王宇哲 王衛兵 趙滿祥
高爐噴吹用煤中的煙煤具有揮發分高、熱值低、著火點低的特點，但因其采購價格低廉，故相對于無煙煤具有較高性價比，首鋼股份公司通過六西格瑪（6σ）模型對噴吹煤質量、價格及試驗數據進行分析，并與生產工藝相結合，使高爐噴吹煤中的煙煤比例得到合理優化，噴吹煤灰分、硫分得到降低且鐵成本明顯下降，達到了優化配煤的目的。
煉鐵作為鋼鐵企業中前端工序，能耗占整個工序的 70%左右，因而控制煉鐵的能源消耗意義重大，潛力也最大。高爐噴煤工藝在煉鐵工序的節能降耗中占有重要地位，降低配煤成本是降低鐵水成本的關鍵環節。煙煤為低價、低灰、低硫煤種，配比提高后，不僅可以降低配煤成本，而且可降低高爐硫負荷，同時減少硫排放，減少環境污染。但是提高煙煤比例會增大著火爆炸事故隱患，而且會影響煤粉的熱值，此項目通過 6σ數據分析手段，結合工藝生產實際，實施技術及設備改進措施，最終在保證安全的前提下，將煙煤比例提高到合理數值，達到了降低煉鐵成本的目的。
1 生產數據分析
目前，企業噴吹的煤有四種，三種無煙煤，一種煙煤。煙煤與無煙煤差價約 400 元/噸，同時煙煤為低灰低硫煤種，配比提高后可降低高爐硫負荷，同時減少硫排放，降低對環境的污染。
數據從鐵前系統中獲得，由檢驗中心提供。檢驗中心進行了測量系統數據校驗，保證了數據的準確性。從煙煤配比概率圖（如圖 1）可知，P 值(特定抽檢樣概率）=0.479＞0.05，為正態數據。從煙煤配比的過程能力報告（如圖 2）可知，Ppk（過程穩定性分析）為-0.3，說明工程能力不夠充分，需要繼續改善。
研究找出了 26 個影響水分升高的因子，通過 FMEA 對 26 個因子進行打分確認，利用 Paret o 圖對因子進行分析，采用二八原則，查找出工程中 9 個關鍵的輸入因子，即混煤燃燒率、混煤爆炸性、混煤著火點、原煤水分、中速磨風道、中速磨清潔室、倉頂除塵器、混煤灰分、混煤揮發分等，它們對配煤有較大的影響,并先對可以直接控制管理的因子實施快速改善。
2 快速改善措施
1）入磨原煤水分的改善。
由于之前來煤水分較高，煤粉不易烘干，造成出力低，排渣口著火。因此，要求上煤崗位采用先進先出原則，延長了原煤在儲煤場存放時間。自然烘干，同時降低出口溫度，避免著火，同時原煤倉增加神華煤庫存量，不得小于 2500t，晾曬時間不得小于 10 天，從而解決了原煤水分高的問題。
2）中速磨風道改善。
由于之前風道設置位置不合理，原煤與風道垂直，直接落至清潔室，造成清潔室積煤嚴重，排渣系統原煤自燃，給生產帶來隱患。因此，對出風角度增加擋板，改變出風方向，減少落煤，進而保證清潔室內無積煤，杜絕了清潔室著火。
3） 倉頂除塵器改造。
倉頂除塵器支管為 DN900，總管為 DN1200，由于支管為水平管路，管路直徑較大，造成每次放散都會有殘余煤粉堆積在 DN900 水平管路上，該位置為隱蔽部位，平時不能檢查，長時間堆積造成 DN900 閥門不能動作，且存在著火隱患。設計院結合生產實際繪制圖紙，提升總管高度至平臺上梁，這樣支管就可以保證有 30。角度，同時在入口蘭盤處增加個吹掃點，讓煤粉落進除塵器。改造完成后，沒有直管部分，降低了煤粉殘留，同時入口增加 45。氮氣吹掃，從根本上降低著火可能。
通過快速改善，煙煤配比提升明顯，由 46%提升至 53%，下一步結合實驗室數據和國家法律規范，規范操作，確保系統安全。
3 實驗室數據研究
1） 混煤燃燒率的研究。
不同試驗方案對應的煤粉燃燒率見圖 3。由圖 3 可知，混煤揮發分在 21%-26%時，隨著混煤揮發分的提高，煤粉燃燒率基本呈增加趨勢，但是混煤揮發分達到 21%以后，提高混煤揮發分，燃燒率增加趨勢放緩。混煤揮發分達到 23%以后，混煤燃燒率甚至出現降低趨勢。但是混煤揮發分過高，尤其是在當前原燃料質量劣化趨于嚴重的情況下，會面臨煤焦置換比過低的問題。
2）混煤爆炸性、著火點研究。
不同煙煤配比對應不同的爆炸性，煙煤比例由 50%逐步提高到 70%，火焰長度均為 0，證明無煙煤對煙煤有很強的抑制爆炸作用，且煙煤配比在 70%以下時，揮發分 27%以下的混煤沒有爆炸性；不同煙煤配比對應不同的著火點，隨著煙煤比例提高，著火點下降，煙煤比例每提高 1%，著火點下降 2℃，成正態分布，根據著火點結合操作規程，確定煙煤比例在制粉區域所能承受的上限。
利用擬合分析及優化，找出合理的控制范圍，并對該控制范圍進行生產實際效果的確認，從而達到最終優化配煤目的。由于實際生產的特殊性，只能通過對以往數據的回歸預測，來找到最佳控制參數，使煙煤配比達到一個理想的狀態。
從響應優化器結果（見圖 4）結合實際情況可知，灰分、揮發越低越好，燃燒率越高越好，著火點根據實際情況結合 GB16543 規范著火點，目前只能控制在 420℃以上，這樣就限制了煙煤 比例的提高。
圖 5 是煙煤配比按階段的單值控制圖，由圖 5 可以看出，前期煙煤比例最高達到 54%以上，但是高爐在煙煤配比提高后，渣比升高，鐵水物理熱偏低，爐溫低，影響高爐順行。把配比調整到 51%，高爐適應較好，同時該配比也降低了成本，達到了預期效果。經過高爐生產實際驗證，煙煤控制在 51%左右，高爐能較好適應，也最利于降低成本。通過對改善后煙煤配比數據進行能力分析，得出改善后的 Ppk 值為 0.42，較項目之初的-0.30 有了較大提高。
4 結語
6σ管理方法把數理統計的知識和哲學上一果多因的關系結合起來，從事物的根本原因出發，強調發散型思維，有助于找到真正解決問題的方法，帶給我們管理理念和思維方式上的改變。特別在做項目的過程中，對高爐的認識進一步加深，提高了團隊人員的技術水平。通過 6σ分析，找到了最合適的煙煤配比，為以后工作提供比較準確的數據支持。找到了控制煙煤配比的有效措施，給以后的工作指明了方向，未來還可以繼續進行改善。