感应电炉熔炼精配一次达到目标值 防错技术简单有效

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感应电炉熔炼精配一次达到目标值 防错技术简单有效
2019-02-14 09:13:42
作者：曹玉亭、贺亮、邵岩海、孙相知
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3 Z' k& p4 S+ z+ h' B/ ]单位：烟台胜地汽车零部件制造有限公司
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来源：《金属加工（热加工）》杂志

1．概述

# Y* ]2 {1 I1 [" e0 {3 ^' f8 o0 R我公司是一家专门生产汽车制动盘的企业。目前有5个热工部，电炉为中频感应电炉，容量3.5～12t，数量26台，每天铁液熔炼量为1700t,材质为HT200、HT250和高碳灰铸铁，年生产铸件达30万t。熔炼工部微调过程中铁液需经过多次调整才能合格。以往铁液微调过程中合金重量的计算环节和称重环节的操作，员工执行起来极其不便，熔炼工艺只有配比百分数，操作者凭人工计算（见图1），加上工装设计的缺陷，员工有时候经验称量(甚至不称量)，造成多次成分调整，熔炼时间长，用电量大；并且完全没有防错措施，现场未划分区域，无明确标识，存放合金的袋子都很相似，存在混用风险，掩盖了大量不精益问题，亟待解决。
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图1 原配料流程
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( r, z8 r7 V$ R4 t* b" P2.改善前原状
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7 u  i. t' c0 q& z! y- @4 \* @经前期调查，员工凭经验加料，没有标准，配料人工计算，造成铁液多次调整、熔炼时间长、用电量大。经统计，铁液最多需要经过4次调整，增加调节时间约18min。
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（1）在熔炼工艺方面 熔炼工艺只有配比百分数，操作者在调整成分时，凭人工计算。

（2）在现场称量方面 操作者在称量合金时，操作很不规范，没有标准。有用铁锹盛着合金在电子秤上称量的，还有把合金放在废弃的袋子上称量的，有些合金的加入甚至未经过称量，完全凭借经验加入。

（3）在合金炉料存放方面 ①现场未划分区域，无明确标识，存放合金的袋子都很相似，存在混用风险。②炉上存放合金的材料柜，相似的合金，如锰铁和铬铁，放在了相邻的铁制容器里，同样存在混用风险。
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2 W/ G0 L7 f  y/ j3．问题分析
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通过鱼骨刺图（见图2），二八法则，导致多次微调铁液成分的原因是：人工计算、凭经验投料。
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图 2

（1）人工计算 没有现代化工具有效解决换算问题，计算时间长，容易出错。
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' N1 Z* ]+ J7 e! g8 W0 R* `6 [" U相关文件里对合金的加入量规定只有一个数值，没有公差要求，根据技术文件要计算出需要添加的重量需要确定三个参数：差值、铁液吨位、每吨添加量。员工需要计算三者的乘积来最终确定称重量。

举例：技术文件规定wMn每增加0.1%，加锰铁（60锰）1.8kg/t。
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员工不但要计算实际含量与目标含量的差值，还要乘以1.8，再乘以铁液吨位，计算复杂，易出错。
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（2）凭经验投料 ①原铁液以化学成分是否合格、温度是否达标为出炉标准。员工厌倦复杂的计算，时常不计算而仅凭经验就投料，随意性大。②原设计只有一个称体，当需要调整多种合金时，员工需要反复使用一个称体进行称重，易出现漏称现象。
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4．解决方案

) d" j/ R& }! z5 g通过分析对合金配料系统进行了构思，如图3所示。

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图3 合金配料系统
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将试样从电炉送至光谱试验室后，将合金百分比数据传输至软件系统。软件将自动换算加料数据，并将计算的数值传送至仪表，准确率100%，不需员工口头计算，员工称量准确确认后，称量结束，数据稳定中线范围，智能换算（目视化称重)，如图4所示。
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* A2 U+ P1 |$ W  y( `6 U: K图 4

/ L" I5 @1 m) o, s( y% h0 Y  C员工根据终端电子称仪表显示的目标量逐一对应称量，并使用安灯防错系统提示称重是否合格，如图5所示。

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2 L) N! O* a: f+ }) {; c图5 安灯防错系统
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* L; u2 T$ q# V1 v4 }5．执行方案并标准化

" N) \. {. t; P0 D# g方案制定后对员工进行全面培训，使员工充分理解并严格按要求执行。例如：我们编制了系统操作的标准作业，在实施前对员工进行了培训。表1是“系统操作标准”。
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每周检查执行情况，发现问题后立即反馈并制定应对措施。

6．效果展示
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% J1 ?# w; A# I% Z（1）铁液成分更加稳定 以往人工称量是以口算、心算添加合金元素，称重时甚至凭经验添加合金，对材质稳定性有一定的影响，个别元素虽然在合格范围内，但是会因为人为因素忽高忽低。

应用合金配料系统后，多数参数设置在中线范围，并且保证了称量范围，铁液化学成分更加稳定。以下是对Cr元素等进行过程能力分析，如图6所示。
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& H. H4 s. o9 O) u' i5 J2 Y& X3 Z图6 Cr元素等过程能力分析

（2）换算准确 ，时间短 不需员工计算，操作简单有效，配料时间节省5～10min。表2是配料时间统计。

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（3）避免人因错误，防错效果更佳 在设计初期对6种微调元素逐一对应台秤，使其保证不会出现漏称和拿错的现象发生（见图7）.

& w" I# E4 S( y  s/ ?" [: P) U8 X 合金元素的原材料包装袋进行相应的颜色要求，颜色与托盘颜色一致，防止混料（见图8）。
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图 7
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( j- C# i/ _1 h1 ^/ Z& `; Q3 c（4）称量劳动强度减少 重新设计的料斗进行了加高处理，员工在称量时不必再弯腰（见图9）。

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1 L( d1 W! I" C" J图 9

（5）数据统计功能 软件带有数据采集及统计功能，对于微调金属用量可以有效监控，例如：金属铜的使用量，每次添加完毕后会形成用量报表，对铜的用量进行监控，配合财务部的监控系统可以有效避免铜的失窃。
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9 }+ k7 _" ^* U6 y7．成果与收获
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+ [0 w- o( j' ?9 K' z/ P/ c通过改善获得以下成果：

) j6 Q8 w# g' m+ M9 T（1）成本 很多铸造企业从熔炼角度寻求节约成本的方法，却忽略了在配料期间产生的等待和能耗浪费，该项目经推广全厂每年可节约电费约422万元。
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（2）提高效率，质量稳定 2016年全年一次微调合格率最高达99.7%，每炉次配料时间节省5～10min，提高生产效率，减少线上等待，且每车间每天可多熔化一炉铁液，系统配料比人工配料成分一致性高，质量稳定。

' Z: B! H, w" c3 [% D1 Y（3）员工操作更加简单 合金称量系统是“傻瓜式”操作，不需要冒着人工算错的风险称量，现在一个称对应一个元素，目视化称重，任何新员工都可以通过短时间培训后上岗，真正的简单有效。

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铸造小虎

1．概述

1 `9 H6 }1 x  {, N, X6 @0 L我公司是一家专门生产汽车制动盘的企业。目前有5个热工部，电炉为中频感应电炉，容量3.5～12t，数量26台，每天铁液熔炼量为1700t,材质为HT200、HT250和高碳灰铸铁，年生产铸件达30万t。熔炼工部微调过程中铁液需经过多次调整才能合格。以往铁液微调过程中合金重量的计算环节和称重环节的操作，员工执行起来极其不便，熔炼工艺只有配比百分数，操作者凭人工计算（见图1），加上工装设计的缺陷，员工有时候经验称量(甚至不称量)，造成多次成分调整，熔炼时间长，用电量大；并且完全没有防错措施，现场未划分区域，无明确标识，存放合金的袋子都很相似，存在混用风险，掩盖了大量不精益问题，亟待解决。

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8 Z' ~' I% `6 I# O0 G) d图1 原配料流程
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; I+ A, u1 ]2 \1 l5 _  q: J0 g2 l2.改善前原状

经前期调查，员工凭经验加料，没有标准，配料人工计算，造成铁液多次调整、熔炼时间长、用电量大。经统计，铁液最多需要经过4次调整，增加调节时间约18min。

（1）在熔炼工艺方面 熔炼工艺只有配比百分数，操作者在调整成分时，凭人工计算。
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（2）在现场称量方面 操作者在称量合金时，操作很不规范，没有标准。有用铁锹盛着合金在电子秤上称量的，还有把合金放在废弃的袋子上称量的，有些合金的加入甚至未经过称量，完全凭借经验加入。
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（3）在合金炉料存放方面 ①现场未划分区域，无明确标识，存放合金的袋子都很相似，存在混用风险。②炉上存放合金的材料柜，相似的合金，如锰铁和铬铁，放在了相邻的铁制容器里，同样存在混用风险。
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3．问题分析
# P0 L3 w: K  j; q5 ?* g. B8 ^
9 q' f3 r5 b# V5 w& `6 d5 a通过鱼骨刺图（见图2），二八法则，导致多次微调铁液成分的原因是：人工计算、凭经验投料。
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图 2

（1）人工计算 没有现代化工具有效解决换算问题，计算时间长，容易出错。

) {" t  d- f' Y, y( i9 s/ E相关文件里对合金的加入量规定只有一个数值，没有公差要求，根据技术文件要计算出需要添加的重量需要确定三个参数：差值、铁液吨位、每吨添加量。员工需要计算三者的乘积来最终确定称重量。
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$ f, o/ U( A1 s; E+ R' T$ S举例：技术文件规定wMn每增加0.1%，加锰铁（60锰）1.8kg/t。
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* @' M" H3 p  F* v8 \; p, U员工不但要计算实际含量与目标含量的差值，还要乘以1.8，再乘以铁液吨位，计算复杂，易出错。

（2）凭经验投料 ①原铁液以化学成分是否合格、温度是否达标为出炉标准。员工厌倦复杂的计算，时常不计算而仅凭经验就投料，随意性大。②原设计只有一个称体，当需要调整多种合金时，员工需要反复使用一个称体进行称重，易出现漏称现象。

4．解决方案
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; n& \, o3 I! f* E) W1 V通过分析对合金配料系统进行了构思，如图3所示。


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图3 合金配料系统
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# E/ V+ ^' J( ~* z2 Q) g& h) |# m将试样从电炉送至光谱试验室后，将合金百分比数据传输至软件系统。软件将自动换算加料数据，并将计算的数值传送至仪表，准确率100%，不需员工口头计算，员工称量准确确认后，称量结束，数据稳定中线范围，智能换算（目视化称重)，如图4所示。



图 4
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员工根据终端电子称仪表显示的目标量逐一对应称量，并使用安灯防错系统提示称重是否合格，如图5所示。

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图5 安灯防错系统
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5 k& w8 T+ v; y5．执行方案并标准化

方案制定后对员工进行全面培训，使员工充分理解并严格按要求执行。例如：我们编制了系统操作的标准作业，在实施前对员工进行了培训。表1是“系统操作标准”。
% z. }6 w0 z; s, i; e* Q5 v7 H

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: w! A! T1 X8 m2 X4 P每周检查执行情况，发现问题后立即反馈并制定应对措施。
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6．效果展示
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（1）铁液成分更加稳定 以往人工称量是以口算、心算添加合金元素，称重时甚至凭经验添加合金，对材质稳定性有一定的影响，个别元素虽然在合格范围内，但是会因为人为因素忽高忽低。
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应用合金配料系统后，多数参数设置在中线范围，并且保证了称量范围，铁液化学成分更加稳定。以下是对Cr元素等进行过程能力分析，如图6所示。



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9 y3 F3 M, l2 F9 Y: x  G 图6 Cr元素等过程能力分析
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（2）换算准确 ，时间短 不需员工计算，操作简单有效，配料时间节省5～10min。表2是配料时间统计。
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（3）避免人因错误，防错效果更佳 在设计初期对6种微调元素逐一对应台秤，使其保证不会出现漏称和拿错的现象发生（见图7）.
- Q& K. u% w8 Q1 j6 S7 ~+ T
' r/ V0 r5 y" D8 |6 |. m  g 合金元素的原材料包装袋进行相应的颜色要求，颜色与托盘颜色一致，防止混料（见图8）。
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图 7



# c- D+ I3 e; w  S2 r7 Q0 G图 8

（4）称量劳动强度减少 重新设计的料斗进行了加高处理，员工在称量时不必再弯腰（见图9）。


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2 L& g& I: _; K& ]/ A图 9
. m% f5 k' x- U' q; x  G
% |4 w1 L. V8 d（5）数据统计功能 软件带有数据采集及统计功能，对于微调金属用量可以有效监控，例如：金属铜的使用量，每次添加完毕后会形成用量报表，对铜的用量进行监控，配合财务部的监控系统可以有效避免铜的失窃。

7．成果与收获
) S( |1 D' A# G% J- G  _
( D4 B' F' v! \9 A) E- t7 F% s通过改善获得以下成果：
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. G! E  L" J  Y, n1 K8 K（1）成本 很多铸造企业从熔炼角度寻求节约成本的方法，却忽略了在配料期间产生的等待和能耗浪费，该项目经推广全厂每年可节约电费约422万元。
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（2）提高效率，质量稳定 2016年全年一次微调合格率最高达99.7%，每炉次配料时间节省5～10min，提高生产效率，减少线上等待，且每车间每天可多熔化一炉铁液，系统配料比人工配料成分一致性高，质量稳定。

（3）员工操作更加简单 合金称量系统是“傻瓜式”操作，不需要冒着人工算错的风险称量，现在一个称对应一个元素，目视化称重，任何新员工都可以通过短时间培训后上岗，真正的简单有效。
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老翻砂匠

铸造小虎 发表于 2022-5-14 06:26
1．概述
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7 A$ x  X$ t7 G) i$ y我公司是一家专门生产汽车制动盘的企业。目前有5个热工部，电炉为中频感应电炉，容量3.5～12t，数 ...

感谢虎总将这篇文章补充完整！

铸造小猫

之前见过青岛的一个企业推销过类似的系统，当时受产量影响，感觉价值有限，没过多的考虑。那套系统是介绍的时候说是震动下料，然后称重，料仓比照片中的大。

jnzhangmeng

不错，有幸参与了胜地公司的很多改造项目。有交流的可以联系。