工业工程技术在炼钢生产中的研究与应用

冯振亮，郑万任，庞海轮，来庆斌，滕奉昌

（日照钢铁控股集团有限公司，山东 日照276800）

1 前 言

工 业 工 程 技 术（Industrial Engineering Technology，简称IE）的核心理念是降低成本、提高质量和生产率，因此在制造业等各行业的中得到了广泛应用。IE 的应用比较突出的办法是利用柏拉图的二八原则，确认导致问题的制约因素，然后利用ECRS 分析法对制约因素进行改善，以最终解决问题。柏拉图二八原则是IE中QC七大手法之一，是将搜集的影响因素进行整理、分类，并按照大小排列，以寻求影响问题80% 的制约因素。ECRS 分析法，是IE 中程序分析的四大原则；文章表明，ECRS 分析法可用于对生产工序进行改善，以减少不必要的工序，达到更高的生产效率。ECRS，即取消（Eliminate）、合 并（Combine）、调 整 顺 序（Rearrange）、简化（Simplify）。

钢铁制造企业中炼钢环节作为重要的一环，其生产效率低，将直接导致整个生产流生产效率的降低，最终影响钢铁制造企业的整体效益，严重可直接导致企业的破产。转炉冶炼周期作为衡量炼钢生产效率的关键指标，一直是各钢铁企业改善的主要方向。某钢铁企业80 t 转炉冶炼周期为26 min，已成为产线产能提升的限制性环节，尤其在废钢比提升后，加剧了产线提升的困难，因此对转炉冶炼周期进行IE改善，成为当前迫切解决的问题。

2 分析寻找制约因素

柏拉图又称二八法则，为QC七手法之一，其定义为根据所收集的数据，以不同区分标准加以整理、分类，计算出各分类项目所占的比例而按照大小顺序排列，主要用于寻找改善项目的重点，以能准确的确定改善点，及时解决当前存在的问题。

转炉冶炼周期主要有加料时间（包含兑铁、加废钢）、吹炼时间、测温取样时间、出钢时间、溅渣时间及其他辅助时间组成。按照柏拉图原理进行分析，结果如图1所示。

图1 转炉冶炼周期组成分析

通过柏拉图二八原则分析，转炉冶炼周期改善的重点是吹炼时间、加料时间、出钢时间3个重点，其他的为次要的改善点。

3 影响因素

运用ECRS 分析方法时，秉承方法研究永无止境的改进意识，反复进行，直至获得最佳的解决方法。针对转炉冶炼周期改善的3 个重点，使用ECRS分析方法结合应用数学进行分析、改善。

3.1 吹炼时间的改善

转炉合理的供氧强度可以有效地改善反应的动力学条件，使得碳氧反应加快，使得脱硫、脱磷加快。转炉吹炼是必不可少的过程之一，因此运用ECRS 反复研究，改善落脚点为“S”。有关文章表明，高供氧强度可加快转炉炼钢的反应速度，最终获得吹炼时间的改善。供氧强度计算公式：

式中：I为供氧强度，m3/（t·min）；Q为氧气流量，m3/min；T为装入量，t。

通过计算，某钢厂80 t转炉改善前供氧强度为3.67 m3/（t·min），而国内中小型转炉供氧强度的先进水平达4.0～4.5 m3/（t·min），存在较大的改善空间。通过对氧枪尺寸、供氧流量的不断研究实践，某钢厂的供氧强度得到了较大提高，对吹炼时间实现了较大改善，具体参数见表1。

表1 转炉供氧参数改善前后对比

通过改善前后对比，吹炼时间缩短为11.32 min，改善比例为14.98%。

3.2 加料时间的改善

转炉加料过程粗分为加入废钢和加入铁水两步，但随着废钢量的提升（废钢单耗250 kg/t），并按照IE 方法对加料步骤进行拆分，转炉加料步骤如图2所示。

图2 转炉加料步骤

通过对步骤的分析，结合八大浪费的处理理念，尽量消除“等待”的浪费，再运用ECRS 反复研究，改善的落脚点为“E、C、S”。加料时间的改善如表2所示。

表2 转炉加料时间改善

利用“ECRS 分析法”的改善，将加料时间由4.11 min降低至2.5 min，改善比例39.17%。

3.3 出钢时间的改善

转炉出钢过程中实现了钢渣分离，减少钢渣流入钢包所造成的钢水污染。同时出钢钢流对钢水起到了搅拌作用，促进了夹杂和脱氧产物的上浮。出钢过程不仅影响了转炉冶炼的生产效率，也影响了钢水质量，因此，制定合理的出钢时间至关重要。运用ECRS反复研究，出钢的改善落脚点同样为“S”。

出钢口尺寸是影响出钢时间的直接因素，通过实践，将出钢口尺寸由Φ165 mm 提高至Φ180 mm，满足了钢水的质量要求，同时实现了出钢时间的有效改善。出钢时间由3.9 min 降低至3 min，改善比例23.07%。

3.4 小 结

通过利用ECRS 分析法及数学应用进行研究、改进，最终实现了对冶炼周期的改善，通过“流程程序图”进行改善统计，见图3。

图3 转炉冶炼流程程序

通过流程程序图分析、改善，最终将转炉冶炼周期由26.06 min 降低至21.02 min，产能提升了19.33%，实现了对炼钢生产效率的改善，达到了改善的预期效果。

4 结 论

4.1 IE作为一门新型学科，不断融入企业中，能够有效改善炼钢中存在的关于生产率、成本的各项问题，使得企业的效益得到最大化。

4.2 利用“柏拉图”进行分析，可有效地确定问题的瓶颈环节，以有针对性的进行改善。

4.3 利用“方法研究”永无止境的改进意识和“ECRS 分析法”，对转炉冶炼各项步骤不断地进行研究，取消了等待浪费，合并了相同类型的步骤，最终实现了流程的改善。

4.4 通过利用IE 一系列方法，实现了对转炉冶炼周期的改善，产能提升了19.33%，达到了改善的预期效果。