响铁水 [Si]%含量的各种要因采取措施后，在日常打点过程中加强了管控，对出现的异常点及时采取措施和对策，铁水[Si]%的控制能力得到进一步提升，2010年第2季度的铁水 [Si]%含量过程能力控制见图3。

图3 炼铁厂铁水[Si]含量过程能力分析图（2010-04—06)

从图3中分析可以看出，铁水的[Si]含量的Cpk值在2010年2季度就已经达到了0.98，完成了0.95的目标值，完成情况比较好，但仍需进一步提高，具体指标情况见表1。

表1 SPC实施前后铁水质量改善分析表

从表1中可以看出，通过实施SPC技术，提高了铁水的[Si]含量控制能力，铁水中的[Si]含量下降了0.20%，按每下降0.1%可以降低燃料比7 kg/t计算，降本增效效果显著。

5 总结

（1) SPC控制方法在宝通公司的运用是可行的，持续改进了铁水的质量，铁水[Si]控制能力的加强使[Si]含量下降，从而实现了燃料比下降，产生了明显的经济效益。

（2) 在成功实施铁水 [Si]%含量SPC控制基础上，该方法具有推广价值，可用于铁水中的其它关键成分的控制，如[S]、物理热等，提高整个制造过程的过程能力。

（3) 在SPC实施过程中，可利用全面质量管理的基本方法PDCA循环[4]，分析质量问题中的各种影响因素，针对主要原因，采取措施，达到持续改进的目的。

[1]高秀兰，宋江波.控制图在炼钢生产中的应用[J].包钢科技，2003（增刊)：128-130.

[2]马逢时，刘传兵.六西格玛管理统计指南[M].北京：中国人民大学出版社，2007：368-370.

[3]于宁，赵宪林.SPC控制图在炼铁工序中的应用[J].梅山科技，2008（4)：1-4.

[4]陈荣秋，马士华.生产运作管理[M].北京：机械工业出版社，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 责编 潘娜)

彭坤，工程师，现任南通宝钢钢铁有限公司炼铁厂炼铁工艺主任工程师，长期从事炼铁工艺、技术、质量等工作。