6σ方法在高炉炼铁压差分析中的应用
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6σ方法在高炉炼铁压差分析中的应用
杨鑫1，张军红1，金永龙2，靳恩东1，李远游1
(1.辽宁科技大学，2.唐山钢铁集团有限责任公司)
摘 要：收集某钢铁厂2BF生产数据，结合6σ管理方法，利用Minitab软件对高炉压差以及所选取影响压差波动的操作参数，进行了因果矩阵分析、相关性分析和回归分析，确定了影响高炉压差的主要因素有风量、热风温度、透气性指数和焦比，并验证了这些因素对压差的影响具有显著有效性。在保持原燃料稳定的条件下，采取改进措施，使得压差波动小，炉况稳定，高炉顺行，从而降低了高炉炼铁生产成本。
关 键 词：高炉炼铁；6σ；Minitab；压差
钢铁工业是消耗资源、能源和产生污染排放的重点行业，面临着能源、环境和成本的多重压力[1]。当前，原燃料价格连年大幅上涨，造成我国钢铁生产成本不断攀升，节能减排和环保的要求也越来越高[2]，因此开展高炉炼铁节能减排的研究对降低生产成本、提高企业竞争力具有非常重要的意义。在原燃料质量不变的情况下，要使高炉炼铁成本处于较低水平，必然要在合理的操作制度下，使高炉稳定、顺行，煤气能量利用充分，炉温充足，整个料柱透气性好，进而使焦比、燃料比下降，降低炼铁成本。要使高炉炉料顺利下降，良好的料柱透气性很关键，压差的大小能间接反映料柱透气性的变化。所以压差波动控制对高炉过程控制有重要的意义[3]。
用数学模型化的方法研究高炉工艺过程已被国内外学者证实是可行的[4-7]。近年来，数据挖掘被逐渐引入到炼铁自动控制系统中，并日趋广泛和成熟，发挥了重大作用[8]。6σ现已广泛应用于冶金领域中，我国宝钢、武钢等各大钢厂成功引进6σ，在节能减排、降低成本等方面取得很大成果。Minitab软件强大的数据处理功能完全能够满足6σ管理各个阶段的数据处理要求，成为6σ管理技术进行实施的主要工具[9-13]。
该文以压差为研究对象，利用Minitab软件寻找影响高炉压差的主要因素，采取相应的改进方案和控制措施，将高炉压差控制在合理的范围内，并维持水平波动稳定，确保高炉良好的透气性，以此满足高炉稳定、顺产，从而降低能耗和生产成本。
1 研究方法
1.1 压差的稳定性分析
将某钢厂2BF炼铁生产现场收集到的数据分为27组，做压差的稳定分析如图1所示。
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由图1可知，该钢厂2BF压差的极差值水平波动不稳定，压差的均值水平波动较稳定，波动范围为144～150kPa，第7组压差值为144kPa，超出控制下限(144.6kPa)。
1.2 影响压差的主要因素的分析
从原燃料质量、鼓风制度、高炉冶炼过程控制参数等方面选出与压差波动相关的因素，生成因果矩阵，见表1。在相关分析的基础上，为因素打分，高度相关打9分，中度相关6分，低度相关3分，不相关1分。压差为主要研究目标，且压差的稳定为高炉顺产、高产提供保障，所以确定压差、生铁产量和压差标准偏差的权重分别为10、8、5，然后计算各因素的总分，超过80分的因素为重要影响因素。各因素总分的计算公式为：
式中：xi为相关度；yi为权重。
由表1可知，风压、焦比、风量、风温和透气性指数等15个因素总分都超过80，对压差影响度较高，做主要影响因素与压差之间的散点图，如图2所示。 冶金之家网站
由图2可知，风量、风压、炉顶压力、鼓风湿分、风温、透气性指数、煤气利用率、风速、焦比、富氧率、煤比与压差具有较强的相关性关系，结合因果矩阵分析和相关分析，最终确定影响压差波动的主要因素有：风量BV，风温BT，鼓风湿分BH，富氧率，煤比，透气性指数K和焦比k。
1.3 回归分析
将上述影响压差的主要因素与压差运用Minitab逐一进行回归分析，剔除对压差影响不显著的富氧率和煤比(显著性水平P>0.5)，最后得到模型回归方程为：
压差=52.2+9.0×10-3BV-3.4×10-2BT+1.2×102K+2.6×10-2k (2)
回归分析数据和方差分析数据见表2、表3。
由表2回归分析得出各影响因素的P≤0.05，说明风量、风温、透气性指数和焦比对压差都有显著影响。由表3方差分析可知P=0.000<0.05，说明回归模型有效。且R-Sq回归模 冶金之家网站
型误差占总误差的百分比)为80.9%，R-Sq(调整)为77.1%，二者差值较小，模型精确度较高，风量、风温、透气性指数和焦比对压差的影响贡献率达到77.1%。并由残差图可知：数据趋于正态、随机分布，无倾向性，无异常状态，模型模拟很好。
1.4 改进方法
通过上述分析得到风量、风温、透气性指数、焦比对压差的影响显著，针对高炉炼铁生产中压差值水平波动不稳定的情况，可通过调节风量、风温和焦比来控制和稳定压差。通过数据分析，该钢厂2BF其适宜的压差波动范围是146～150kPa。在保持原燃料稳定的条件下，生产过程中逐步调控风量、风温和焦比的变化值，最终确定控制风量在4203～4369m3/min，风温在1100～1151℃，焦比在395～445kg/t范围内变化可使压差波动小，高炉透气性好，高炉能持续稳定、顺产，达到降耗和节约成本双赢的目的。
2 结论
(1)影响压差的主要因素有：风量、风温、透气性指数和焦比。并验证了各因素对压差的影响具有显著有效性。
(2)在原燃料稳定的条件下，控制风量在4203～4369m3/min，风温在1100～1151℃，焦比在395～445kg/t范围内变化时，该钢厂2BF压差波动小，炉况稳定，从而降低了生产成本。
参 考 文 献
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