柱宇钒钛生产过程中产品的质量管理
官文平 黄凤燕 唐国梁 贺金花
摘 要 在我国钒钛一直是一个重要的资源，对于国民经济发展和社会进步有着很大的影响。随着我国经济不断的发展和进步，对于钒钛产品的需求量越来越大，对其的质量要求也越来越高。高品味的钒钛产品是矿选行业生存与发展的基础，其间从采矿设备、采矿過程、运输、人员操作、冶炼和提取工艺流程都对钒钛产品的质量有不同程度的影响。本文通过柱宇钒钛从采矿到钒酐成品过程中对提高质量采取的措施进行研究，来对杜宇钒钛取得年产4000MT品味达到99%钒酐成绩进行分析。运用统计过程控制（SPC）和测量系统缝隙（MSA）对冶炼和提取工艺进行监督控制和对其过程中复杂的化学药品做到准确添加，同时运用戴明环（PDCA）来不断的优化工艺和生产的整个流程；成立质量工作领导组与质量控制工作组确保质量控制工作能够科学、高效、持续地贯彻执行；采取切实有效的方法控制安全事故的发生。
关键词 钒钛产品 工艺 过程控制 系统缝隙 戴明环
中图分类号：TF1 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2020）02-0037-04
随着科学技术的不断发展，人们对质量的要求越来越高，钒钛合金在很多领域中处于不可替代的地位，由于钒具有许多可贵的理化特征和机械特征，因而广泛应用于近代工业技术中，同时钒化物也是一种重要的催化剂。钒钛产业的入门要求高，需要大量的资本、资源和人力支持，曾经就有四川的川威集团进军钒钛产业遭遇资金和技术困难险些倒闭。
钒钛产品提高质量的方法在我看来主要在冶炼和提取工艺改进和管理两方面。通过运用质量改进手段和流程优化方法一步步优化冶炼和提取工艺，在提高产品质量的同时控制成本的提高，并且尽可能的提高生产效率。管理的提高在于两方面：人员管理和设备和物料管理，人员管理就是要建立一个完备的人员管理系统、奖罚机制和安全责任制，建立由企业领导组成的质量领导小组和由技术人员组成的质量工作小组，负责在产品质量先期策划（APQP）的领导下使产品达到预期目标，并在后续的冶炼和提取中运用PDCA和SPC的知识做持续改进，再通过其他的一系列质量改进手段进一步巩固和提高质量，柱宇集团旗下3个钒钛公司中柱宇钒钛虽不是最大的一个，但是在质量改进方面却是站在了金江钒钛和承德钒钛的前面，必然离不开这些质量控制手段的支持。
1 相关理论术语概论
1.1 安全生产
“安全生产”，就是指在生产经营活动中，为避免造成人员伤害和财产损失的事故而采取相应的事故预防和控制措施，以保证从业人员的人身安全，保证生产经营活动得以顺利进行的相关活动。概括地说，安全生产是为了使生产过程在符合物质条件和工作秩序下进行的，防止发生人身伤亡和财产损失等生产事故，消除或控制危险、有害因素，保障人身安全与健康、设备和设施免受损坏、环境免遭破坏的总称。
1.2 统计过程控制（SPC）
SPC是休哈特发明的，SPC其实强调的就是质控，但是因为运用控制图进行控制生产的一些过程，它在控制过程中，如果趋势发生了恶化，其实它是可以提前做出预防的。过程控制的主要内容是：a.对过程进行分析并建立控制标准；b.对过程进行监控和评价；c.对过程进行维护和改进。SPC有它自己的理论系统，在统计控制里面SPC主要应用控制图进行控制。首先利用控制图分析过程的稳定性，对过程存在的异常原因进行预警；然后计算过程能力指数分析稳定的过程能力满足技术要求的程度，对过程质量进行评价。
其特点表现为：是生产过程达到统计控制状态，确认生产过程是否异常以便及时寻找对策，确认某一过程的改进达到稳定状态，确认某一过程继续保持具有适当水平的稳定状态即可控状态。
其作用表现为：经济型、预警性、分辨特殊原因、善用机器设备、改善的评估、
1.3 测量系统分析（MSA）
测量系统分析（MSA）就是用于评价测量系统不确定度的分析方法，如果测量数据的质量很差，不能接受，必须改进，通常不是改进数据本身，而是通过改进测量系统来完成的。MSA用于评估测量系统的质量（测量能力的好坏），运用统计方法来分析研究测量系统中各个变差源及对测量结果的贡献，然后根据可接受的判断方法测量系统的符合性。
作用：在所处环境下求得测量系统的变异，进而分析此变异的类型和变异程度。
1.4 戴明环（PDCA）
PDCA是Plan、Do、Check、Action，的首字母缩写，P是计划，D是实施，C是检查，A是处理，PDCA循环是做好任何工作都适用的科学工作程序，它将工作过程分为计划或策划、实施或执行、检查和总结或处置等4个阶段。
1.5 项目管理
项目管理就是对有关项目活动的知识、技能、工具和技术的运用，以达到项目需求。通过运用一定的知识、技能工具和技术等使具体项目能够在计划时间内按照实际需求，高质量、高效率的完成项目内容。项目管理是集成的努力和活动。如果某活动失败，这一部分通常会影响其他的部分，这些交互作用常常在项目目标之间取得平衡，一部分绩效的提高可能需要牺牲另一部分绩效为代价。成功的项目管理，需要主动地管理这些交互的活动，以提高整个项目的绩效。项目管理通过使用启动、计划、实施、控制、收尾等过程完成。项目是为了提供一个独特的产品或服务而暂时承担的任务，其特征是临时性和唯一性。“项目管理是运用管理的知识、工具和技术于项目活动上，来达成解决项目的问题或达成项目的需求。
2 柱宇钒钛生产内容及其过去存在的问题
2.1 公司简介
柱宇集团在全国拥有四个先进的提钒工厂。攀枝花市金江冶金化工厂、攀枝花市柱宇钒钛有限公司和承德承钢柱宇钒钛有限公司以生产五氧化二钒（V2O5）、钒铁（FeV50）、钛产品为主，拥有独立的对外进出口经营权。攀枝花柱宇钒钛成立于2006年一月，成立的初衷就是扩大产能，在规模上就要求超过金江化工厂，作为将来在攀西地区最主要的钒钛冶炼基地。
2.2 钒酐的合成流程
钒矿中钒（V）的存在形式是V2O5。V2O5微溶于水，溶于酸和碱。溶于硫酸生成钒酸（HVO3），钒酸用氨水中和、硫代硫酸钠还原，生成次钒酸铵被P204萃取，再用氯酸钠氧化成多钒酸铵结晶析出，多釩酸铵，在500℃左右热解放出氨气，生成V2O5。由于矿石中V2O5品位低，只有1%左右，所以对矿石进行破碎、球磨，增加V2O5与硫酸的接触机率是十分必要的。根据生产原理，将生产流程分为矿石破碎球磨、酸浸过滤、原液处理、萃取反萃取、氨盐沉钒、氧化制片、废水处理七个工艺过程。
在这样复杂的的工艺之中，要得到高品位的钒酐也很困难，因为冶炼所用的原料除本身钒含量不是很高外，大多数企业是从其他冶炼厂购买钒矿渣进行冶炼，增加了杂质，导致钒酐的品味很难达到理论的99.99%。
2.3 柱宇集团过去在钒钛产品生产中存在的问题及原因分析
2.3.1 人员的专业素养和管理薄弱
柱宇集团目前规模最大的钒钛冶炼工厂是承德钒钛公司和攀枝花金江冶炼厂。在2012年以前，柱宇集团在钒钛市场并没有像今天一样的竞争力。建厂后，金江冶炼厂虽有良好的员工待遇却无法引进太多专业人才，相比初建的当时还不热火的钒钛产业人们更愿意去接攀钢集团的“铁饭碗”。除此之外，管理人员的匮乏和管理方法的落后更是让厂区的工作混乱，优秀的工人有做不完的工作，而有一部分却不知道应该做什么，作业不规范导致事故频发，甚至还出现不少偷盗厂区设备和材料的情况。例如在烘焙阶段就出现过烘焙时间过长和风扇未开的状况。厂里负责冶炼方面的也是曾经攀钢的老员工，对于新的冶炼高炉的指标不了解，一度造成钒酐品味低于90%。近年来冶金行业不景气，大量的老员工被裁退或者退休，新招聘来的员工现场生产经验不足、操作水平有限，冶金质量自然也无法保证。
2.3.2 工艺流程和用料不科学
在经过高炉冶炼后或者采用无高炉提炼技术中，各个阶段所需要的酸碱度、温度、电位和其他物料的用量根据死板的纸面用量进行，导致生产出的钒钛产品品味有较大的波动。同时有部分应该被其他材料替换的物料因害怕出现问题而不敢尝试。工艺流程复杂并且设备配置也不合理，在此过程中和与冶炼的衔接过程中运输是影响产量的重要因素，同时也增加了企业的生产成本。
2.3.3 矿石品质不佳
攀枝花市铁矿类型属于钒钛磁铁矿，但是每一个矿厂产出矿沙的粗细、品味均不同。在金江冶炼厂开始运营时，为寻求高的经济回报，在未经过品味分析就选择过秀水河铁矿与垭口铁矿，造成了一定程度的损失。在之后有段时间又使用铁冶炼厂的废渣进行提炼，结果也是差强人意。
3 柱宇钒钛生产过程中产品的质量管理
3.1 采矿阶段的质量管理
柱宇钒钛位处钢城攀枝花，攀枝花有占全国93%的钒储量、84%的钛储量，在攀钢集团附近建厂更是获得了得天独厚的发展条件。但是攀枝花位处云贵高原腹地，海拔高、山势陡峭，为采矿选矿带来了很大的不便，因此合理的将影响开采的地势因素减小或者转化成对开采有益的条件能够很大的提升经济效益。矿石的钒钛含量是影响生产效率的主要因素之一，柱宇钒钛采取两种方式获得钒钛含量较高的原矿石，一是通过探测检验分析出其矿石的钒钛含量后择优组织获得开发权，二是向其他矿业公司够买原矿石。通过自己开发获得原料其质量控制较为复杂，在建厂伊始就要为保障原料供应的品质和量做铺垫，在APQP的要求下购置安装采矿器械。为减少人力和其他资源的耗费，采矿选矿从上至下依山而建。随后进行相关工作人员的培训，以保证各项工作有序有效的开展。建立在采矿选矿部门独立领导的质量工作组，对厂区的产出的矿砂品味做定期采样分析，同时也监控各个机组的正常运行。
3.2 运输、储存对产品质量的影响
我国虽说是一个钢铁大国，但是我国能够实现铁矿自给自足的只有鞍钢、攀钢、宝钢和包钢，而对于大多数冶金公司来说都需要向外进口或者向其他选矿场购买矿砂。对于柱宇钒钛而言，集团旗下有数个选矿厂但是规模有限并不能满足3个钒钛冶炼厂的需求，故柱宇钒钛采用在市场需求有限时，仅使用集团旗下的选矿厂；在市场需求较大时，会向钒钛品味达到要求的选矿厂采购。
原料质量的跟踪管理、原料的储存、筛分是对原料进行质量控制的主要内容。原料质量的跟踪管理体现在每批原料质量的跟踪、反馈与原料质量的长期趋势的把握、引导。确保在出现产品质量问题时，做出及时的应对措施和问题溯源。同时严格管理矿石槽位、焦炭槽位、筛眼尺寸、筛网更换周期、震动频率、筛分速度等参数标准化。
3.3 冶炼阶段的质量管理
在原料的问题得到解决后，冶炼和工艺才是真正的决定钒钛成品品质的关键所在。高炉冶炼设备对冶炼质量的影响也是巨大的，高炉冶炼设备主要包括炉体、冷却设备、上料设备、检测设备、炉前设备和进风系统，高炉投产后任何一个位置出现问题都将对生铁的钒钛品味造成巨大影响。冶炼行业要获得出色的业绩，就需要科学的管理和先进的技术保障，对于大型高炉而言更需要与之相匹配的管理和技术。要实现发挥大型高炉的优势就必须要重点突出大型高炉的系统管理思想，树立“一高炉为中心”指导思想，全方位的为高炉生产护航提高和保证生产出的生铁中钒钛的品味达到要求。[1]
虽然目前正在取代高炉冶炼技术，但是高炉较低的成本和无高炉冶炼技术尚且存在问题，高炉冶炼技术目前仍是主要的钒冶炼技术。高炉冶炼受到多方面的影响，高炉中加入的催化剂等各种物质与原矿砂之间的配比、矿砂颗粒大小、气孔度、风量、风温和焦碳都对冶炼过程有着不可忽视的影响。
入炉原料对稳定和调节高炉内温度有着很大的影响，在燃煤方面配备干熄煤工艺稳定了焦炭中水分的稳定量，改善了煤炭质量，为高炉的冶炼提供了可靠的保证。通过喷吹用煤的方法让烟煤和无烟煤合理的搭配使用，在降低其中有害物质的同时，确保所喷吹的煤粉在风口充分燃烧，降低了入炉焦比。
冶炼过程受到多种因素的影响，每个高炉的具体情况和规模都有不同程度的差异，因此死板的采用其它高炉的冶炼模板是不正确的。柱宇钒钛在高炉冶炼开始阶段借鉴自己有过辉煌成绩的金江冶炼厂和承德钒钛两个兄弟公司冶炼高炉的矿砂规格、添加物质和矿砂量的配比和冶炼温度，在此之后通过SPC和PDCA循环一步步完善自己公司的高炉冶炼过程。[2]SPC（统计过程控制）在此阶段的应用是指在长期的冶炼过程中使用同一矿场的铁矿以保证矿砂的品味稳定。在先前冶炼的经验下改进，通过对不同的矿砂和添加物的配比、气孔度、风量、风温、冶炼时间和冶炼温度下进行冶炼得到产物的钒钛品味进行统计，运用适合的控制图配合分析进而得到更优的冶炼方案。合成钒酐效率很大程度上是由原料中钒的含量决定的。PDCA循环是获得高品位工艺流程原料的重要过程：
P：参考兄弟公司高炉的催化剂等各种物质与原矿砂之间的配比、矿砂颗粒大小、气孔度、风量、风温、焦煤和焦丁的配比，再根据自己高炉规模进行相应的改善。
D：根据计划进行拟冶炼。
C：根据冶炼得到原产品进行化学分析，获得其钒钛的品味，分析品味没达到预期的原因。
A：对明确的原因在下一次的冶炼过程中进行改进。通过一次次PDCA改进获得冶炼得到产品中钒钛品味的提高。
3.4 工艺流程对钒酐品味的影响
在此阶段中，冶炼得到的产物成为原料，通过复杂的工艺最终得到预期产物钒酐，钒酐的品味在这个阶段结束后就已经成型。相比于冶炼阶段为了获得更高品味的工艺流程原料，工艺流程阶段对于钒钛产品行业来说更为重要，再高品味的原料在一个差的工艺流程中也是没有太大意义的。工艺流程中对于各个反应容器的要求和布局需要更加严谨，同时由于长期的化学反应，对反应后容器的清理和保养方面的系统管理变得尤为重要。除此外，工艺流程中对温度、电位、化学药品用量和反应时间要有非常严格的控制，化学药品的储存和原料的运输与储存也需要相应的系统的管理。柱宇钒钛在建立时便采用同为集团旗下的金江冶炼厂能合成品味达到99.5%钒酐的合成工艺流程。严格的控制工艺中各个节点的顺序和其他必要的条件是产出高品位钒酐的必经之路。
工艺流程过程中对于定量的要求是十分严格的，对于药品的过量或是少量用药都会对最终产物钒酐造成巨大的影响。这时就要求测量药品量、时间、温度和电位的量具能够准确无误的反映真实的量，运用测量系统分析的方法，对此过程中有关的量具进行分析、校准或者更换[3]。
3.5 人力资源对产品质量的影响
在从选矿厂到钒酐产出的整个过程中，不管是在管理方面还是技术方面都需要大量的专业人才。小到采矿中的小组的安全负责人，大到整个公司的质量领导小组等等方面都需要相关方面的人才。拥有一批有创新精神和高技术素质的干部和员工，是企业持续发展的活力所在。从下面几个方面抓住“人”的因素改善产品的质量：
1. 企业要将自己发展、进步的理念扩散到基层员工，要坚持科学进步，尽可能的引导员工和基层干部打破死板，把创新的思想变成企业的活力。
2. 强化综合管理工作，柱宇钒钛的工作基本课分为选矿、运输、冶炼、工艺流程四个方面，四个方面强化以各自工作为中心的综合管理工作，对各自方面不足的地方进行有计划的、有重点的突破。
3. 在管理过程中要遵从以人为本的管理理念，强化对人的管理。在柱宇钒钛的分析中，有很多地方提出对材料設备的管理，但是材料和设备也是由人在管理，归根到底还是对人管理。企业要负责对员工的培养，提高员工整体素质，让员工与企业一同发展；调动员工的积极性，不仅仅着眼于眼前的利益，是员工自觉地去完成目标；培育企业员工共同理想和敬业精神，使他们的现实行为与长远目标结合起来，为实现企业的共同目标努力工作，使企业保持活力。
4 结论
本文通过研究柱宇钒钛公司从选矿厂到制成钒酐的整个过程的中对保证钒酐品味所采取一系列措施的研究来阐述了系统的质量管理在冶金行业中的重要性。吸取集团其他钒钛公司的教训，坚持以生产高品位钒酐的理念将整个过程分解为四个模块建立相应的质量管理系统对各个阶段的质量进行把关，在出现质量问题时也能够准确的溯源找到问题出现的源头，及时运用适宜的质量改进方法进行改进。四个阶段相互独立却又受到公司质量领导小组的统一领导，确保四个阶段能够协调的发展，不至于有出现“掉队”的情况。柱宇钒钛虽公司规模不及其他钒钛品制造公司，却有着在钒钛品味上维持在99.5%以上的傲人成绩，正是因为其优秀的质量管理系统的建立、质量问题分析方法和质量改进方法的广泛使用。
参考文献：
[1] 苏秦.质量管理与可靠性（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2013：12.
[2] 吴清，高俊芳.现代质量控制[M].上海：世界图书出版公司上海分公司，1996：11.
[3] 郑唯唯.过程质量控制智能化体系与方法研究[D].西北工业大学，2006.
