改善引流剂质量稳定性技术难题的解决方案
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 河南通宇集团冶材公司技术部

  

    摘要:钢包引流剂是一种耐高温、热稳定性好、耐腐蚀性极强的耐火材料,在钢铁冶炼过程中加入钢包上水口内,在钢包开浇过程中,引流剂在高温状态下不烧结、滑板打开后能够自动下落,使钢液自动从水口内流出,因此,引流剂是目前冶金行业必需的一种耐火材料,所以钢材冶炼质量与引流剂的质量稳定性密切不可分割。

    通宇冶材集团是一家以生产冶金辅料为主体的公司,目前钢铁产能过剩,钢铁企业处于微利或者亏损状态,钢厂为了生存和发展,采取大幅度降低原辅材料采购成本,同时对使用的原辅材料质量要求提高,为了适应钢厂提出的降低成本和提高质量的要求,我公司在2013年建成两条全自动引流剂生产线,然而在实际的生产过程中,引流剂因材质比重、粒度存在差异,且生产过程中程序较多,从材料的烘干冷却、输送进入料仓计量、搅拌、提升进入成品料仓、自动包装,该工艺过程中易出现引流剂成品偏析现象,

    通过对整个工艺过程检测排查,  造成引流剂产品质量稳定性能差的主要原因是使用粒状材料,并且这些材料的比重和粒度差异较大,在成品搅拌和包装过程中易出现粒度和成分偏析,最终造成使用性能不稳定,不能满足钢厂质量要求。

通常为了解决粒度,成分偏析所导致的使用性能不稳定,采取的办法是在自动包装过程,前期进行掐头返回重新进入搅拌和后期去尾产品入库,采取这种办法粒度,成分波动基本得到缓解,但是降低了成品回收率,增加了产品生产成本。

结合创新思维方法,参照技术矛盾原理和物理矛盾空间分离原理。应用No.3局部质量原理、No.35物理或化学参数改变原理两条发明原理进行深入分析表明,如果将物体由外部作用的均匀结构变为不均匀结构,以及物理参数改变原理,改变物料聚集形态,问题即可得到解决,现将料仓下料位置利用曲面化原理。在出料口处增加一个半球形阻挡装置,球体边缘开四个下料孔,均匀分布,使物料下落路径改变,由原来的直线下落改为曲线下落,且料仓中部与四周物料同时减少,达到粗、细不同粒度物料混合的目的,提高了产品稳定性。

 一、问题描述

    造成引流剂产品质量稳定性能差的主要原因是依据该产品使用环境及产品性能的特殊性粒状材料,并且这些材料的比重和粒度差异较大,在成品搅拌和包装过程中易出现粒度和成分偏析,最终造成使用性能不稳定,不能满足钢厂质量要求。

    该产品工艺流程:

    投入合格材料→ 烘干 →冷却→ 输送→ 材料料仓→ 计量配料→ 混合搅拌 →合格产品→ 提升机→ 输送→产品料仓→ 包装机计量包装→ 产品入库

    过程存在的问题:

    前期材料经烘干、配制、混合、搅拌为合格产品后,再经提升机提升、输送装置进入成品料仓过程中,因产品物料流动性能,在料仓中出现分组偏析现象,即:中部为细料、周边为大颗粒组分,对产品质量存在隐患。采取掐头除尾工艺,改善了产品质量稳定性,降低了产品回收率,增加了产品生产成本。

二、 解题过程

1. 问题

    引流剂产品是有铬矿砂、硅砂及碳质材料按一定比例组成,但因各种材料粒度搭配不同。且铬矿砂与硅质砂比重、粒度悬殊较大,生产过程中程序较多,从材料的烘干冷却、输送进入料仓计量、搅拌、提升进入成品料仓、自动包装,该工艺过程中易出现引流剂成品偏析现象,

2. 现有解决方案

    通常解决出现此类问题的办法是在自动包装过程中前期进行掐头返回重新进入搅拌和后期去{尾,但是采取这种办法基本上解决从成品料仓和自动包装过程中产品的粒度偏析,同时保证同批次产品的成分及质量稳定性。

3. 现有解决方案的缺点

 采取这种方案降低了产品的回收率,增加了工人劳动强度,提升了生产成本。

 4. 依据TRIZ矛盾矩阵分析该课题的主要是通过工艺优化使产品稳定性能得到保证,但增加了劳动强度,升高生产成本,定义为技术冲突。

改善:产品质量(13)

恶化:生产率(39)

根据创新法则39个工程参数及40个发明原理得出:

No.23反馈原理

No.35物理或化学参数改变原理

No.40复合材料原理

No.3局部质量原理

备选方案一:

    1.依据TRIZ矛盾矩阵分析该课题的主要是通过工艺优化产品稳定性能得到保证,但增加了劳动强度,增加生产成本。定义为技术矛盾,改善了产品质量(13),恶化了生产率(39)。根据创新法则39个工程参数及40个发明原理得出解决方案为No.23反馈原理、No.35物理或化学参数改变原理、No.40复合材料原理、No.3局部质量原理。而本课题所指的是料仓中部与外围的产品经过自然降落造成料仓前期粒度集中分级,是作用在一个平面上,对No.3局部质量原理、No.35物理或化学参数改变原理两条发明原理进行深入分析表明,如果将物体由外部作用的均匀结构变为不均匀结构,以及物理参数改变原理,改变物料聚集形态,问题即可得到解决,现将料仓下料位置利用曲面化原理,在出料口处增加一个半球形阻挡装置,球体边缘开四个下料孔,均匀分布,使物料下落路径改变,由原来的直线下落改为曲线下落,且料仓中部与四周物料同时减少,达到粗、细不同粒度物料混合的目的。

备选方案二:

    2.该课题的焦点是解决物料粒度偏析问题,选择以产品料仓为整个系统,料仓在生产中起贮存混合的作用,但是针对实际情况对料仓的容积有阶段性的要求,即:为保证生产连续性,前期需要大的容积,多存物料,但物料集中分级较严重;后期连续生产过程又需要小的容积,以减少物料分级现象。在整个生产过程中料仓容积既要大又要小,根据TRIZ理论两类矛盾的定义,该矛盾定性为物理矛盾。TRIZ解决物理矛盾的核心思想是实现矛盾双方的分离,分离方法的四种类型:空间分离、时间分离、条件分离、系统级别分离,通过分析,本课题可使用空间分离原理予以解决。实际应用为:在料仓内加装“,格栅与料仓上边部预留一定距离,以使物料将中部格栅内填充满后再对各个分割区域扩散填充而不至于溢出,因“井”型格栅将原来的料仓横截面分割,物料下落后流动路径缩短,分级集中现象得到缓解。

备选方案三:

   3、该课题物料偏析的根本原因是产成品物料从输送进入料仓及物料进入自动包装机过程中因各种物料的流动特性不同而造成物料在下落过程中出现偏析。

三、最终方案

    综合以上对比,确定备选方案1为最终问题解决方案。

该课题根据创新法则39个工程参数定义,该方案改善了产品质量(No.13 稳定性),恶化了生产率(No.39 生产率)。依据TRIZ矛盾矩阵分析,应定义为技术矛盾,应用创新法则39个工程参数及40个发明原理得出解决方案为:

    No.23反馈原理、

    No.35物理或化学参数改变原理、

    No.40复合材料原理、

No.3局部质量原理。

本课题所指的是料仓中部与外围的产品经过自然降落造成料仓前期粒度集中分级,是作用在一个平面上,对No.3局部质量原理、No.35物理或化学参数改变原理两条发明原理进行深入分析表明,如果将物体由外部作用的均匀结构变为不均匀结构,以及物理参数改变原理,改变物料聚集形态,问题即可得到解决,现将料仓下料位置利用曲面化原理,在出料口处增加一个半球形阻挡装置,球体边缘开四个下料孔,均匀分布,使物料下落路径改变,由原来的直线下落改为曲线下落,且料仓中部与四周物料同时减少,达到粗、细不同粒度物料混合的目的。

四、创新点

将料仓下料位置利用曲面化原理,在出料口处增加一个半球形阻挡装置,球体边缘开四个下料孔,均匀分布,使物料下落路径改变,由原来的直线下落改为曲线下落,且料仓中部与四周物料同时减少,达到粗、细不同粒度物料混合的目的。

五、形成的知识产权情况

专利名称:一种引流剂的生产工艺

专利类型:发明专利

专利号:201610244255.1

专利状态:审核中   

发明人:朱世嘉 王勇源 李秀锋 张国令 陈守杰 唐红波

申请时间:2015年12月

注:专利类型包括国内实用新型、国内发明、国外专利等

六、效益分析

通过该方案实验,不需掐头去尾,每批次产品约1吨产品不再返工或报废,节约成本约800元,每月正常生产140个批次产品,月节省费用11万余元。有明显的经济效益。结论:通过实验并与以前生产产品检测数据对比,质量稳定性控制在标准要求范围,且降低了成本。具有良好的经济效益,且减少资源浪费,降低劳动强度,提高生产率。