摘  要  為兼顧高質、高效、低耗、低成本、高清潔冶煉要求，積極探索科學冶煉精益管理模式，主要通過系統調研，獲取經驗數據進行科學分析，尋找最佳責任指標及匹配關系，再攻關瓶頸問題識別并消除系統浪費，確保利益最大化，進而實現“科學冶煉、持續發展”的長遠目標。

關鍵詞  科學冶煉  入爐品位  擬合回歸   配礦成本

1  前言

從業內權威評論等多方面看來，當前的“鋼鐵嚴冬”仍將是持久的。自鋼鐵危機爆發以來，原燃料供應緊張、變動頻繁，給傳統的高爐“精料煉鐵”方針帶來了極大沖擊；且隨著目前鋼鐵業“去產能”、“環保條件倒逼”的形勢發展，單純的“低成本冶煉”也難以求得生存和持續發展，高質量、高效率、低能耗、低成本、清潔型的全面發展，才是謀求生存發展的最佳途徑。為此，推行“科學冶煉”，已是不可逆轉的新思路，也是今后高爐煉鐵行業的必然發展趨勢。

1.1  入爐原燃料條件惡化，傳統冶煉技術難以適應當前急劇惡化的基礎條件。

高爐煉鐵入爐料（燒結用鐵礦粉、焦炭、原煤等）呈現出“品種多、波動大”的總體趨勢，給高爐高效運行帶來極大困難。其中:1-6#高爐平均入爐綜合品位2013年56.69%、2014年55.80%，且從長期看來，爐料品位下滑，將是一個不可扭轉的趨勢。以巴粗、國精、焦炭為例：

（1）巴粗，在經濟危機前品位高、雜質少，基本歸屬當前高品位巴粗一類；經濟危機后開始呈現大幅波動趨勢，為穩定生產、降低成本，不得不進行了高品（TFe≥65.5%、SiO2≤2.0%）、低品（Tfe＜65.5%、SiO2＞2.0%）種類分類；因礦料品質劣化、波動加大，進入2011年后分類更加細化為“高品、中品和低品”，據統計（95%置信區間、mintab統計工具）：高品巴粗一般含鐵品位在66.18-65.89%、SiO2含量在1.54-1.86%，中品巴粗一般含鐵品位在65.90-64.90%、SiO2含量在2.28-3.75%，低品巴粗一般含鐵品位在64.61-63.11%、SiO2含量在5.24-5.42%。

（2）國精，經濟危機前常用精粉僅魯中、古雄、華聯和萊蕪等五、六個種類劃分，經濟危機后開始呈現種類繁多、品質不一的趨勢。僅從種類講，目前常用國精就有近20種分類，且品質近乎雜亂無章，給生產穩定造成了一個極大的困擾性難題。

（3）焦炭，由于萊鋼自產焦炭不足，外購焦炭所占比例逐漸升高，質量波動較大，大塊焦及焦末較多，大于80mm以上粒級的焦炭進入高爐后，在高爐風口回旋區不能回旋，嚴重影響高爐順行。另外，焦碳儲存于露天原料場，水分波動較大，會引起焦碳負荷波動從而影響爐況順行，導致鐵水質量波動；陰雨天氣時，焦粉粘附在焦碳上無法篩下，造成入爐粉末量升高，也影響爐況順行；由于入爐焦炭水分的上升導致爐頂溫度下降，還會影響到高爐干法除塵的正常運行及TRT發電量的提升。

1.2  科學冶煉精益管理模式能夠兼顧高質、高效、低耗、低成本、高清潔冶煉要求。

萊鋼高爐一直堅持走低鋁冶煉的路子，2012年渣中鋁含量僅為14.68%。Al2O3小于15％時為低鋁渣能夠改善爐渣的穩定性，有利于高爐穩定操作。但隨著鋼鐵市場形勢日趨嚴峻，成本關系著企業生存空間，各種經濟礦、劣質礦成為高爐低成本生產的重要途徑之一，各種經濟礦有害元素較正常料高出許多，兼顧高爐的長壽，高鋁礦成為優先選擇的資源。高Al2O3爐渣難以熔化，并且粘度增大，流動性變差，會產生較多負面影響：

（1）初渣堵塞爐料間的空隙，使料柱透氣性變差，增加煤氣通過時的阻力，易在爐腹部位的爐墻結成爐瘤，引起爐料下降不順，形成崩料、懸料，破壞冶煉進程。

（2）終渣流動性差，不利于脫硫反應的擴散作用，一般當Al2O3大于18％時，爐渣的脫硫能力大大降低。

（3）高Al2O3爐渣終渣流動性差，容易堵塞爐缸，不宜從爐缸中流出，使爐缸壁結厚，縮小爐缸的體積，造成高爐操作上的困難。嚴重時還會引起風口的大量燒壞。

（4）高Al2O3爐渣穩定性變差，當爐溫不足時，不僅順行不好，有時放渣出鐵也會困難，極易引起爐缸爐溫不足的渣鐵堆積。為適應高鋁冶煉需求，山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司煉鐵廠創建和推行科學冶煉精益管理模式，通過系統調研、科學分析，確定以“配礦、入爐礦、焦炭、鼓風”為基本采集參數，依據二次擬合回歸分析預測區間，確定Al2O3/SiO2和CaO/SiO2、入爐品位、焦炭熱態強度以及鼓風動能的調控閾值，再根據上述調控閾值調整燒結礦的配比等，確保高爐穩定順行，兼顧高質、高效、低耗、低成本、高清潔冶煉要求，實現兩區高效穩產，取得較好的經濟和社會效益。

2  科學冶煉精益管理模式的內涵和主要做法

科學冶煉精益管理模式的內涵是：通過系統調研，獲取經驗數據進行科學分析，尋找最佳責任指標及匹配關系，再攻關瓶頸問題識別并消除系統浪費，確保利益最大化，進而實現“科學冶煉、持續發展”的長遠目標。

以萊蕪分公司煉鐵廠科學冶煉精益管理模式為例，對該模式的主要做法進行詳細闡述。

2.1  系統調研，獲取經驗數據

統籌高爐冶煉關鍵控制點，以“參數名稱、重要性、故障頻次、可預控程度”為主要調查內容，以“管理、技術和操作”三級骨干人員為主要調查對象，組織系統調研活動。通過大范圍摸排調查活動的開展，用較低的成本獲取相對準確計算和調控的科學參考數據，初步建立起基本采集參數與實際調控閾值的關系圖，為下一步精確預控提供科學依據。具體步驟如下：

首先，參照高爐“工藝技術及崗位操作規程”中的相關標準要求，統籌高爐冶煉關鍵控制參數，忽略不同控制參數之間的相互作用和交叉影響，組織相關技術人員進行單因素分析，初步選出關鍵控制參數18項，包括：“入爐品位、燒結礦的質量、焦炭的質量、煤粉的質量、球團的質量、塊礦粒度、爐渣堿度、風量、風溫、煤粉、負荷、礦批、焦批、料流速度、料線、布料矩陣、風壓、鐵口深度”確立建立科學調查表。

其次，以“參數名稱、重要性、故障頻次、可預控程度”為主要調查內容，設置“重要性”權重40%，設置“故障頻次”權重30%，設置“可預控程度”權重30%，按照10%的比例抽取各單位“管理、技術和操作”三級骨干人員，組織開展系統調研活動。通過大范圍的系統摸排調查，獲取相對真實、準確的參考數據后，再納入相關統計程序，編輯權重平均公式（綜合平均系數=重要性×40%+故障頻次×30%+可預控程度×30%），計算得出各關鍵控制參數的綜合平均系數。系統調研，為高效調控提供了科學依據和可循原則。

2.2  科學分析，尋找最佳責任指標及匹配關系

將調研取得的數據納入mintab軟件程序，畫出各關鍵控制參數綜合平均系數的柏拉圖，按照“二八原則”，選取相對重要的關鍵控制參數；再結合實際生產控制環節，組織相關技術人員召開頭腦風暴會，本著“可操作性強、可靠性高”的原則，對初選出的重要控制參數進行綜合分析，對參數名稱進行修訂并排序，確定以“配礦、入爐礦、焦炭、鼓風”為基本界面，分別以“Al 、Si、Ca，入爐品位，熱態強度，鼓風動能（平均經驗閾值）”為基礎參數，通過二次擬合回歸分析，依據二次擬合回歸分析預測區間，確定Al2O3/SiO2和CaO/SiO2、入爐品位、焦炭熱態強度以及鼓風動能的調控閾值，再根據上述調控閾值調整燒結礦的配比等，確保高爐穩定順行。具體過程可分以下四步來完成：

第一步，在“配礦”界面，以“Al 、Si、Ca”為基礎參數，采集基礎參數，利用目前通用計算軟件替代了繁瑣的編程計算過程，做二次擬合回歸分析，進而從宏觀上確定“配礦”時的調控閾值。具體操作步驟：

（1）把采集參數錄入打開“Mintab”工作表；點擊“圖形”組中“概率圖”按鈕，打開“概率圖”對話框；選中“多個”選項，打開“概率圖-多個”對話框；“選擇”錄入工作表的采集參數為“圖形變量”，獲得采集參數的概率圖，P值大于0.5，則判斷數據正態性明顯，穩定、可靠。

（2）在數據正態基礎上，進行二次擬合回歸分析：“統計”選項卡 中單擊“回歸”組中的“擬合線圖”按鈕，打開“擬合線圖”對話框；選擇Y為“響應”，選擇X為“預測變量”，勾選回歸模型類型“二次”；單擊“擬合線圖”對話框的“選項”按鈕，勾選“顯示置信區間”，設置“置信水平”為“95.0”，獲得擬合線圖如下。

（3）依據二次擬合回歸分析預測區間（置信水平95%），進而從宏觀上確定“配礦”界面調控閾值（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“入爐礦”界面，在入爐料中鋁含量相對穩定的基礎上，以“入爐品位”為基礎參數，采集基礎參數，做二次擬合回歸分析，進而從宏觀上確定調控閾值。具體操作步驟同上，可確定“入爐礦”界面調控閾值（Al2O3，入爐品位）如下：

Al2O3≤14%，入爐品位≥55.5%（在許可范圍內盡可能取高值）；

14%＜Al2O3≤15%，入爐品位55.5±0.5%；

15%＜Al2O3≤16%，入爐品位55.2±0.5%；

16%＜Al2O3≤17%，入爐品位54.7±0.5%；

17%＜Al2O3≤18%，入爐品位54.4±0.5%；

18%＜Al2O3，入爐品位≤54.0%；

補充說明：Al2O3在16％以上時為高鋁渣，為確保安全生產，自Al2O3＞16％以上時，入爐品位調控閾值取下限值。

第三步，配焦炭時，在“焦炭”界面，在入爐料中鋁含量相對穩定的基礎上，以“熱態強度”為基礎參數，采集基礎參數，做二次擬合回歸分析，進而從宏觀上確定調控閾值。具體操作步驟同上，從宏觀上確定“焦炭”界面調控閾值（Al2O3，熱態強度）如下：

Al2O3≤14%，焦炭熱態強度62.0±0.5%；

14%＜Al2O3≤15%，焦炭熱態強度62.8±0.5%；

15%＜Al2O3≤16%，焦炭熱態強度63.4±0.5%；

16%＜Al2O3≤17%，焦炭熱態強度64.2±0.5%；

17%＜Al2O3≤18%，焦炭熱態強度64.5±0.5%；

18%＜Al2O3，焦炭熱態強度65.5±0.5%；

補充說明：Al2O3在16％以上時為高鋁渣，為確保安全生產，自Al2O3＞16％以上時，焦炭熱態強度調控閾值取上限值。

第四步，在“鼓風”界面，在入爐料中鋁含量相對穩定的基礎上，以“鼓風動能（平均經驗閾值）”為基礎參數，做二次擬合回歸分析，進而從宏觀上確定調控閾值。具體操作步驟同上，從宏觀上確定“鼓風”界面調控閾值（Al2O3，鼓風動能）如下：

Al2O3≤14%，鼓風動能7800-8500 kg?m/s；

14%＜Al2O3≤15%，鼓風動能7800-8500 kg?m/s；

15%＜Al2O3≤16%，鼓風動能8000-8800 kg?m/s；

16%＜Al2O3≤17%，鼓風動能8600-9300 kg?m/s；

17%＜Al2O3≤18%，鼓風動能8900-9500 kg?m/s；

18%＜Al2O3，鼓風動能10000-9500 kg?m/s；

補充說明：Al2O3在16％以上時為高鋁渣，為確保安全生產，自Al2O3＞16％以上時，鼓風動能調控閾值取上限值。

高鋁冶煉生產中，按照上述操作步驟建立并不斷完善調控閾值“Al2O3/SiO2，CaO/SiO2”、“ Al2O3，入爐品位”、“Al2O3，熱態強度”、“ Al2O3，鼓風動能”，克服了傳統“小幅調漸進式整”弊端，實現了高爐高效生產。

2.3  攻關瓶頸問題，確保利益最大化

1、優化礦料結構，降低燒結礦配礦成本。燒結礦約占高爐爐料70%左右，其中礦料成本占燒結總成本的80%以上，但礦料結構是決定燒結生產質量的基礎性條件之一。因此，在推行低成本礦料結構的同時，還必須考慮其物化焙燒性能，主要采取措施：（1）基于當前市場性價比情況，穩定配礦結構，形成“巴粗+澳粉+國內礦”的主體結構，搭配市場上高硅低鋁經濟礦源，降低成本。（2）及時掌握礦料市場性價比，選擇使用經濟礦，控制燒結礦有害元素含量[K+Na] ≤0.25%、ZnO ≤0.03%，通過“科學搭配” 取得最佳綜合經濟效益。（3）老區繼續實施單配礦種20%-30%，最大限度降低廠內庫存。（4）協調公司相關部門做好采購進貨計劃，降低港口主體礦料庫存，并及時采購配加最佳經濟礦料。

2、優化爐料結構，降低爐料結構成本。爐料成本占高爐冶煉總成本的60%左右，且隨著我廠4#高爐、3#高爐的相繼限產停爐，爐料結構性緊張的局面得到有效緩解，為爐料結構的優化創造了條件。主要采取措施：（1）根據公司制定的爐料結構與預算價格，每月進行一次爐料性價比分析，根據爐料的性價比匹配相應的控制模型，通過適當調整爐料結構的比例，增加性價比較高的爐料的比例，達到成本降低的目的。（2）利用礦料關鍵團隊平臺，把握好礦料購買數量和時機，在普氏指數下行過程中嚴格控制低庫存。（3）執行燒結配料結構，控制燒結礦的品位不低于預算。

3、降低燒結熔劑成本。通過對標挖潛，主要采取措施：（1）執行進廠原燃料質量管理規定，嚴把熔劑質量關。（2）穩定熔劑配加量，控制最小料流允許波動±1%。（3）分析我廠現用燒結熔劑結構，石灰石具有明顯價格優勢，因此增加石灰石配比至30-40Kg/t。（4）根據配礦結構特點，配礦結構上配加堿性精粉10%，提高原料中的CaO、MgO含量。分析我廠現用堿性礦粉鈣鎂指標，鋼精粉、魯中精粉具有明顯優勢，但因鋼精粉中有害元素P偏高（平均0.515%、最高0.601%），故提升堿性精粉仍首選魯中精粉。（5）在滿足高爐生產需要的基礎上，燒結礦MgO含量按最高限2.0%控制。

4、提高經濟塊礦配加比例。提高經濟塊礦配加比例，可以有效降低生鐵成本。但由于塊礦中水分較大、粉末高且粘稠，尤其雨季該問題更為突出（水分高達10%左右），直接入爐將嚴重影響高爐爐況。主要采取措施：（1）改進停產豎爐工藝線，烘干塊礦，并對上料、除塵設備進行改造，使塊礦能夠順利入爐并有效降低揚塵，保證了現場環境整潔。（2）根據爐料性價比模型，提高具有較好性價比的爐料比例。如近期塊礦“2+1”配加模式，即“主流PB塊/紐曼混合塊 + 非主流經濟塊”的模式，塊礦比例突破20%，低價塊比例占塊礦比例的3%-6%。（3）開發并應用了一種新型粉末振動篩，能快速清除小料流塊礦中的的粉末狀顆粒物。（4）從強化責任意識入手，堅持量化調節和事前預防，建立了爐況長期穩定順行的評價機制及爐況順行分析評價監控模型，逐步增強了高爐抗波動能力。截至目前，高爐配加比例逐步達到15%以上，爐況穩定性和燃耗指標未受影響。

3  科學冶煉精益管理模式的實施效果

3.1  實現了利益最大化。

2015年，鋼鐵業面臨著巨大的生存壓力，生產成本已成為生死存亡的杠桿性指標，求生存、謀發展，煉鐵廠的降本目標是：在2014年基礎上，與同行業相比優勢再擴大55元/噸鐵。推行“經濟冶煉”，無疑是降低生鐵成本的有力支撐。科學冶煉精益管理模式的創建和推行，為降本增效提供了一條快速有效的捷徑。2015年經濟料配比保持在35%以上，燒結礦料結構成本降低3000余萬元、累積熔劑成本降低1500余萬元，高爐爐料結構成本降低2500余萬元，有效地降低了生鐵冶煉成本，促進了全廠“噸鋼增效200元”活動目標的完成，無異于為應對鋼鐵危機提供了一條有效捷徑。

3.2  提升了核心競爭力。

通過項目的實施，創新、應用、總結出了一系列高鋁渣條件下高爐操作控制方法和改造途徑，建立了高鋁渣冶煉條件下的長期爐況穩定順行模型，為同行業生產提供了可借鑒經驗，大大提升了企業市場競爭力。針對高鋁爐渣難以熔化，并且粘度增大，流動性變差的缺點，研究開發了一系列高鋁礦冶煉的新技術，開發應用高爐高鋁礦冶煉方法，通過控制Al2O3/SiO2和CaO/SiO2、入爐品位、焦炭熱態強度以及鼓風動能范圍，保證渣中鋁在控制范圍之內，基本解決了高鋁冶煉中高爐透氣性變差、渣鐵流動性不好、爐缸工作不均、不活的現象，在推行經濟料冶煉，爐料劣化的情況下，實現了高爐長期穩定順行及指標優化；同時，還創新開發了高鋁礦條件下的燒結配礦技術，開發并應用爐缸活躍新技術，有效降低了生鐵成本，有效降低了職工勞動強度，同時拓寬了礦料資源使用渠道。

3.3  提供了管理新思路。

豐田公司有句名言：“做公司的工作，不能做自己的工作。”仔細想來，僅僅學會工具不會成為豐田，企業的運行需要的是系統行為，當系統中所有的部門和人員都被考核，收入和自己從事的崗位業績相關，每個人都會全力以赴地將自己的工作做好，但自己和公司的關聯性又會有誰會時刻關注和思考呢？！科學冶煉精益管理模式的創建和推行，通過四個界面的動態化閾值運行和管控，實現了個體效率與整體效率的同步運行率100%。精益生產是有靈魂的東西，關注精益生產的靈魂比關注它的方法要重要的多，本項目成果成功利用各類統計工具，結合實際生產特點，探索科學冶煉精益管理模式，為實踐精益思想落地、精益生產發展提供了新的思路，為應對鋼鐵危機打開了新的路口。