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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，山东钢铁股份有限公司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。