采用精益六西格瑪方法提高電渣鋼F 成分的一次命中率研究

馬貴斌

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司， 山西 太原 030003）

精益六西格瑪方法包括了精益生產(chǎn)方法和六西格瑪管理方法。精益六西格瑪項目主要是解決復(fù)雜問題，把精益生產(chǎn)的方法和工具與六西格瑪?shù)姆椒ê凸ぞ呓Y(jié)合起來，實施流程采用新的“定義—測量—分析—改進(jìn)—控制”流程，稱為DMAIC 1I，其與傳統(tǒng)的DMAIC過程的區(qū)別在于它在實施中結(jié)合了精益的哲理、方法和工具[1]。根據(jù)精益六西格瑪方法解決具體復(fù)雜問題的程度和所用的工具，某廠把精益六西格瑪活動分為精益改善活動和精益六西格瑪項目活動，其中精益改善活動全部采用精益生產(chǎn)的理論和方法予以進(jìn)行。

1 項目選題和界定

1.1 選題理由

電渣鋼F 成分的提升是某公司整體發(fā)展戰(zhàn)略的需要；電渣鋼F 成分控制的穩(wěn)定與否直接影響品種質(zhì)量及用戶的滿意度；其成分穩(wěn)定控制才能進(jìn)一步穩(wěn)定后續(xù)VIM-ESR-VAR 三聯(lián)工藝的拓展，從而保證電渣鋼F 成分命中率研究項目達(dá)產(chǎn)達(dá)效。

目前電渣鋼F 渣成分控制很不穩(wěn)定，從2017 年12 月9 日首次電渣到2019 年年底共計熔煉16 個品種，共計1 500 t，成分命中率僅79%，要在較短時間內(nèi)將電渣成分控制在一個較穩(wěn)定的水平，以最大限度地滿足下工序要求，也是項目推進(jìn)的終極目標(biāo)。

1.2 項目目標(biāo)

電渣鋼F成分命中率現(xiàn)為79%，項目目標(biāo)確定在85%。

1.3 項目流程

提高電渣鋼F 成分命中率項目流程圖如圖1 所示。

圖1 項目流程圖

1.4 Y 的定義和測量方法

電渣鋼F 成分命中率（Y）=合格爐數(shù)/總爐數(shù)；測量方法按支爐進(jìn)行測量統(tǒng)計。

2 按爐對電渣鋼F 成分進(jìn)行統(tǒng)計

2.1 測量系統(tǒng)分析

經(jīng)分析測量系統(tǒng)符合項目要求。

2.2 查找因子

利用魚骨圖進(jìn)行因子查找，如圖2 所示。

圖2 魚骨圖

2.3 篩選關(guān)鍵因子

利用C&E 矩陣篩選關(guān)鍵因子，如下頁表1 所示。

表1 C&E 矩陣篩選關(guān)鍵因子

2.4 確定重要因子

對各因子對成分命中率結(jié)果的影響程度打分后，將總分大于60 分的共5 項因子進(jìn)行FMEA 分析，以進(jìn)一步確定原因并制定改善措施，如下頁表2 所示。

表2 下階段改進(jìn)方案

經(jīng)過團(tuán)隊成員頭腦風(fēng)暴激烈討論后，認(rèn)為熔速控制、保護(hù)氣氛控制、渣料烘烤及使用這三項中存在快贏機(jī)會，對比采取相關(guān)措施后快速改進(jìn)。其余因子在電渣工序外或者通過基礎(chǔ)管控力可以消除，暫不進(jìn)行考慮。

3 分析和改進(jìn)

分析和改進(jìn)階段主要工作：渣料烤用時間分析改進(jìn)；熔速控制分析改進(jìn)；結(jié)晶器氧含量波動區(qū)間分析改進(jìn)。

3.1 渣料烤用時間與成分命中率的分析改進(jìn)

通過數(shù)據(jù)分析，渣料烤用時間與成分命中率相關(guān)，烤用時間越短，命中率越高，原因如下：

1）常用渣系是以CaF2為基礎(chǔ)，配入適當(dāng)?shù)腃aO、Al2O3、MgO、SiO2、TiO2等氧化物組成，每種成分對應(yīng)其工業(yè)原料為螢石、石灰、工業(yè)氧化鋁、工業(yè)氧化鎂和硅石；工業(yè)原料中其主成分含量和雜質(zhì)含量對電渣的性質(zhì)和對電渣錠的質(zhì)量有很大的影響。

2）不穩(wěn)定氧化物易引起氧化元素?zé)龘p；渣料中P、S 以及有色金屬殘余元素會引起鋼中雜質(zhì)超標(biāo)，室渣料中易產(chǎn)生氣體和揮發(fā)物，如未燒透的石灰中含有CaCO3，其分解后會放出CO2，存留在鋼中成為氣孔。

3.2 熔速與成分命中率的分析改進(jìn)

通過數(shù)據(jù)分析，熔速控制與成分命中率相關(guān)，熔速保持中低狀態(tài)，命中率會越高。不同鋼種熔化速度的選擇如表3 所示。

表3 不同鋼種熔化速度的選擇

3.3 結(jié)晶器氧含量波動區(qū)間與成分命中率的分析改進(jìn)

通過數(shù)據(jù)分析，結(jié)晶器氧含量波動區(qū)間與成分命中率相關(guān)，區(qū)間越窄，命中率越高。

盡管可以采取很多措施來減少向鋼中傳氧，但是由于電渣過程緩慢，爐渣和電極長時間接觸大氣，因此，在非密閉條件下進(jìn)行電渣重熔，氧的傳遞無法避免。在大多數(shù)情況下，電渣是一個增氧過程。一般情況下，根據(jù)電極的狀態(tài)不同、鋼種不同、重熔工藝的差別進(jìn)行分析，電渣鋼錠中的氧含量通常比電極的氧含量增加50%～200%[2]。保護(hù)氣氛氧含量測定方法按照裝配工況確定。

保護(hù)氣氛的作用：可基本避免電極和爐渣的氧化，Ti、Zr、Al、Si 等元素的氧化燒損可以基本避免，且特別有利于含Al、Ti 高溫合金的窄成分控制，可以獲得高潔凈度的鋼錠。

4 影響項目的控制

4.1 控制方法

對影響相關(guān)電渣鋼F 成分一次命中率的項目進(jìn)行控制，具體方法如下頁表4 所示。

表4 控制方法

4.2 控制效果

進(jìn)行控制改善后，電渣鋼F 成分一次命中率有明顯提高，具體如下頁圖3 所示。

由圖3 可以看出，電渣鋼F 成分一次命中率呈逐月提升趨勢，最后達(dá)到86.31%。

圖3 2019—2020 逐月電渣鋼F 成分一次命中率對比

對改善后電渣過程能力進(jìn)行正態(tài)分析，如下頁圖4所示。

經(jīng)過改善后，電渣鋼F 成分一次命中率控制情況如下：Cpk=0.44（Cpk=1.33～1.67 為標(biāo)準(zhǔn)值，小于此值表示過程能力不足），雖然較改善前有了一定的提高，但能力仍顯不足，需要進(jìn)一步改善。

5 下一步改善措施

1）對熔速進(jìn)行Xbar-R 管理控制，動態(tài)監(jiān)控熔速波動情況，對波動大的爐次及時分析糾正，在工藝包中納入PID 參數(shù)修正，動態(tài)調(diào)制參數(shù)微分區(qū)間。

圖4 改善后過程能力正態(tài)分析圖

2）將鎳基合金成分命中率控制的經(jīng)驗推廣到其他電渣品種和新品種中，繼續(xù)開展DOE 的試驗設(shè)計，找出影響成分波動的關(guān)鍵參數(shù)，構(gòu)建最佳參數(shù)組合。

3）繼續(xù)開展各主控參數(shù)的數(shù)據(jù)積累，實施回歸分析，開展主效應(yīng)、交互效應(yīng)計算，把最佳值納入規(guī)程。