安陽鋼鐵集團有限責任公司，河南　安陽　455000

摘要: 隨著國家環保管控力度的逐漸加大，安鋼主動適應多頻次、大力度的環保管控，在頻繁變化的生產條件下基于系統理論通過鐵前系統和軋鋼系統的管理進行優化，建立起穩定、均衡、經濟、高效的運行模式，取得了良好的經濟效益和社會效益，對國內外同行企業具有非常重要的借鑒意義。

隨著黨的十八大把生態文明建設納入中國特色社會主義事業總體布局，“綠水青山就是金山銀山”的綠色發展理念日漸深入人心。削減大氣污染排放，打贏國家藍天保衛戰則是生態文明建設的重中之重。為此，我國于2018年制定了“打贏藍天保衛戰三年行動計劃”，明確提出經過三年努力，大幅減少主要大氣污染物排放總量，協同減少溫室氣體排放，進一步明顯降低細顆粒物（PM2.5）濃度，明顯減少重污染天數，明顯改善環境空氣質量，明顯增強人民的藍天幸福感。

對于政府來說，隨著大氣治理經驗的累積和社會不同行業的積極反饋，其在打贏藍天保衛戰的措施上更加完善，力度上也更加強化。在管控鋼鐵企業減排方面，主要體現出三個變化。一是在時間跨度上由2018年重點針對采暖季排放管控進一步發展為貫穿全年，根據每個月、每一天的大氣質量預判相應的動態進行管控；二是在管控的方式上由以往的控工序發展為當前的控制排放總量，由企業按照排放要求結合自身特點自主決定生產的機組；三是在管控的形式上由以往粗放式管控變為依據天氣條件和企業治理現狀實行精準化、科學化、差異化管控。

與此同時，鋼鐵企業主動適應國家要求，在不斷加大污染治理升級改造等硬件投入，滿足環境要求的同時，如何適應多頻次、大力度的環保管控，在頻繁變化的生產條件下順利建立起穩定、均衡、經濟、高效、安全的運行模式，是當前鋼鐵企業都需要解決的一個難題，也能夠體現出鋼鐵企業在生產運行方面的核心競爭力。

1.   理論依據

系統一詞是由部分構成整體的意思，是有組織的和被組織化的全體集合。在鋼鐵企業的整個制造流程中，各工序看似功能不同、特點各異，實則互相制約，互相依賴，共同構成了整個生產系統。

系統論的基本思想方法，就是把所研究和處理的對象，歸為一個系統。分析系統的結構和整體功能，在此框架內研究各要素的相互關系和變動的規律性，并以系統觀點優化解決。

在紛繁復雜的生產過程中，各工序因素由于自身和外部環境的改變都在不斷的發生著變化。為確保在動態變化中實現全工序流轉的平穩均衡，就需要建立系統思維。

2.   鐵前優化生產管理模式，系統一體化協同聯動

安鋼以“綠色環保、降本節約、提質增效”為發展目標，鐵前系統經過幾年的快速發展，裝備工藝不斷升級換代，實現了設備大型化、自動化，工藝集約化、系統化（表1）。原有的生產管理模式逐漸顯露出多工序各自為戰，工序間信息傳遞低效遲緩等不足，直觀結果就是焦炭、燒結礦及原燃料難以滿足高爐需求，高爐爐況頻繁波動，生鐵成本居高不下、生鐵產量低迷等不理想的結果。

表  1  2019年安鋼鐵前系統主要設備匹配情況

焦爐			燒結機		高爐
爐別	炭化室高度/m	熄焦方式	機型	有效燒結面積/ m2	爐別	爐容/ m3
三煉焦	4.30	干熄	1#燒結機	360	1#高爐	2200
四煉焦	6.00	干熄	2#燒結機	400	2#高爐	2800
五煉焦	7.63	干熄	3#燒結機	500	3#高爐	4747

下載: 導出CSV 

| 顯示表格

為了解決這個矛盾，安鋼以系統論為指導思想，打破原有生產管理體系，成立了鐵前一體化工作組，推行“一體化+趨勢化”的生產管理模式，以高爐為中心，協調焦炭、燒結礦及其他原燃料的生產。并且依據不同級別的限排限產，進行分級管控，科學匹配高爐生產模式，同時，將余裕產能資源結合市場形勢進行靈活經營，實現資源創效。

2.1   建立“一體化+趨勢化”的系統管理模式

安鋼原有的生產管理體系是以工序為節點進行集中管理，即焦化工序統一由焦化廠管理，燒結工序統一由燒結廠管理，原料以及高爐工序由煉鐵廠管理，這種管理模式集中高效,特別是在工藝設備升級改造前,設備以小型化為特點時有顯著優點。但隨著以高爐為核心的工藝設備逐漸大型化，生產流程發生了脫胎換骨的改變之后，原有的生產管理模式便不再適用，新的“四位一體標準化”模式便應運而生。

“四位一體標準化”是指打破原有的線性管理模式，以“原料”供應鏈穿針引線，以“焦化、燒結、高爐”三大工藝要素為核心，建立鐵1系統、鐵2系統、鐵3系統，進行扁平化、產線化管理，“四位一體標準化”生產管理模式以“高爐”為核心，依據高爐的運行情況，對“原料、焦炭、燒結礦”進行定制化、標準化供應，如表2所示。

表  2  “四位一體標準化”重點管控指標

系統	焦炭重點管控指標
	焦側標準溫度/℃	干熄焦排焦溫度/℃	灰分/%	灰分命中率/%	M40	M40命中率/%	CSR	CSR命中率/%
鐵1	1310±7	≤200	≤12.6	≥90	≥86.00	≥90	≥65.0	≥90
鐵2	1280±7	≤200	≤12.6	≥90	≥84.39	≥90	≥65.0	≥90
鐵3	1270±7	≤200	≤12.5	≥90	≥88.00	≥92	≥67.0	≥90
系統	燒結重點管控指標
	布料厚度/mm	抽風負壓/kPa	轉鼓	轉鼓命中率/%	篩分指數/mm	篩分指數要求/%	粒級/mm	粒級要求/%
鐵1	≥650	≤17.0	≥78	≥85	<5	≤5.0	<10	≤25.0
鐵2	≥650	≤16.5	≥78	≥85	<5	≤5.0	<10	≤25.0
鐵3	≥750	≤19.5	≥80	≥85	<5	≤5.0	<10	≤25.0
系統	高爐重點管控指標
	風量/(m3/min)	壓差/kPa	爐芯溫度/℃		物理熱/℃		生鐵含[Si]	命中率/%
鐵1	4300±50	≤170	>500		1500±10		0.3%~0.5%	≥80
鐵2	5000±50	≤180	300～600		1510±10		0.3%~0.5%	≥80
鐵3	7300±50	≤190	≥280		1510±10		0.3%~0.5%	≥80
注：灰分指焦炭灰化后，其固體殘留物中各種氧化物的含量；M40指焦炭的抗碎強度；CSR指焦炭的反應后強度；命中率指指標性能符合要求的百分比；轉鼓指燒結礦機械強度；篩分指數是指成品燒結礦中粒度<5 mm部分的質量百分比，即含粉率。

下載: 導出CSV 

| 顯示表格

趨勢化管理則是以四位一體標準化為基礎，以突出高爐的長期穩定順行為目標，加強關鍵參數分級管控，建立高爐運行參數三級管控體系。公司級管控參數（A級）：包括日產量、焦炭負荷、燃料比、壓差等參數；廠級管控參數（B級）：爐芯溫度、熱負荷、爐墻溫度、煤氣利用率、爐缸工作狀態等；車間級管控參數（C 級）：風壓、風量、風溫、[Si]、[S]、渣堿度、氧量、鐵口深度、出鐵正點率等。

四位一體各工序運行及產品質量參數按照趨勢管理要求運行，專人管控，對內部主要參數每天趨勢進行跟蹤分析，對于偏離標準的數據必須及時進行修正，使其按期回歸標準之內。同時及時分析、總結、歸納，以產線為單位召開內部分析會，當外圍發生波動或條件發生變化時，提出運行參數的調整建議。產線系統每天召開三長會，對爐況及關鍵參數運行情況進行分析，制定操作方針，建立運行參數臺賬，并進行分析和考核。定期召開趨勢化管理會議，各系統負責人通報各產線工藝運行參數變化趨勢，對超出標準范圍的數據進行原因分析和改正。

2.2   建立分級管控、科學匹配的鐵前運行系統

地方政府依據實時監測空氣質量結果，制定了分級預警制度，并針對長流程鋼鐵制造行業的工序特點，以污染物排放量為指標，分級制定了限產減排的具體要求。為了兼顧經濟效益與社會效益，安鋼一邊加大投資，不斷地建設、投用新型環保設備和環保工藝，一邊依據實際情況情況，把污染物排放量占據比例較大的燒結工序作為限產減排重點，制定分級管控措施如圖1所示。

圖  1  環保分級管控方案

下載: 全尺寸圖片 幻燈片

燒結機限產減排的嚴格執行，導致燒結礦供應短缺，為了維持高爐穩定運行，安鋼開源節流，一方面合理安排燒結機檢修，充分把握限產窗口期，儲備燒結礦；另一方面靈活調整鐵燒平衡，大幅降低燒結礦比例，提高球團礦比例，通過對國內外鋼鐵企業爐料結構的綜合分析和實驗研究，酸性球團礦由于高溫冶金性能與燒結礦差異較大，不利于高爐穩定運行，堿性球團具有良好的冶金性能，因此，根據安鋼現有裝備條件進行鏈篦機回轉窯生產堿性球團，并在1#高爐、2#高爐、3#高爐進行大比例球團礦實踐，如圖2所示，取得了良好的效果。

圖  2  高爐爐料結構配比圖

下載: 全尺寸圖片 幻燈片

2.3   挖掘系統長板潛力，實現綠色經濟的雙贏

根據木桶效應，由多塊木板組成的木桶，其價值在于其盛水量的多少，但決定木桶盛水多少的關鍵因素不是其最長的板塊，而是其最短的板塊。燒結工序生產受限，無法滿足高爐生產需求成為了安鋼鐵前系統的短板。與之形成對比的焦化工序，雖然同樣受分級管控的影響，但在滿足高爐需求的前提下仍有余裕產能，成為系統長板，2019年10月—2020年3月的供需平衡折線圖如圖3所示。

圖  3  焦炭供需折線圖

下載: 全尺寸圖片 幻燈片

由于焦炭長期落地存放不僅會占用場地空間和企業資金，增加費用成本，還會導致焦炭粉化，性能指標下降，不利于高爐穩定運行，同時落地存放還會帶來揚塵等環境問題，因此，不宜大量、長期存放。安鋼緊盯市場，把握采暖季焦炭市場行情上揚的機遇，進行富余焦炭外銷的靈活經營，在充分利用了焦化工序的機組產能的前提下，既降低了資金占用、節約了費用成本，又為儲存燒結礦騰出空間和場地，減少了揚塵等環境問題，挖掘出難以產生價值的“長板”之潛力，實現了經濟創效和綠色創效的雙贏。

3.   鋼后細化資源配置，全力以赴實現增效

由于環保限產的直接影響是鐵前工序，生鐵產量的降低，造成煉鋼工序原料不足，軋鋼工序坯料不足、待料停車，使得訂單超期、訂單流失的情況也越發明顯，對企業經營造成嚴重影響。為了緩解這種負面影響，安鋼通過優化生產組織、開展管理模式創新，分階段、分重點的開展增鋼增產增效，減少限產帶來的影響，同時開展“五定”管理，優化資源配置，實現減鐵減產不減效。

3.1   分階段、分重點開展增鋼增產

3.1.1   環保限產期開展節鐵增鋼

環保限產期間，高爐產量受限，生鐵供應難以滿足煉鋼工序的需求，因此適時開展實施“節鐵增鋼”生產運行模式，挖掘廢鋼使用潛力，緊緊圍繞鐵耗目標，全力以赴降低鐵水消耗、增加廢鋼使用量，進一步釋放生產系統產能，在滿足公司系統整體鐵鋼平衡的條件下，按照轉爐檢修計劃分為四個階段，噸鋼綜合鐵水消耗目標分別為875、870、865、840 kg。

為了節鐵增鋼工作的穩定有序推進，需要從以下幾個方面入手：一是在煉鐵與煉鋼兩大工序中建立聯動機制，形成上道工序對下道工序的服務意識。通過鐵水質量的穩定為煉鋼工序優化操作創造條件，為此建立了“鐵水的分類管理和按質計價”的管理制度，為鐵水質量的穩定提供保證；二是優化鐵鋼界面的運行組織,即優化鐵水運輸過程管理，通過合理配罐，控制過程節點，優化檢定修模型等手段降低鐵水罐周轉時間減少鐵水過程溫降；三是將爐料價效評價結果與生產實際相結合，優化煉鋼過程組織。結合當期公司生產組織模式形成穩定的鐵鋼平衡關系，建立便捷高效的轉爐爐料結構優化的價效評價體系，為爐料結構優化提供正確的方向，縮短單斗廢鋼裝入時間的同時增大廢鋼裝入量，進一步梳理煉鋼流程，提高轉爐冶煉效率的同時尋找過程中新的廢鋼加入點；四是優化廢鋼采購模式，拓寬供應渠道，控制采購成本，保證廢鋼質量的同時穩定煉鋼工序廢鋼配料結構；五是廠區內針對廢鋼運輸車輛的增加要相應的優化接卸車流程，提高物流效率。

3.1.2   適時開展轉爐精益高效化生產攻關

由于氣候的周期性原因，每年4—10月份氣象條件有利于粉、塵等污染物的消散，在此期間鐵前系統具備滿負荷生產的外部條件，生鐵供應能夠滿足轉爐煉鋼的原料需求。并且隨著三座35 t轉爐停產停爐，按計劃拆除進行產能置換，導致生鐵供大于求，轉爐的生產能力成為制約高爐運行的新因素。因此，開展轉爐精益高效化生產攻關，不僅可以解決鐵鋼平衡這一矛盾，還能兼顧增鋼增產、提升整體效益。

圍繞轉爐以分秒必爭的思路組織精益高效生產，構建冶煉工藝時長模型（見表3），嚴格執行不等鐵、不等廢鋼、不等渣罐、不等鋼包、不等成分的轉爐“五不等”管控原則。具體措施有：上料過程中專人負責加料跨指揮協調天車作業，加料跨天車緊密高效分布，實現上料快速移動及作業；吹煉過程中嚴格按照規程操作，提高控制水平，加強石灰等原材料質量監督檢查，早化渣、化好渣，控制好終渣，終點溫度大于1630 ℃，不倒爐出鋼；出鋼作業前確保鋼包到位，用氮氣打渣或加抑制劑出鋼，倒渣前確保渣罐到位，可倒出部分渣再濺渣縮短濺渣護爐時間，精益濺渣操作。

表  3  高效煉鋼冶煉周期目標時間表

工藝	裝廢鋼	裝鐵水	吹煉	測量終點	副槍測量	出鋼	濺渣護爐	倒渣	合計
時間/s	74	106	813	60	30	330	210	130	1753

下載: 導出CSV 

| 顯示表格

3.1.3   系統優化設備檢修方案，提升整體開機率

采暖季環保管控期間，鐵水的產能難以滿足轉爐煉鋼的鐵水原料需求。結合該特點，針對性的優化系統檢修和技改工程，將工期在3 d以上的檢修項目和技改項目，集中安排在這段期間，充分利用限產時期打牢設備基礎。以2019年秋冬季系統檢修為例，三座150 t轉爐需要進行更換爐襯、爐體裙板、除塵煙道等項目，共需58 d，將這些項目安排在“兩爐兩機”模式期間交替進行，一座轉爐施工，另外兩座轉爐正常生產，并針對這種安排進行鐵鋼資源平衡（如圖4所示），這樣既滿足了設備維護的需求，又避免了鐵水資源不足時的設備閑置。

圖  4  秋冬季檢修系統圖

下載: 全尺寸圖片 幻燈片

3.2   實行計劃“五定”系統管理，優化生產資源配置

“五定”是指通過定成本、定產量、定產線、定品種、定效益優化生產組織的一種模式，對現有的資源進行動態平衡控制，把控好各項生產指標，保證總體產量完成的同時提高重點品種比例，縮短創效產品的生產周期，突出高效產品和創效產線，創造更多的效益，以達到資源利用最大化，其針對的主要目標是以周為單位的短期計劃和日作業計劃，以日計劃的完成保證周計劃、月計劃以及年計劃的完成，最終實現減產不減效（如圖5所示）。

圖  5  生產計劃系統圖

下載: 全尺寸圖片 幻燈片

在此工作方針指導下，生產組織系統根據高爐當前運行狀態，對當天鐵水產量進行初步預測，結合生產指標完成情況，經過數據測算，確定當前合適的噸鋼鐵水消耗指標，并且對接財務、銷售，結合設備管理部門提供的設備檢修維護計劃，制定合理的短期生產計劃，由此確定鋼產量，再根據財務提供的產線的效益排序，確定資源優先分配產線。在確定過產線效益排序后，根據財務測算各品種的效益確定高效品種，從而做到軋材效益最大化。

3.3   依據產線效益開展外購坯料增產工作

由于環保分級管控限產，以及新舊產能置換的共同作用，加深了鑄機供坯與軋機需求在數量和結構上不匹配的矛盾，為了緩解該矛盾、改善生產運營的現狀，安鋼組織成立了靈活經營小組，以銷售訂單為核心，以物流運輸、生產計劃、財務核算為支點，系統性的開展購坯軋材和來料加工工作。一方面積極開拓渠道，提升采購量、采購品種，降低采購成本、運輸成本。另一方面，全方位組織協調物流，因地制宜的利用汽車運輸和鐵路運輸，加快發貨速度；靈活調整接車、卸車，提升入庫效率；積極組織軋制計劃縮短坯料在庫時間。

4.   實施效果

（1）鐵前板塊焦化工序充分挖掘“長板”潛力，在滿足環保管控條件下，不但實現了焦炭自給自足，而且還開展自產焦炭6.73萬t、噴煤煤核0.38萬t外銷，創收約1700萬元。

（2）環保嚴控期高爐通過大比例球團實踐，2019年燒結產量較2018年降低16.18%，但生鐵產量僅下降10.13%，打破了燒結礦產能不足對系統鐵、鋼、材生產的制約，實現節礦增鐵。

（3）通過分階段、分重點實施節鐵增鋼增效，2019年年度煉鋼噸鋼綜合鐵水消耗881.21 kg，同比2018年年度降低12.27 kg，實現增產9.7萬t，增效4850萬元。

（4）通過“五定”生產組織模式，實施動態資源平衡，保證總體產量完成的同時提高重點品種比例，突出高效產品和創效產線，2019年完成重點品種351.3萬t，較2018年增長27.14%。

（5）依據產線效益，購坯軋材增產增效。2019年完成購坯51萬t，增效約5000萬元。

5.   結束語

本文利用系統理論對生產制造流程進行充分研究和管理優化。鐵前系統優化方面通過建立“一體化+趨勢化”鐵前管控模式保障高爐運行穩定；依據不同管控要求建立匹配的鐵前運行模式以提高高爐運行效率；針對部分階段資源富余的情況開展靈活經營，實現資源創效以發揮工序產能，突出了協同性。鋼軋系統優化方面實施分階段、分重點開展增鋼增產；實行“五定”計劃管理，優化資源配置；依據產線效益，針對高效益產線階段性資源不足的問題開展外購坯料增產工作，突出了高效性。這一系列措施的實施對經濟效益和社會效益的統一具有顯著的作用，對國內外同行企業具有非常重要的借鑒意義。