感應電爐熔煉精配一次達到目標值 防錯技術簡單有效

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作者：曹玉亭、賀亮、邵巖海、孫相知

+ X% |8 X4 ^9 N9 a0 M0 f單位：煙臺勝地汽車零部件制造有限公司
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" ^8 e# Z2 G3 k5 ^& o來源：《金屬加工（熱加工）》雜志

1．概述

% z/ D+ q1 F8 R+ L* z1 g我公司是一家專門生產汽車制動盤的企業。目前有5個熱工部，電爐為中頻感應電爐，容量3.5～12t，數量26臺，每天鐵液熔煉量為1700t,材質為HT200、HT250和高碳灰鑄鐵，年生產鑄件達30萬t。熔煉工部微調過程中鐵液需經過多次調整才能合格。以往鐵液微調過程中合金重量的計算環節和稱重環節的操作，員工執行起來極其不便，熔煉工藝只有配比百分數，操作者憑人工計算（見圖1），加上工裝設計的缺陷，員工有時候經驗稱量(甚至不稱量)，造成多次成分調整，熔煉時間長，用電量大；并且完全沒有防錯措施，現場未劃分區域，無明確標識，存放合金的袋子都很相似，存在混用風險，掩蓋了大量不精益問題，亟待解決。
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$ G$ F. R7 p1 S+ s5 H% i圖1 原配料流程

) B' |5 p# n0 C& z8 L3 u2.改善前原狀

1 D, d# o+ O. O2 H2 h) m. _  g經前期調查，員工憑經驗加料，沒有標準，配料人工計算，造成鐵液多次調整、熔煉時間長、用電量大。經統計，鐵液最多需要經過4次調整，增加調節時間約18min。
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7 y' U" E. e# B4 q% v（1）在熔煉工藝方面 熔煉工藝只有配比百分數，操作者在調整成分時，憑人工計算。

# j' H" i: w+ Q$ X) J（2）在現場稱量方面 操作者在稱量合金時，操作很不規范，沒有標準。有用鐵鍬盛著合金在電子秤上稱量的，還有把合金放在廢棄的袋子上稱量的，有些合金的加入甚至未經過稱量，完全憑借經驗加入。

（3）在合金爐料存放方面 ①現場未劃分區域，無明確標識，存放合金的袋子都很相似，存在混用風險。②爐上存放合金的材料柜，相似的合金，如錳鐵和鉻鐵，放在了相鄰的鐵制容器里，同樣存在混用風險。
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0 u# `- ]9 h1 E/ h. E  V3．問題分析

通過魚骨刺圖（見圖2），二八法則，導致多次微調鐵液成分的原因是：人工計算、憑經驗投料。
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圖 2
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（1）人工計算 沒有現代化工具有效解決換算問題，計算時間長，容易出錯。
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相關文件里對合金的加入量規定只有一個數值，沒有公差要求，根據技術文件要計算出需要添加的重量需要確定三個參數：差值、鐵液噸位、每噸添加量。員工需要計算三者的乘積來最終確定稱重量。

舉例：技術文件規定wMn每增加0.1%，加錳鐵（60錳）1.8kg/t。

員工不但要計算實際含量與目標含量的差值，還要乘以1.8，再乘以鐵液噸位，計算復雜，易出錯。
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; q3 J% e" V4 ]" q6 W( W" \( R（2）憑經驗投料 ①原鐵液以化學成分是否合格、溫度是否達標為出爐標準。員工厭倦復雜的計算，時常不計算而僅憑經驗就投料，隨意性大。②原設計只有一個稱體，當需要調整多種合金時，員工需要反復使用一個稱體進行稱重，易出現漏稱現象。

4．解決方案

4 n5 ]# B7 u+ y/ C6 c4 D* X通過分析對合金配料系統進行了構思，如圖3所示。

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3 u3 E% S# x. ?6 @+ w1 ~' w圖3 合金配料系統

將試樣從電爐送至光譜試驗室后，將合金百分比數據傳輸至軟件系統。軟件將自動換算加料數據，并將計算的數值傳送至儀表，準確率100%，不需員工口頭計算，員工稱量準確確認后，稱量結束，數據穩定中線范圍，智能換算（目視化稱重)，如圖4所示。

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' e1 V2 ~* F8 ^圖 4
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/ X+ j% _! O0 }: C/ g- ^8 C' e9 |員工根據終端電子稱儀表顯示的目標量逐一對應稱量，并使用安燈防錯系統提示稱重是否合格，如圖5所示。
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圖5 安燈防錯系統

5．執行方案并標準化

' o( ^+ n: D( o! N方案制定后對員工進行全面培訓，使員工充分理解并嚴格按要求執行。例如：我們編制了系統操作的標準作業，在實施前對員工進行了培訓。表1是“系統操作標準”。

, S5 d# B' b2 s, N: t點擊進入看圖評論

5 [$ ], a3 k. B, l' d5 Y) J每周檢查執行情況，發現問題后立即反饋并制定應對措施。
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6 ]+ a5 Z8 V- h- ?5 ?3 @6．效果展示
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+ g% v/ `# L- B, ^, P（1）鐵液成分更加穩定 以往人工稱量是以口算、心算添加合金元素，稱重時甚至憑經驗添加合金，對材質穩定性有一定的影響，個別元素雖然在合格范圍內，但是會因為人為因素忽高忽低。

應用合金配料系統后，多數參數設置在中線范圍，并且保證了稱量范圍，鐵液化學成分更加穩定。以下是對Cr元素等進行過程能力分析，如圖6所示。
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圖6 Cr元素等過程能力分析
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1 ~# Q, p  d9 g2 D& D1 K1 L8 E（2）換算準確 ，時間短 不需員工計算，操作簡單有效，配料時間節省5～10min。表2是配料時間統計。

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( P( v) }% P/ p: P4 S: Y（3）避免人因錯誤，防錯效果更佳 在設計初期對6種微調元素逐一對應臺秤，使其保證不會出現漏稱和拿錯的現象發生（見圖7）.
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, G5 s. a# P0 L( v: N+ D? 合金元素的原材料包裝袋進行相應的顏色要求，顏色與托盤顏色一致，防止混料（見圖8）。

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4 z- }0 I7 s; R圖 7

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  u$ P! g5 `! ]+ X% T圖 8
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（4）稱量勞動強度減少 重新設計的料斗進行了加高處理，員工在稱量時不必再彎腰（見圖9）。

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, j5 w9 @3 q( ~圖 9

（5）數據統計功能 軟件帶有數據采集及統計功能，對于微調金屬用量可以有效監控，例如：金屬銅的使用量，每次添加完畢后會形成用量報表，對銅的用量進行監控，配合財務部的監控系統可以有效避免銅的失竊。

7．成果與收獲
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通過改善獲得以下成果：

) G$ a+ e. ^* k( R2 F（1）成本 很多鑄造企業從熔煉角度尋求節約成本的方法，卻忽略了在配料期間產生的等待和能耗浪費，該項目經推廣全廠每年可節約電費約422萬元。

+ {5 [! ]: P7 ~/ I+ d' \（2）提高效率，質量穩定 2016年全年一次微調合格率最高達99.7%，每爐次配料時間節省5～10min，提高生產效率，減少線上等待，且每車間每天可多熔化一爐鐵液，系統配料比人工配料成分一致性高，質量穩定。
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（3）員工操作更加簡單 合金稱量系統是“傻瓜式”操作，不需要冒著人工算錯的風險稱量，現在一個稱對應一個元素，目視化稱重，任何新員工都可以通過短時間培訓后上崗，真正的簡單有效。

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鑄造小虎

1．概述
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我公司是一家專門生產汽車制動盤的企業。目前有5個熱工部，電爐為中頻感應電爐，容量3.5～12t，數量26臺，每天鐵液熔煉量為1700t,材質為HT200、HT250和高碳灰鑄鐵，年生產鑄件達30萬t。熔煉工部微調過程中鐵液需經過多次調整才能合格。以往鐵液微調過程中合金重量的計算環節和稱重環節的操作，員工執行起來極其不便，熔煉工藝只有配比百分數，操作者憑人工計算（見圖1），加上工裝設計的缺陷，員工有時候經驗稱量(甚至不稱量)，造成多次成分調整，熔煉時間長，用電量大；并且完全沒有防錯措施，現場未劃分區域，無明確標識，存放合金的袋子都很相似，存在混用風險，掩蓋了大量不精益問題，亟待解決。
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: E* P. @, w6 i3 @0 S2 {4 V0 Q, D. e7 R圖1 原配料流程
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2.改善前原狀

經前期調查，員工憑經驗加料，沒有標準，配料人工計算，造成鐵液多次調整、熔煉時間長、用電量大。經統計，鐵液最多需要經過4次調整，增加調節時間約18min。

& X, B0 t( q5 Y% c/ R（1）在熔煉工藝方面 熔煉工藝只有配比百分數，操作者在調整成分時，憑人工計算。
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（2）在現場稱量方面 操作者在稱量合金時，操作很不規范，沒有標準。有用鐵鍬盛著合金在電子秤上稱量的，還有把合金放在廢棄的袋子上稱量的，有些合金的加入甚至未經過稱量，完全憑借經驗加入。

（3）在合金爐料存放方面 ①現場未劃分區域，無明確標識，存放合金的袋子都很相似，存在混用風險。②爐上存放合金的材料柜，相似的合金，如錳鐵和鉻鐵，放在了相鄰的鐵制容器里，同樣存在混用風險。
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3．問題分析

通過魚骨刺圖（見圖2），二八法則，導致多次微調鐵液成分的原因是：人工計算、憑經驗投料。

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3 E  S5 y, w+ h. d% p（1）人工計算 沒有現代化工具有效解決換算問題，計算時間長，容易出錯。

0 C* I7 L  }4 q! k相關文件里對合金的加入量規定只有一個數值，沒有公差要求，根據技術文件要計算出需要添加的重量需要確定三個參數：差值、鐵液噸位、每噸添加量。員工需要計算三者的乘積來最終確定稱重量。

舉例：技術文件規定wMn每增加0.1%，加錳鐵（60錳）1.8kg/t。

員工不但要計算實際含量與目標含量的差值，還要乘以1.8，再乘以鐵液噸位，計算復雜，易出錯。
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/ u7 K3 {7 W# Q8 h（2）憑經驗投料 ①原鐵液以化學成分是否合格、溫度是否達標為出爐標準。員工厭倦復雜的計算，時常不計算而僅憑經驗就投料，隨意性大。②原設計只有一個稱體，當需要調整多種合金時，員工需要反復使用一個稱體進行稱重，易出現漏稱現象。
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4．解決方案

通過分析對合金配料系統進行了構思，如圖3所示。

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圖3 合金配料系統

將試樣從電爐送至光譜試驗室后，將合金百分比數據傳輸至軟件系統。軟件將自動換算加料數據，并將計算的數值傳送至儀表，準確率100%，不需員工口頭計算，員工稱量準確確認后，稱量結束，數據穩定中線范圍，智能換算（目視化稱重)，如圖4所示。

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0 B0 u7 U. s* T0 W8 I圖 4
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員工根據終端電子稱儀表顯示的目標量逐一對應稱量，并使用安燈防錯系統提示稱重是否合格，如圖5所示。

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圖5 安燈防錯系統
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每周檢查執行情況，發現問題后立即反饋并制定應對措施。
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6．效果展示

8 n! r. S) R* o; i" L6 P8 v4 ]（1）鐵液成分更加穩定 以往人工稱量是以口算、心算添加合金元素，稱重時甚至憑經驗添加合金，對材質穩定性有一定的影響，個別元素雖然在合格范圍內，但是會因為人為因素忽高忽低。
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( b" V; _8 ^! l: k9 e' o應用合金配料系統后，多數參數設置在中線范圍，并且保證了稱量范圍，鐵液化學成分更加穩定。以下是對Cr元素等進行過程能力分析，如圖6所示。
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圖6 Cr元素等過程能力分析
) @3 D  y% k5 {  A
3 s% d. U% f, j0 h（2）換算準確 ，時間短 不需員工計算，操作簡單有效，配料時間節省5～10min。表2是配料時間統計。
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- g& h  k! `" l' q& y（3）避免人因錯誤，防錯效果更佳 在設計初期對6種微調元素逐一對應臺秤，使其保證不會出現漏稱和拿錯的現象發生（見圖7）.

$ E# |, c$ L4 p2 Z' |6 X! h? 合金元素的原材料包裝袋進行相應的顏色要求，顏色與托盤顏色一致，防止混料（見圖8）。
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圖 7
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6 v1 |% X% g0 d（4）稱量勞動強度減少 重新設計的料斗進行了加高處理，員工在稱量時不必再彎腰（見圖9）。

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+ w7 p; \- D7 I3 H! f- {4 I3 m圖 9
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& C3 T( b( }) a2 s# K) v; f（5）數據統計功能 軟件帶有數據采集及統計功能，對于微調金屬用量可以有效監控，例如：金屬銅的使用量，每次添加完畢后會形成用量報表，對銅的用量進行監控，配合財務部的監控系統可以有效避免銅的失竊。
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0 l  F7 m2 `4 p* ?7．成果與收獲
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% [% p& y4 h) P4 g. M8 D2 S4 Y通過改善獲得以下成果：

（1）成本 很多鑄造企業從熔煉角度尋求節約成本的方法，卻忽略了在配料期間產生的等待和能耗浪費，該項目經推廣全廠每年可節約電費約422萬元。
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（2）提高效率，質量穩定 2016年全年一次微調合格率最高達99.7%，每爐次配料時間節省5～10min，提高生產效率，減少線上等待，且每車間每天可多熔化一爐鐵液，系統配料比人工配料成分一致性高，質量穩定。
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（3）員工操作更加簡單 合金稱量系統是“傻瓜式”操作，不需要冒著人工算錯的風險稱量，現在一個稱對應一個元素，目視化稱重，任何新員工都可以通過短時間培訓后上崗，真正的簡單有效。
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老翻砂匠

鑄造小虎 發表于 2022-5-14 06:26
1．概述

我公司是一家專門生產汽車制動盤的企業。目前有5個熱工部，電爐為中頻感應電爐，容量3.5～12t，數 ...

; m+ `$ S5 C4 C! v+ T; C感謝虎總將這篇文章補充完整！

鑄造小貓

之前見過青島的一個企業推銷過類似的系統，當時受產量影響，感覺價值有限，沒過多的考慮。那套系統是介紹的時候說是震動下料，然后稱重，料倉比照片中的大。

jnzhangmeng

不錯，有幸參與了勝地公司的很多改造項目。有交流的可以聯系。