王宇哲 王卫兵 赵满祥
高炉喷吹用煤中的烟煤具有挥发分高、热值低、着火点低的特点，但因其采购价格低廉，故相对于无烟煤具有较高性价比，首钢股份公司通过六西格玛（6σ）模型对喷吹煤质量、价格及试验数据进行分析，并与生产工艺相结合，使高炉喷吹煤中的烟煤比例得到合理优化，喷吹煤灰分、硫分得到降低且铁成本明显下降，达到了优化配煤的目的。
炼铁作为钢铁企业中前端工序，能耗占整个工序的 70%左右，因而控制炼铁的能源消耗意义重大，潜力也最大。高炉喷煤工艺在炼铁工序的节能降耗中占有重要地位，降低配煤成本是降低铁水成本的关键环节。烟煤为低价、低灰、低硫煤种，配比提高后，不仅可以降低配煤成本，而且可降低高炉硫负荷，同时减少硫排放，减少环境污染。但是提高烟煤比例会增大着火爆炸事故隐患，而且会影响煤粉的热值，此项目通过 6σ数据分析手段，结合工艺生产实际，实施技术及设备改进措施，最终在保证安全的前提下，将烟煤比例提高到合理数值，达到了降低炼铁成本的目的。
1 生产数据分析
目前，企业喷吹的煤有四种，三种无烟煤，一种烟煤。烟煤与无烟煤差价约 400 元/吨，同时烟煤为低灰低硫煤种，配比提高后可降低高炉硫负荷，同时减少硫排放，降低对环境的污染。
数据从铁前系统中获得，由检验中心提供。检验中心进行了测量系统数据校验，保证了数据的准确性。从烟煤配比概率图（如图 1）可知，P 值(特定抽检样概率）=0.479＞0.05，为正态数据。从烟煤配比的过程能力报告（如图 2）可知，Ppk（过程稳定性分析）为-0.3，说明工程能力不够充分，需要继续改善。
研究找出了 26 个影响水分升高的因子，通过 FMEA 对 26 个因子进行打分确认，利用 Paret o 图对因子进行分析，采用二八原则，查找出工程中 9 个关键的输入因子，即混煤燃烧率、混煤爆炸性、混煤着火点、原煤水分、中速磨风道、中速磨清洁室、仓顶除尘器、混煤灰分、混煤挥发分等，它们对配煤有较大的影响,并先对可以直接控制管理的因子实施快速改善。
2 快速改善措施
1）入磨原煤水分的改善。
由于之前来煤水分较高，煤粉不易烘干，造成出力低，排渣口着火。因此，要求上煤岗位采用先进先出原则，延长了原煤在储煤场存放时间。自然烘干，同时降低出口温度，避免着火，同时原煤仓增加神华煤库存量，不得小于 2500t，晾晒时间不得小于 10 天，从而解决了原煤水分高的问题。
2）中速磨风道改善。
由于之前风道设置位置不合理，原煤与风道垂直，直接落至清洁室，造成清洁室积煤严重，排渣系统原煤自燃，给生产带来隐患。因此，对出风角度增加挡板，改变出风方向，减少落煤，进而保证清洁室内无积煤，杜绝了清洁室着火。
3） 仓顶除尘器改造。
仓顶除尘器支管为 DN900，总管为 DN1200，由于支管为水平管路，管路直径较大，造成每次放散都会有残余煤粉堆积在 DN900 水平管路上，该位置为隐蔽部位，平时不能检查，长时间堆积造成 DN900 阀门不能动作，且存在着火隐患。设计院结合生产实际绘制图纸，提升总管高度至平台上梁，这样支管就可以保证有 30。角度，同时在入口兰盘处增加个吹扫点，让煤粉落进除尘器。改造完成后，没有直管部分，降低了煤粉残留，同时入口增加 45。氮气吹扫，从根本上降低着火可能。
通过快速改善，烟煤配比提升明显，由 46%提升至 53%，下一步结合实验室数据和国家法律规范，规范操作，确保系统安全。
3 实验室数据研究
1） 混煤燃烧率的研究。
不同试验方案对应的煤粉燃烧率见图 3。由图 3 可知，混煤挥发分在 21%-26%时，随着混煤挥发分的提高，煤粉燃烧率基本呈增加趋势，但是混煤挥发分达到 21%以后，提高混煤挥发分，燃烧率增加趋势放缓。混煤挥发分达到 23%以后，混煤燃烧率甚至出现降低趋势。但是混煤挥发分过高，尤其是在当前原燃料质量劣化趋于严重的情况下，会面临煤焦置换比过低的问题。
2）混煤爆炸性、着火点研究。
不同烟煤配比对应不同的爆炸性，烟煤比例由 50%逐步提高到 70%，火焰长度均为 0，证明无烟煤对烟煤有很强的抑制爆炸作用，且烟煤配比在 70%以下时，挥发分 27%以下的混煤没有爆炸性；不同烟煤配比对应不同的着火点，随着烟煤比例提高，着火点下降，烟煤比例每提高 1%，着火点下降 2℃，成正态分布，根据着火点结合操作规程，确定烟煤比例在制粉区域所能承受的上限。
利用拟合分析及优化，找出合理的控制范围，并对该控制范围进行生产实际效果的确认，从而达到最终优化配煤目的。由于实际生产的特殊性，只能通过对以往数据的回归预测，来找到最佳控制参数，使烟煤配比达到一个理想的状态。
从响应优化器结果（见图 4）结合实际情况可知，灰分、挥发越低越好，燃烧率越高越好，着火点根据实际情况结合 GB16543 规范着火点，目前只能控制在 420℃以上，这样就限制了烟煤 比例的提高。
图 5 是烟煤配比按阶段的单值控制图，由图 5 可以看出，前期烟煤比例最高达到 54%以上，但是高炉在烟煤配比提高后，渣比升高，铁水物理热偏低，炉温低，影响高炉顺行。把配比调整到 51%，高炉适应较好，同时该配比也降低了成本，达到了预期效果。经过高炉生产实际验证，烟煤控制在 51%左右，高炉能较好适应，也最利于降低成本。通过对改善后烟煤配比数据进行能力分析，得出改善后的 Ppk 值为 0.42，较项目之初的-0.30 有了较大提高。
4 结语
6σ管理方法把数理统计的知识和哲学上一果多因的关系结合起来，从事物的根本原因出发，强调发散型思维，有助于找到真正解决问题的方法，带给我们管理理念和思维方式上的改变。特别在做项目的过程中，对高炉的认识进一步加深，提高了团队人员的技术水平。通过 6σ分析，找到了最合适的烟煤配比，为以后工作提供比较准确的数据支持。找到了控制烟煤配比的有效措施，给以后的工作指明了方向，未来还可以继续进行改善。