DOE 試驗(yàn)設(shè)計(jì)在量化高爐爐溫控制中的應(yīng)用

曹建學(xué)

（河鋼集團(tuán)宣鋼公司煉鐵廠， 河北 宣化 075100）

高爐操作者都有深切的體會(huì)，順行是高爐正常操作的前提，而在正常原料條件下，爐溫穩(wěn)定可以說又是順行的基礎(chǔ)[1]。由于高爐生產(chǎn)過程復(fù)雜，測量困難，一般都是通過鐵水的硅含量來間接獲得對(duì)爐溫的評(píng)價(jià)，但由于鐵水硅含量的測量往往都在出鐵后才能進(jìn)行，在時(shí)間上滯后很大，因此，如何對(duì)鐵水[Si]含量進(jìn)行量化控制，對(duì)穩(wěn)定高爐生產(chǎn)及強(qiáng)化冶煉意義重大。

目前大多數(shù)鋼企爐溫的控制全憑工長的經(jīng)驗(yàn)積累， 如利用下料情況、頂溫變化、風(fēng)口工作狀況及渣鐵流動(dòng)、溫度及成分變化等信息，對(duì)爐況作出大概的判斷， 并采用相應(yīng)的措施，很少有人對(duì)這些動(dòng)作的效果進(jìn)行過真正的量化處理[2]，基于高爐專家智能控制系統(tǒng)由于成本及操作水平要求高等因素，應(yīng)用企業(yè)較少。DOE 試驗(yàn)設(shè)計(jì)作為六西格瑪眾多方法工具當(dāng)中的一種，能夠快速尋找最優(yōu)解的方法，減少盲目試驗(yàn)次數(shù)，大幅度減少試驗(yàn)成本和時(shí)間[3-5]。在爐溫控制上引入DOE 試驗(yàn)設(shè)計(jì)，建立爐溫量化控制模型，無成本投入且應(yīng)用方便，在生產(chǎn)實(shí)踐中具有重要的指導(dǎo)意義。

1 應(yīng)用DOE 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法量化高爐爐溫控制技術(shù)

1.1 DOE 試驗(yàn)因子確定

通過頭腦風(fēng)暴法，利用魚骨圖從原燃料質(zhì)量、入爐控制、爐內(nèi)參數(shù)、噴吹控制等多個(gè)方面對(duì)鐵水[Si]含量的變化進(jìn)行分析，對(duì)所有可能影響[Si]的因素進(jìn)行篩選，并進(jìn)行相關(guān)性分析和失效矩陣分析，從而得到影響[Si]的主要因素，包括熱風(fēng)溫度，富氧量、透氣性指數(shù)，小時(shí)料速，鐵水溫度和燃料比。以這六關(guān)鍵根本原因作為試驗(yàn)因子，做DOE 試驗(yàn)，在試驗(yàn)的同時(shí)保證其它工藝條件的相對(duì)穩(wěn)定。

2.2 創(chuàng)建因子設(shè)計(jì)

因試驗(yàn)在生產(chǎn)過程中進(jìn)行，故采用2 水平6因子1/4 部分試驗(yàn)，且試驗(yàn)不重復(fù)，以減少對(duì)爐況的影響，加3 次中心點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，總共執(zhí)行19 組試驗(yàn)，每組試驗(yàn)一天，用19 d 完成。試驗(yàn)因子水平設(shè)計(jì)如表1。

表1 DOE 因子水平設(shè)計(jì)表

試驗(yàn)因子水平均按照近期爐況特征及各項(xiàng)操作指標(biāo)最大變化范圍等因素綜合考慮選取。若期間爐況出現(xiàn)波動(dòng)，立即終止實(shí)驗(yàn)。

2.3 DOE 試驗(yàn)結(jié)果

2017 年5 月3 日至4 月22 日在2 號(hào)高爐順利完成了試驗(yàn)，試驗(yàn)中及試驗(yàn)后爐況未出現(xiàn)波動(dòng)，現(xiàn)場工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換及試驗(yàn)結(jié)果見下頁表2。

2.4 DOE 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h3>

經(jīng)過DOE 試驗(yàn)分析，得出[Si]以未編碼單位表示的回歸方程，即[Si]量化控制模型如下：

w（[Si]）=-1.71+0.001 986×熱風(fēng)溫度+0.06 81×透氣性指數(shù)-0.071 25×小時(shí)料速+0.000 688 ×燃料比-0.000 064×熱風(fēng)溫度×透氣性指數(shù)

在該模型中，熱風(fēng)溫度、透氣性指數(shù)為實(shí)時(shí)顯示值，小時(shí)料速及燃料比為當(dāng)前小時(shí)高爐作業(yè)日志實(shí)際記錄值，將四個(gè)變量代入回歸方程，即可算出w[Si]，起到了量化控制[Si]的效果，從而使工長能夠提前6～9 h 即可較為準(zhǔn)確地掌握鐵水[Si]含量。

表2 現(xiàn)場工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換及試驗(yàn)結(jié)果表

3 應(yīng)用效果

2017 年6 月開始采取此量化操作模型后，[Si]偏差較之前有了明顯的下降，如圖1 所示，高爐爐溫受控率由85%提高至95%左右，如下頁圖2 所示，為高爐長期穩(wěn)定順行和提高生鐵質(zhì)量起到了積極的作用。

圖1 宣鋼2 號(hào)高爐[Si]偏差變化趨勢

4 結(jié)語

以現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用DOE 試驗(yàn)設(shè)計(jì)提供的多變量處理技術(shù)，找出高爐鐵水[Si]含量的關(guān)鍵影響因子并建立模型，將相關(guān)模型應(yīng)用于實(shí)際操作，能夠較為準(zhǔn)確地判斷爐溫變化趨勢，為高爐操作者提供了一種量化高爐爐溫控制的新方法。

圖2 宣鋼2 號(hào)高爐爐溫受控率變化趨勢