（冶金工程专业论文）提高烧结矿碱度稳定率的研究.pdf

一 。， 、0 j i ad i s s e r t a t i o ni nf e r r o u sm e t a l l u r g y s t u d y o ni m p r o v i n gt h es t a b i l i t yo fs i n t e rb a s i c i t y b y g u ox i a o - y i n g s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o r x ul i - x i a n n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u l y2 0 0 9 l _ 噍 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的，论文中取得的 研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其它人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包括本人为获得其它学位而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名： 研院q 日期： d广 1 _ l 垆。 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： - 自 l - k 一 东北大学硕士学位论文 摘要 提高烧结矿碱度稳定率的研究 摘要 烧结矿是高炉冶炼的主要原料，其质量的好坏直接关系到炼铁生产过程稳定、顺行 和其它技术经济指标的完成。烧结矿不仅要品位高，强度高，粒度组成合理、粉末少， 而且烧结矿的碱度稳定对高炉有较大影响。众所周知，改善烧结矿质量是高炉精料的主 要内容，也是提高高炉经济技术指标的基础。特另【 是烧结矿碱度稳定率的提高，对烧结 和炼铁的产量、质量都有着重要的影响，国内经验碱度稳定率每提高1 0 时，焦比降低 1 ，产量提高1 5 ，由此可见烧结矿碱度稳定率的提高对强化高炉冶炼、增铁节焦有 着重要的意义。 本课题旨在针对本钢目前的原料条件，通过对烧结过程各参数的控制及配料过程的 优化，找出影响本钢烧结矿碱度稳定率的因素，并相应的研究其应对措施，改造烧结设 备、工艺和技术，有效地克服烧结过程中所出现的难题，生产出质量好、强度高的优质 烧结矿，从而改善高炉的生产指标，提高生铁产量、降低生产成本，为钢铁企业创造良 好的经济效益。得到得主要结论如下： ( 1 ) 利用统计学知识，对改善类似烧结矿碱度稳定率质量问题，找出影响因素， 进行改善，效果明显。 ( 2 ) 在寻找影响烧结矿碱度的潜在根本原因时采用了鱼骨图，从人、机、料、法、 环、测六个环节入手，查找影响烧结矿碱度潜在的末端因素，发掘出9 个潜在的根本原 因。 ( 3 ) 影响烧结矿碱度的根本因素为：生石灰c a o 含量波动、混合铁料s i 0 2 含量波 动、石灰石s i 0 2 含量波动、石灰石c a o 含量波动、石灰石粒度、班别。 ( 4 ) 对生石灰c a o 波动、混合铁料s i 0 2 波动、石灰石s i 0 2 波动、石灰石c a o 的 波动、石灰石粒度、班别差别等进行改善，烧结矿碱度稳定率达到8 4 8 5 ，圆满完成 了烧结矿碱度稳定率8 3 的既定目的，对烧结生产有重大意义。 关键词烧结，碱度稳定率，设备改造，措施 h ， l s t u d yo ni m p r o v i n gt h es t a b i l i t yo fs i n t e rb a s i c i t y a bs t r a c t s i n t e ri st h em a i nr a wm a t e r i a lf o r b l a s tf u r n a c e ，t h eq u a l i t yo fs i n t e ri sd i r e c t l yr e l a t e dt o t h es t a b i l i t yo fi r o np r o d u c t i o np r o c e s sa n do t h e rt e c h n i c a la n de c o n o m i ci n d i c a t o r s a p a r t f r o mh i g hg r a d e ，h i g hs t r e n g t h ，p e r f e c ts i z ed i s t r i b u t i o n ，l e s sp o w d e r , t h es t a b i l i t yo fro f s i n t e ra l s oh a sg r e a ti n f l u e n c eo nb l a s tf u r n a c es m e l t i n g a sw ea l lk n o w , t oi m p r o v et h e q u a l i t yo fs i n t e ri st h em a i nc o n t e n to fb l a s tf u r n a c ef e e da n di s a l s ot h eb a s i so fi m p r o v i n g t e c h n i c a la n de c o n o m i ci n d i c a t o r s e s p e c i a l l y , i m p r o v i n gt h es t a b i l i t yo fr o fs i n t e rh a sg r e a t i n f l u e n c eo nq u a l i t ya n dq u a n t i t yi ns i n t e r i n ga n di r o n m a k i n g a c c o r d i n gt o d o m e s t i c e x p e r i e n c e ，w h e ns t a b i l i t yi n c r e a s e sb y 10 ，t h ec o k er a t i or e d u c e db y1 a n dt h eq u a n t i t y i n c r e a s e db y1 5 f r o mt h i s ，i m p r o v i n gt h es t a b i l i t yo fr o fs i n t e ri si m p o r t a n tf o rb l a s t f u r n a c es m e l t i n gs t r e n g t h e n i n g ，p r o d u c t i v i t yi n c r e a s i n ga n dc o k es a v i n g t h ep r o j e c tb a s eo nt h ec u r r e n tc o n d i t i o n so fr a wm a t e r i a l si nt h ef a c t o r y , s t u d yo nt h e c o n t r o lo ft h es i n t e r i n gp r o c e s sp a r a m e t e r sa n dt h eo p t i m i z a t i o no ft h eb a t c h i n gp r o c e s s ，f i n d o u tt h ef a c t o r st h a ti n f l u e n c et h es t a b i l i t yo fro fs i n t e r , a n dr e s e a r c hc o r r e s p o n d i n gm e a s u r e s t h r o u g ht r a n s f o r m i n gs i n t e r i n ge q u i p m e n t ，p r o c e s s e sa n dt e c h n o l o g y , e f f e c t i v e l yo v e r c o m e t h ep r o b l e m se m e r g i n gf r o mt h es i n t e r i n gp r o c e s s ，a n dp r o d u c eg o o dq u a l i t y , h i g hs t r e n g t h s i n t e r , t h e nt h eb l a s tf u r n a c ep r o d u c t i o nt a r g e t sc a ng e tb e t t e ra n dc a na l s oi m p r o v ei r o n p r o d u c t i o n ，l o w e rp r o d u c t i o nc o s t sa n dc r e a t eag o o de c o n o m i c b e n e f i t sf o rs t e e lc o m p a n y t h em a i nc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) u s i n gs t a t i s t i c a lk n o w l e d g e ，t oi m p r o v et h ep r o b l e m o ft h es t a b i l i t yo fro fs i n t e r i n g o r e ，t of i n do u tt h ef a c t o r s ，t oi m p r o v et h ep r o b l e m s ，a n dt h er e s u l t si ss i g n i f i c a n t ( 2 ) u s i n gf i s h b o n ed i a g r a mi nt h ep r o c e s so fs e a r c h i n gf o rt h ei m p a c to f t h ep o t e n t i a l c a u s e so fro fs i n t e r t h r o u g hs t u d y i n go nt h ep o t e n t i a li m p a c to nr o fs i n t e rf r o mp e o p l e ， m a c h i n e s ，m a t e r i a l s ，m e a s u r e s ，s u r r o u n d i n g ，9p o t e n t i a lc a u s e sw e r ef o u n do u t ( 3 ) t h ee s s e n t i a lf a c t o r sf o re f f e c t i n gr o fs i n t e ra r et h ef l u c t u a t i o n so fc a oi nq u i c k l i m e ， t h ef l u c t u a t i o n so fs i 0 2i nm i x e di r o nm a t e r i a l ，t h ef l u c t u a t i o n so fs i 0 2i nl i m e s t o n e ，t h e f l u c t u a t i o n so fc a oi nl i m e s t o n e ，t h el i m e s t o n ep a r t i c l es i z ea n dd i f f e r e n tc l a s s e s ( 4 ) t h r o u g hi m p r o v i n gt h ef l u c t u a t i o n so fc a o i nq u i c k l i m e ，t h ef l u c t u a t i o n so fs i 0 2i n i i i 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t m i x e di r o nm a t e r i a l ，t h ef l u c t u a t i o n so fs i 0 2i nl i m e s t o n e ，t h ef l u c t u a t i o n so fc a oi n l i m e s t o n e a n d ，t h el i m e s t o n ep a r t i c l es i z ea n dd i f f e r e n tc l a s s e s ，t h es t a b i l i t yo fro fs i n t e r r e a c h8 4 8 5 ，c a r r y i n gt h ep u r p o s eo f8 3 t of u l lc o m p l e t i o na n dw h i c hi sv e r yi m p o r t a n tf o r s i n t e rp r o d u c t i o n k e yw o r d s ：s i n t e r i n g ；t h es t a b i l i t yo fr ；e q u i p m e n tm o d i f i c a t i o n ；m e a s u r e s i v 东北大学硕士学位论文 目录 目录 独创性声明i 学位论文版权使用授权书i 摘要i i a b s t i 认c t i i i 目录v 第1 章引言 1 1 原料性能对烧结矿碱度的影响3 1 1 1 含铁原料成分的影响3 1 1 2 生石灰的影响4 1 2 强化措施的研究4 1 2 1 稳定铁矿原料成分5 1 2 2 稳定石灰成分的措施6 1 2 3 其它方面的强化措施8 1 3 研究的目的及意义9 第2 章原料性能及研究方法。1 0 2 1 原料性能1 0 2 2 研究方法1 1 2 2 1 应用软件11 2 2 2 统计学工具1 2 2 3 研究目标13 第3 章测量系统的可靠性研究及制造过程能力分析。1 4 3 1 测量系统分析1 4 3 1 1 影响测量过程波动1 5 3 1 2 量具r & r 研究一方差分析法1 6 3 1 3 测量系统能力评估判断。1 9 v 东北大学硕士学位论文 目录 3 2 制造过程能力分析2 0 3 2 1 正态性检验2 3 3 2 2 流程稳定性分析。2 4 3 2 3 制造过程能力分析2 5 3 3 小结2 6 第4 章影响烧结矿碱度因素研究。2 7 4 1 因子查找2 7 4 2 主要因子筛选2 7 4 2 1f m e a 分析2 7 4 2 2 关键因子的确定3 1 4 3 因子对烧结矿碱度影响的研究31 4 3 1 班组对烧结矿碱度的影响。3 2 4 3 2 混合铁料s i 0 2 波动量的影响3 6 4 3 3 生石灰c a o 波动量的影响3 9 4 3 4 石灰石c a o 含量波动的影响4 4 4 3 5 石灰石s i 0 2 含量波动的影响4 7 4 3 6 生石灰配比的影响5 1 4 3 7 焦煤粒度的影响5 5 4 3 8 富矿粉配比的影响5 8 4 3 9 石灰石粒度的影响6 1 4 4 j 、结6 4 第5 章稳定烧结矿碱度的研究6 6 5 1 对班组的改进方案6 6 5 2 原料改进方案6 7 5 2 1 对含铁料的要求6 7 5 2 2 对生石灰的要求。6 7 5 2 3 对石灰石的要求6 8 5 2 4 对燃料波动采取的措施6 8 5 2 5 设备改造6 8 5 3 验证改进效果6 9 v i 东北大学硕士学位论文 目 录 第6 章结论。7 1 参考文献7 2 致谢7 3 v i i 第1 章引言 本钢炼铁厂目前拥有高炉4 座，生产能力为年产生铁9 6 0 2 万吨，其中2 6 5 0m 3 高 炉1 座，2 8 5 0m 3 高炉两座，4 3 5 0m 3 高炉1 座；7 5 m 2 烧结机5 台，2 6 5m 2 烧结机两 台，3 6 0m s 烧结机1 台，以及其他相关各种配套设施。高炉和烧结的主要参数见表1 1 和表1 2 。 表1 1 高炉的主要参数 t a b l e1 1m a i np a r a m e t e r so fb l a s tf u r n a c e 随着炼铁技术的不断进步，改善烧结矿质量是高炉精料的主要内容，也是提高高炉 经济技术指标的基础【1 1 。烧结矿不仅要求品位高，强度高，粒度组成合理、粉末少，而 且要求成分稳定【2 。】。实践证明烧结矿碱度稳定能够使高炉稳定顺行，烧结矿碱度稳定 率的提高，对烧结和炼铁的产量、质量都有着重要的影响，国内经验碱度稳定率每提高 1 0 时，焦比降低l ，产量提高1 5 ，由此可见烧结矿碱度稳定率的提高对强化高炉 冶炼、增铁节焦有着重要的意义【4 巧】。因此，提高烧结矿碱度稳定率，改善烧结矿质量 是烧结生产一项重要经济技术指标。 本钢2 6 5 m 2 烧结2 0 0 7 年烧结矿碱度稳定率为7 9 0 4 ，不能完全满足高炉要求，与 同行业鞍钢烧结矿碱度稳定率8 3 9 2 有一定的差距，因此烧结矿碱度稳定率尚有改进 机会。 2 0 0 7 年1 月份2 0 0 8 年4 月份本钢2 6 5 m 2 烧结矿碱度稳定率如图1 1 。根据高炉冶 炼反馈，烧结矿质量对高炉生产的影响如图1 2 。2 0 0 7 年7 1 2 月份烧结矿质量指标对高 炉产生不良影响，其中碱度稳定率影响占总影响的6 0 ，为主要影响因素。为了改善高 炉冶炼因此针对提高烧结矿碱度( 本研究中碱度指二元碱度，碱度= c a o s i 0 2 ) 稳定率 进行研究。碱度稳定率指烧结矿相邻批次碱度之差士o 0 5 的量占烧结矿碱度合格量的 百分率。 目前，烧结矿是我国炼铁生产的主要铁矿原料之一，其产质量好坏对高炉冶炼有着 直接影响，而烧结矿碱度的稳定性直接关系到炼铁高炉的稳定顺行及技术经济指标的改 善。提高烧结矿碱度的稳定性是烧结生产的关键技术，在烧结矿生产过程中，影响烧结矿 碱度稳定的因素较多，主要为原、燃料成分的稳定性，原、燃料破碎、混匀工序产品质 量的稳定性和配料工序的配料精度等【6 。9 】。 本章详细论述了烧结原料对烧结矿碱度的影响情况，并对其强化措施进行了探讨。 图1 12 0 0 7 年1 月2 0 0 8 年4 月烧结矿碱度稳定率 f i g 1 - 1s i n t e r i n go r ers m b i l i t yi n2 0 0 7 1 - 2 0 0 8 4 2 图1 22 0 0 7 年7 月1 2 月份影响烧结质量因素排列图 f i g 1 2i n f l u e n c i n gf a c t o r so fs i n t e r i n gq u a l i t yi n2 0 0 7 7 - 2 0 0 7 1 2 1 1 原料性能对烧结矿碱度的影响 1 1 1 含铁原料成分的影响 对多数钢铁企业来讲，原料来源复杂、品种多、化学成分波动大，这对提高烧结矿 品位、碱度稳定性造成了很大的困难。原料条件对烧结矿品位，碱度稳定性的定性关系 早已为人所知【1 0 】。目前，大多数厂家都对烧结用含铁原料进行了中和混匀，这样混匀料 的化学成分波动就直接决定了烧结矿的质量水平，混匀料的t f e 波动对应着烧结矿的品 位稳定性。 例如马钢2 0 0 2 年3 月份前没有混匀料场，原料进厂就进入配料室配料，这样直接 影响烧结矿物理成分和化学成分的稳定，并且该厂原料料种多而杂，而且每种料配比波 动较大。2 0 0 2 年3 月份建成了混匀料场，为稳定原料成分将炉灰、铁皮、安庆精矿、姑 山精矿及马钢公司积压的库存料进行混匀造堆，从而保证整堆料物理成分及化学成分的 稳定，其中品位稳定率( 士1 0 ) 已达到8 5 ，s i 0 2 稳定率( 士o 5 ) 已达到9 0 。 3 1 1 2 生石灰的影响 烧结生产中加入石灰主要是使烧结矿碱度达到一定要求，确保在高炉冶炼过程中不 加或少加石灰石。 生石灰在烧结过程中的作用： ( 1 ) 生石灰加水消化放热，提高料温，降低过湿层厚度，改善料层透气性。 ( 2 ) 有利于强化制粒，提高小球的成球率和强度，提高烧结机利用系数及产量。 ( 3 ) 促进液相生成、降低燃料消耗。在添加熔剂生产熔剂性烧结矿时更容易生成 熔点低、流动性好、易凝结的液相，它可降低燃烧带的温度和厚度，减少液相气动阻力， 显著提高烧结速度，降低燃料消耗。 ( 4 ) 对焦粉、煤粉燃烧具有催化作用。 1 9 8 7 年马钢开始大规模使用生石灰后作用与效果较明显，加2 5 的生石灰，混 合料平均粒度增大l m m ，提高产量4 0 - 4 5 。安阳利用生石灰强化制粒，配加8 生 石灰( 烧结矿碱度1 7 8 ) 利用系数提高了1 6 5 3 ，能耗降低了2 5 公斤标煤吨烧结矿， 综合合格率提高了2 8 4 。但是生石灰在烧结中的用量有一定限制，一般控制在不大于 5 6 。生石灰用量过多除不经济外还使物料过分疏松，混合料堆比重降低，生球强 度变坏。在烧结过中由于存在未消化的生石灰而使料层的透气性变坏，烧结矿的强度也 会降低，f e o 反而升高，脱硫率降低。 因此应在生产实践中结合具体情况找出生石灰的最佳配比，并合理使用，使其充分 发挥其强化效果，从而提高烧结矿的产、质量。 如果生石灰质量不稳定，例如：c a o 含量波动大；粒度偏大且粒度组成波动大；生 烧、过烧等，会给生石灰的精确计算带来困难，特别在高碱度烧结矿生产过程中随着生 石灰用量的增加更难精确控制，从而影响烧结矿合格率及碱度的稳定率【1 1 1 。另外，由于 粒度偏大消化不完全使热量利用及粘附效果变差，强化制粒作用没有充分发挥出来，并 且在混合料中易造成偏析。这将影响烧结过程中料层的透气性，降低垂直烧结速度。由 于生石灰消化不完全在成品矿中存在“白点”影响烧结矿强度。 1 2 强化措施的研究 从烧结矿碱度公式看，碱度主要受s i 0 2 、c a o 两个因素影响，而s i 0 2 、c a o 波动 原因有： ( 1 ) 原料成分波动，烧结含铁原料有精矿，富矿粉其他杂料，各种原料的s i 0 2 含 4 量差异比较大，且各自的s i 0 2 波动也比较大。 ( 2 ) 生石灰j 石灰石c a o 含量波动是c a o 波动的主要原因。 因此，必须对含铁原料系统及熔剂系统采取强化措施，达到稳定原料s i 0 2 、c a o ， 从而稳定烧结矿碱度。 1 2 1 稳定铁矿原料成分 首先，保证有稳定的铁矿供应厂商，以避免铁矿成分的波动，以及烧结原料配比的 波动。 其次，加大原料的混匀的力度，加强料场管理。宝钢、武钢等钢厂均有比较大型化 的原料准备基地，对原料进行分类堆存，加强原料的混匀，稳定原料成分。 安钢对原料化学成分稳定性采取如下措施： ( 1 ) 精矿仓库采用往复移动式卸料皮带小车，做到卸料均匀。 ( 2 ) 精矿仓库采用按矿粉成分的高低分堆储存。 ( 3 ) 精矿粉库出料时要采用高低成分分别进入配料室槽上。从而保证了混匀料质 量的稳定，其t f e 6 1 o ，品位稳定率( 士1 0 ) 9 0 ，s i 0 2 稳定率( 士o 5 ) 9 0 。 杭钢由于使用的含铁原料品种多，共有1 0 1 2 种，其中厂内回收料3 种，进口矿粉 5 种左右、国内精粉2 种、以及铁屑和国内粗粉铁原料，配矿波动大，质量波动大，其 中矿种之间铁品位的极差约2 0 ，硅含量的极差也有1 9 ；单种料批量小，造成混匀矿 成分不稳定。为此，采取了以下一系列措施： ( 1 ) 建立了二次原料料场，加强了原料的混匀，一方面通过增设堆场挡土墙提高混 匀矿堆存能力，另一方面在堆料过程中，通过减小流量，增加堆料机机速，使混匀料堆 的堆料层数从4 0 0 层提高到6 5 0 层，有效的提高了混匀的程度，提高了混匀矿质量稳定率。 ( 2 ) 将高炉返矿、厂内回收料根据其回收量按一定比例配料，使其能均匀混匀到 其它铁原料中。 ( 3 ) 将烧结除尘灰直接转到返矿中，与厂内其它回收料一起参与配料。 ( 4 ) 采用“等硅等铁堆料技术”等，稳定混匀料的化学成分。 通过采取一系列措施，使二次原料铁合格率提高到了8 1 6 2 以上，硅合格率提高到 了8 3 3 3 以上，提高了混匀料化学成分的稳定性。 莱钢烧结使用混匀料后烧结矿稳定性虽然有了进步，但比起首钢、宝钢还有一定差 距。全铁士o 5 和碱度士0 0 5 的稳定率首钢均在9 6 以上，宝钢则接近1 0 0 。就莱钢现 有条件，为了提高混匀料成分稳定率，一是用好现有料场，改进混匀工艺，二是占用闲 5 散地面，适当扩建混匀料场。现混匀料场长度延长1 0 0 m 混匀堆料量可增加到1 8 万t ， 换料周期可由7 天延长到15 天，混匀料质量稳定性提高，有利于烧结矿质量稳定。 1 2 2 稳定石灰成分的措施 生石灰应以不生烧、不过烧、c a o 含量高且稳定；粒度均匀，原则上 o 0 1 被认为是具有统计学意义，而o o l 郄i 0 0 0 1 被认为具有高度统计学意义。 在显著性检验中，否定或接受无效假设的依据是“小概率事件实际不可能性原理”。口用 在假设检验中，用来确定否定或接受无效假设的概率标准( 显著性水平s i g n i f i c a n c e l e v e l ) ，是指拒绝真实原假设( 类型i 错误) 的最大可接受风险水平，并用0 到1 之间的 概率表示。一般在开始分析之前设置，然后将p 值与口相比较以确定显著性：如果p 值小于或等于口水平，则否定原假设，而接受备择假设。如果p 值大于口水平，则不能 否定原假设。在研究中常取口= o 0 5 或5 = 0 0 1 。 2 2 2 统计学工具 方差分析( a n o v a ) 用于两个及两个以上样本均数差别的显著性检验。由于各种因素的影响，研究所得 的数据呈现波动状。造成波动的原因可分成两类，一是不可控的随机因素，另一是研究 中施加的对结果形成影响的可控因素。 一个复杂的事物，其中往往有许多因素互相制约又互相依存。方差分析的目的是通 过数据分析找出对该事物有显著影响的因素，各因素之间的交互作用，以及显著影响因 素的最佳水平等。方差分析是在可比较的数组中，把数据间的总的“变差”按各指定的变 差来源进行分解的一种技术。对变差的度量，采用离差平方和。方差分析方法就是从总 离差平方和分解出可追溯到指定来源的部分离差平方和，这是一个很重要的思想。 经过方差分析若拒绝了检验假设，只能说明多个样本总体均数不相等或不全相等。 若要得到各组均数间更详细的信息，应在方差分析的基础上进行多个样本均数的两两比 较。 等方差检验用于检验总体或因子水平之间的方差是否相等。 有三种常见的等方差检验： b a r t l e t t 检验：在数据来自正态分布时使用；b a r t l e t t 检验不适应偏离正态分布的情 况。 l e v e n e 检验：当数据来自连续( 但不一定正态) 分布时使用。此方法考虑观测值 与其样本中位数而非样本平均值的距离，从而使检验对小型样本更健壮。 f 检验：在只比较两个方差时用于替代b a r t l e t t 检验。例如，在单因子方差分析中， f 检验将组平均值之间的方差与组内方差进行比较。 1 2 基本思想：通过分析研究中不同来源的变异对总变异的贡献大小，从而确定可控因 素对研究结果影响力的大小。 2 3 研究目标 以2 0 0 7 年二烧结车间烧结矿碱度稳定率完成情况为基线，基线定为7 9 0 4 ，目标 参照鞍钢达到8 3 ，极限目标定为为8 3 6 。烧结矿碱度波动范围由土0 1 0 降n + o 0 5 ， 高炉利用系数提高2 5 ，焦比降低1 3 。碱度稳定率由7 9 0 4 提高到8 3 ，增加铁产 量2 8 0 0 吨，降低焦炭9 4 0 8 吨。 1 3 第3 章测量系统的可靠性研究及制造过程能力 分析 3 1 测量系统分析 所谓测量系统分析，是指用统计学的方法来了解测量系统中的各个波动源，以及它 们对测量结果的影响，最后给出本测量系统是否合乎使用要求的明确判断。测量系统必 须具有良好的准确性和精确性。事实上，我们观测到的总波动包含了过程本身的波动和 测量过程的波动。所以在采用试验数据进行分析之前，我们有必要对测量系统的能力进 行评估。 测量对象：碱度；样本数量：1 0 个；检验员：编号1 群、2 撑、3 撑；测量方法：3 个检 验员分别对给定的l o 个样本各测量2 次。 样品的测量结果见表3 1 。 表3 1 测量样品分析 t a b l e3 1a n a n y s i so fs a m p l e 1 4 3 1 1 影响测量过程波动 ( 1 ) 重复性波动( e v ) ： 重复性( r e p e a t a b i l i t y ) 是指在尽可能相同的测量条件下，对同一测量对象进行多次 重复测量所产生的波动。重复性波动主要是反映量具本身的波动，记为e v 。 e v ：辈 ( 3 1 ) c l 式中：r 一一重复测量同一零件极差的平均值 d 依赖于两个量m 与g ，m 是重复测量次数，g 是操作者数k 与测量对 象个数1 1 的乘积，可通过查数值表查得d 宰值 ( 2 ) 再现性波动( a 、，) 再现性( r e p r o d u c i b i l i t y ) 是指不同的操作者使用相同的量具，对相同的零件进行多 次测量而产生的。再现性主要是度量不同的操作者在测量过程中产生的波动，记为a v 。 一( 半) 2 _ 掣 2 ， 式中：r o 操作者间的极差 r 一一重复测量同一零件极差的平均值 m 是测量次数 g - 一是操作者数k 与测量对象个数n 的乘积， d 木依赖于两个量m 与g ，可通过查数值表查得d 术值 ( 3 ) 测量对象间的波动( p v ) ： 对测量对象来说，总是存在差异的，如果测量n 个不同的对象，就可以得到i 1 个测 量值，如果有i 1 个测量对象，k 个测量者，每个测量者对每个测量对象均重复测量m 次， 那么对这些测量对象可计算得到n 个均值，计算其极差r p ，则测量对象间的波动记为 p v 。 尸矿= 丁5 1 5 r p ( 4 ) 测量过程的总波动( t v ) ： ：肝万i 万i 而 ( 3 3 ) ( 3 4 ) 3 1 2 量具r & r 研究一方差分析法 根据量具选择的原则：如果所有操作员都测量每一批部件，则选择交叉量具r & r ( r 和r 代表的是测量系统中的两个性质：重复性和再现性) 研究；如果每一批只由一 名操作员测量( 如进行破坏性试验) ，则必须选择嵌套量具r & r 研究。 本研究为烧结矿碱度的测定，选择交叉研究。利用m i n i t a b 得出，结果见表3 2 - - 一， 表3 4 及图3 1 。 表3 2 包含交互作用的双因子方差分析表 t a b l e3 2v a r i a n c ea n a l y s i so fd u a lf a c t o rc o n t a i ni n t e r a c t i o n 删除交互作用项选定的旷0 0 5 ，样本木检验员交互作用p 值= o 5 5 0 0 05 ，不显 著。 自由度d f ( d e g r e ef r e e d o m ) ：统计学中，自由度指的是计算某一统计量时，取值不 受限制的变量个数。通常 d f = n 一1( 3 5 ) 式中n 一一为样本含量 离均差平方和s s ( s u mo f s g u a r e so f d e v i a t i o nf r o mm e a n ) 均方和m s ： s s = ( x m ) 2 ( 3 6 ) z 一、 7、，v7 m s ：翌 d f ( 3 7 ) f ：通过将因子m s 除以误差m s 来计算，将此比率与表中找到的临界f 进行比较， 来确定该因子是否显著。 用均方( 即自由度d f 去除离均差平方和的商) 代替离均差平方和以消除各组样本 数不同的影响，则方差分析就是用组内均方去除组间均方的商( 即f 值) 与1 相比较， 若f 值接近l ，则说明各组均数间的差异没有统计学意义，若f 值远大于1 ，则说明各 1 6 组均数间的差异有统计学意义。实际应用中检验假设成立条件下f 值大于特定值的概率 可通过查阅f 界值表( 方差分析用) 获得。 查f 分布表得： f 1 = 1 4 8 2 4 3 f o 0 2 5 ( 9 ，1 8 ) = 2 9 3 f 2 - - 1 7 1 f 0 0 2 5 ( 2 ，1 8 ) - - 4 5 6 f 3 = o 9 3 5 说明此测量系统可接受。 从表3 3 、表3 4 中，可以看出，样本相对于重复性的f 值= 1 4 1 9 0 8 ，研究变异占 全部变异的9 9 以上，说明测量系统中误差主要产生于不同的样本，与检验员的关系相 对可以忽略不计。 图3 1 碱度的量具r & r 分析 f i g 3 1 r & r a n a n l y s i so f r u s l l s l ：指标准上限标准下限，一般是人为规定的参数规格上下限，为产品质量 符合性设立的，本文中规定l s l - - 1 9 5 ，u s l = 2 1 5 。 u c l l c l ：指控制上限控制下限，是为该参数在过程中是否处于稳态的判断界限， 在对过程进行研究时候，该控制限可以根据公式算出来的 按检验员对每个样本的测量值，计算平均极差r = o 0 0 3 3 3 。 x ( b a r ) ( 均值) 的控制限： 1 8 盘a 垦盘鲎塑鲎焦迨童 笙2 童型量茎丝的互盎：丝盈窒垦剑堡堇猩丝左盆堑 u c l = x + a 2 r = 2 0 1 9 3 + 1 8 8x 0 0 0 3 3 3 = 2 0 2 5 6 c l = x = 2 0 1 9 3 = 一 l c l = x - - a 2r = 2 0 1 9 3 1 8 8 x 0 0 0 3 3 3 = 2 0 1 3 1 r ( 极差) 的控制限： u c l = d 。r = 0 0 0 3 3 3 x 3 2 6 7 2 0 0 1 0 8 9 c l = r = o 0 0 3 3 3 l c l = d 3 r = o 式中：a 2 、d 3 、d 4 通过查表3 5 “控制图的常数和公式表”可以得到。 表3 5 控制图的常数和公式表 t a b l e3 5c o n t r o lc h a r t sa n df o r m u l a so ft h ec o n s t a n tt a b l e 控制限系数 n a a 2a 3b 3b 4b 5b 6 d ld 2d 3 d 4 22 1 2 11 8 8 02 6 5 90 0 0 03 2 6 7o 0 0 0 2 6 0 60 0 0 03 6 8 60 0 0 0 3 2 6 7 31 7 3 2 1 0 2 31 9 5 40 0 0 02 5 6 80 0 0 02 2 7 6 0 0 0 04 3 5 80 0 0 0 2 5 7 4 41 5 0 00 7 2 91 6 2 80 0 0 0 2 2 6 60 0 0 02 0 8 80 0 0 04 6 9 8 0 0 0 02 2 8 2 51 3 4 2 0 5 7 71 4 2 70 0 0 02 0 8 90 0 0 01 9 6 4 0 0 0 04 9 1 80 0 0 02 1 1 4 61 2 2 50 4 8 3 1 2 8 70 0 3 01 9 7 00 0 2 91 8 7 4 0 0 0 05 0 7 80 0 0 02 0 0 4 3 1 3 测量系统能力评估判断 评价测量系统能力的方法通常有两种： ( 1 ) 用测量系统的波动r & r 与总波动之比来度量，通常记为p 1 v ，即 p t v = r & rx 1 0 0 t v 式中：r & i 卜一 ( a v ) 2 + ( e v ) 2 ) 1 陀 t v 测量过程的总波动 p 厂i v = 0 0 2 4 5 7 i 0 3 7 2 6 4 8 1 0 0 = 6 5 9 1 9 ( 3 8 ) ( 2 ) 用测量系统的波动r & r 与被测对象质量特性的容差之比来度量，通常记为 p 理即 p t ：垦垒垦x1 0 0 ( 3 9 ) u s l l s l 式中： r & r 一一 ( a v ) 2 4 - ( e v ) 2 ) 1 陀 u s l l s l 一一是人为规定的参数规格上下限，为产品质量符合性设立的 p t = 0 0 2 4 5 7 1 ( 2 1 5 1 9 5 ) 1 0 0 = 1 2 2 9 根据表3 6 的判别标准，对表3 4 中烧结矿碱度的p t v 为6 5 9 1 05 - - - , 9 同时，分析图3 1 ，根据变异分量图( 上左) ，样本间的贡献百分比远大于合计量具 r & r 的贡献百分比，表明大部分变异是由于样本间的差异所致；根据图3 2 ( 上右) ， 各测量值之间存在较大差异，不呈水平线状，样本覆盖测量数据取值的全范围；根据图 3 1 ( 中左) 和( 中右) ，三个检验员之间差异较j x ；根据“x b a r 控制图( 左下) ，图中的 大部分点都在控制限制之外，表明变异主要是由于被测样本间的差异所致；根据图( 右 下) ，是对于样本宰检验员的p 值( o 5 5 ) 的直观表示，表明每个样本和检验员之间不存 在显著的交互作用。根据表3 3