張璟
( 本鋼板材股份有限公司，遼寧本溪117000)
摘要: 自動(dòng)化控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高爐智能控制，本文介紹了6σ 在冶金中的應(yīng)用，舉例說(shuō)明如何運(yùn)用6σ 分析高爐生產(chǎn)重要參數(shù)，并提出利用6σ 結(jié)合PLC 技術(shù)對(duì)高爐生產(chǎn)重要參數(shù)進(jìn)行在線分析和智能調(diào)控，滿足高爐穩(wěn)定順產(chǎn)，為現(xiàn)場(chǎng)提供一定的指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞: 自動(dòng)化控制; 高爐煉鐵; 6σ; PLC
自動(dòng)化控制已廣泛的應(yīng)用在鋼鐵工業(yè)的各個(gè)生產(chǎn)工序中，可用于設(shè)定與控制、生產(chǎn)計(jì)劃的安排與調(diào)整，以及設(shè)備診斷、監(jiān)測(cè)、學(xué)習(xí)等方面［1］。近年來(lái)，隨著鋼鐵冶金行業(yè)的迅猛發(fā)展，增加了自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用壓力，也提供了發(fā)展條件，而冶金行業(yè)已完全離不開自動(dòng)化技術(shù)的支撐，二者相輔相成［2，3］。高爐是一個(gè)密閉設(shè)備，高爐生產(chǎn)是十分復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，必須依賴自動(dòng)化控制才能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。高爐生產(chǎn)不僅僅限于實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的控制功能，而需要運(yùn)用先進(jìn)的控制理論和思想，實(shí)現(xiàn)高爐煉鐵的智能控制，使其能夠高效、穩(wěn)定地生產(chǎn)，更好地解決生產(chǎn)中的重生產(chǎn)輕能耗的瓶頸問(wèn)題。
計(jì)算機(jī)技術(shù)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)在高爐控制中得到了巨大的利用，當(dāng)今，“高爐專家系統(tǒng)”和高爐數(shù)學(xué)模型廣泛使用于各大高爐，很好地實(shí)現(xiàn)了高爐智能控制，為高爐穩(wěn)定順產(chǎn)、節(jié)能降耗提供了保障。本文提出一種新思路，利用6σ 技術(shù)結(jié)合自動(dòng)化控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高爐生產(chǎn)重要參數(shù)的智能調(diào)控，以達(dá)到高爐穩(wěn)定順產(chǎn)，為生產(chǎn)提供一定的參考和借鑒。
1 6σ 簡(jiǎn)介
1． 1 6σ
6σ 作為新時(shí)代的產(chǎn)物應(yīng)運(yùn)而生，6σ 管理是一種以顧客為中心，以質(zhì)量經(jīng)濟(jì)性為原則，以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用統(tǒng)計(jì)技術(shù)、優(yōu)化技術(shù)分析流程中影響質(zhì)量的關(guān)鍵因素并加以改進(jìn)，降低劣質(zhì)成本，減少質(zhì)量波動(dòng)，優(yōu)化資源利用，追求以更少的資源和更低的成本提供更好的產(chǎn)品和服務(wù)，從而不斷提高質(zhì)量競(jìng)爭(zhēng)力［4 － 7］。Minitab 是6σ 管理方法中最常用的軟件之一，它可以滿足6σ 管理各個(gè)階段的數(shù)據(jù)處理。它可幫助使用者進(jìn)行常用統(tǒng)計(jì)分析、質(zhì)量控制以及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等，為使用者提供了準(zhǔn)確、實(shí)用的實(shí)現(xiàn)工具。Minitab 軟件具有全方面的統(tǒng)計(jì)工具，幾乎包含了統(tǒng)計(jì)學(xué)中所有的數(shù)據(jù)處理功能，其中如比率檢驗(yàn)、參數(shù)假設(shè)檢驗(yàn)、相關(guān)與回歸分析、探索性數(shù)據(jù)分析、變異源分析、多元統(tǒng)計(jì)分析等，另外，它的強(qiáng)大的質(zhì)量分析能力被人們所推崇，如測(cè)量系統(tǒng)分析、可靠性分析、統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制、試驗(yàn)設(shè)計(jì)等。
1． 2 6σ 在冶金領(lǐng)域中的應(yīng)用
6σ 數(shù)學(xué)管理法最受鋼鐵企業(yè)歡迎，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于冶金領(lǐng)域中，我國(guó)太鋼、寶鋼、鞍鋼、武鋼、唐鋼等各大鋼企早已成功引進(jìn)六西格瑪，在節(jié)能減排、降低成本等方面取得很大成果。如寶鋼股份公司建立和實(shí)施了6σ 項(xiàng)目，從而解決了生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)過(guò)程中的重點(diǎn)問(wèn)題和難點(diǎn)問(wèn)題。這些項(xiàng)目包括過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)、縮短生產(chǎn)流程周期、提高產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)能力、節(jié)約成本、降低消耗以及提高效率等方面，具體如下: ( 1) 制造部通過(guò)6σ 管理法將2030 罩式爐平均裝爐量由原有的每爐86． 8t 提高到90t，為企業(yè)創(chuàng)造了500 多萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。( 2) 冷軋廠通過(guò)6σ 管理法使斑跡改判率由原來(lái)的1． 3%下降到0． 596%，降下了0．7%。( 3) 熱軋廠通過(guò)6σ 管理法使得1580 軋線的軋制節(jié)奏由原來(lái)的123． 6s 縮短到119． 8s，而且軋制每塊鋼樣的時(shí)間也縮短了3． 8s，為企業(yè)創(chuàng)造了八百多萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益［8］。
太原鋼鐵集團(tuán)要將企業(yè)締造成世界最具競(jìng)爭(zhēng)的產(chǎn)業(yè)內(nèi)，力求質(zhì)量完美的不銹鋼，將6σ 管理作為技術(shù)支撐和改進(jìn)的重要手段。為提高企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力，太鋼從生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品種類、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本、生產(chǎn)效率、售后服務(wù)和節(jié)能環(huán)保等方面入手，努力打造不銹鋼品牌，為成為世界一流的不銹鋼企業(yè)為奮斗。通過(guò)以6σ 管理技術(shù)為支撐，建立多項(xiàng)改進(jìn)體系和改進(jìn)項(xiàng)目，在企業(yè)大力推廣6σ技術(shù)，促進(jìn)了太鋼產(chǎn)品質(zhì)量的提升，如不銹鋼冷軋板、不銹鋼熱軋中板、冷軋硅鋼等重點(diǎn)產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)水平不斷提高，且呈不斷上升趨勢(shì)［9］。
唐山鋼鐵公司通過(guò)6σ 管理技術(shù)，使得高爐鐵水中硅含量控制在穩(wěn)定水平，通過(guò)分析并確定影響鐵水硅含量的主要參數(shù)，并控制這些主要參數(shù)以此穩(wěn)定鐵水中硅含量，達(dá)到爐內(nèi)熱狀態(tài)，為高爐穩(wěn)定順行提供了保障。鞍山鋼鐵公司利用6σ 管理技術(shù)對(duì)高爐生產(chǎn)重要參數(shù)進(jìn)行分析，確定出哪些重要參數(shù)不穩(wěn)定，并采取相應(yīng)措施將其穩(wěn)定，為高爐穩(wěn)定順產(chǎn)提供了保障［10］。
2 將6σ 結(jié)合PLC 技術(shù)運(yùn)用于高爐生產(chǎn)
6σ 之所以備受各大企業(yè)所歡迎，是因?yàn)?σ以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用統(tǒng)計(jì)技術(shù)、優(yōu)化技術(shù)分析流程中影響質(zhì)量的關(guān)鍵因素并加以改進(jìn)，降低劣質(zhì)成本，減少質(zhì)量波動(dòng)，優(yōu)化資源利用。6σ 改進(jìn)過(guò)程包括定義、測(cè)量、分析、改進(jìn)和控制五大步驟，即確定需要改進(jìn)的因變量Y( 目標(biāo)值) ，收集現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，分析并確定出哪些是影響因變量Y 的關(guān)鍵質(zhì)量因素，并通過(guò)控制關(guān)鍵質(zhì)量因素來(lái)改進(jìn)因變量Y。例如高爐主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)有很多，如焦比、燃料比等，本文舉例說(shuō)明利用6σ 分析某高爐煤氣利用率的具體步驟如下。
首先收集某高爐近期現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)( 現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)的所有參數(shù)) ，將數(shù)據(jù)分為7 組，做煤氣利用率的控制圖如圖1 所示。
從圖1 可以看出，6、7 組數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，煤氣利用率大幅降低，波動(dòng)較大。分析其波動(dòng)原因，利用魚骨圖、因果矩陣分析和失效模式分析初步得到影響煤氣利用率的因素有焦比、煤比、風(fēng)量、富氧率、風(fēng)溫、爐頂壓力，壓差、礦石品位和理論燃燒溫度。通過(guò)方差分析、回歸分析進(jìn)一步確定影響煤氣利用率的主要因素為焦比、風(fēng)溫和風(fēng)壓?？芍簹饫寐实拇蠓档褪巧a(chǎn)過(guò)程中焦比、風(fēng)溫及風(fēng)壓的波動(dòng)所引起，并可以通過(guò)試驗(yàn)設(shè)計(jì)( DOE) 來(lái)確定焦比、風(fēng)溫及風(fēng)壓在什么水平波動(dòng)，使得煤氣利用率期望值較好或較穩(wěn)定，見圖2、圖3 所示。
由圖2、圖3 可知，焦比在310kg /t 水平左右，風(fēng)溫在1 190℃ 水平左右，風(fēng)壓在385kPa 水平左右，煤氣利用率較穩(wěn)定，且焦比、風(fēng)溫較高，風(fēng)壓較低更有利于煤氣利用率的提高。
如上，通過(guò)6σ 對(duì)高爐重要參數(shù)進(jìn)行分析，并給出改善或穩(wěn)定重要參數(shù)的方法，以此穩(wěn)定高爐生產(chǎn)。然而，大多鋼企僅限將6σ 用于離線分析，即抽取近期現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)利用6σ 對(duì)重要參數(shù)進(jìn)行分析，僅反映出高爐前一時(shí)刻的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，不能及時(shí)在線反映、判斷高爐的生產(chǎn)狀況和動(dòng)態(tài)。PLC是一種以微處理器為核心的控制器，它將自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)融合在一起，為高爐冶煉提供程序化的控制方式，通過(guò)PLC 進(jìn)行編程模擬和控制，來(lái)改變生產(chǎn)過(guò)程中的工藝參數(shù)［11］。因此，本文提出將6σ 分析過(guò)程進(jìn)行編程并結(jié)合PLC 技術(shù)形成一個(gè)分析控制系統(tǒng)，對(duì)高爐現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線分析，并對(duì)某些生產(chǎn)參數(shù)及時(shí)調(diào)控，有利于高爐穩(wěn)定順產(chǎn)，為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)給出一定的參考和借鑒。
3 結(jié)語(yǔ)
自動(dòng)化控制技術(shù)是高爐生產(chǎn)不可或缺的一部分，本文介紹了6σ 在冶金的應(yīng)用現(xiàn)狀，舉例說(shuō)明如何利用6σ 分析高爐重要生產(chǎn)參數(shù)，并提出利用6σ 結(jié)合PLC 技術(shù)對(duì)高爐生產(chǎn)重要參數(shù)進(jìn)行在線分析和調(diào)控，為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)提供一定的指導(dǎo)和借鑒。
參考文獻(xiàn)
［1］王華強(qiáng)． 基于工業(yè)以太網(wǎng)的高爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［D］． 安徽: 合肥工業(yè)大學(xué)2007，: 1 － 2．
［2］萬(wàn)延林． 自動(dòng)化技術(shù)在鋼鐵冶金行業(yè)的應(yīng)用及未來(lái)發(fā)展［J］． 中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)， 2015，15: 44 － 45．
［3］袁尚． 冶金自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀［J］． 科技資訊，2014，( 10) ．
［4］吳民生． 六西格瑪管理理念與統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制［J］． 蘇州大學(xué)學(xué)報(bào)， 2002，22( 5) : 109 － 111．
［5］張根寶． 現(xiàn)代質(zhì)量工程［M］． 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，2009．
［6］何彥． 解讀六西格瑪管理在企業(yè)中的應(yīng)用［J］． 中小企業(yè)管理與科技， 2008，( 10) : 17 － 18．
［7］李莉． 六西格瑪管理的創(chuàng)新性與局限性［J］． 山西財(cái)經(jīng)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2009，12( 3) : 92 － 93．
［8］梁文軍． 基于六西格瑪?shù)娜A飛公司CDT 工廠排氣工藝應(yīng)用研究［M］． 江蘇: 東南大學(xué)， 2009: 8 － 9．
［9］張建軍． 太鋼推行六西格瑪管理的實(shí)踐與思考［J］． 中國(guó)質(zhì)量， 2008，( 5) : 32 － 37．
［10］吳穎，李旭． 六西格瑪技術(shù)在高爐參數(shù)穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用［J］． 遼寧科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，31 ( 2) : 125 －128．
［11］劉為玉． 基于PLC 的冶金污泥處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］． 2013，32( 18) : 60 － 61．