Research and Exploration 研究与探索·改造与更新
改进炼铁制约设备提升整个钢铁联合企业效益
——广义设备费用消耗理论的提出及探讨
姜本熹
(宝武钢铁股份武汉有限公司炼铁厂，湖北 武汉 430080 )
摘要：钢铁联合企业属连续复杂长流程制造业，炼铁的产能就是整个钢企的产能，炼铁的一些特定的设备停机将导致整个钢企的纯利润损失，这个损失远高于这些设备自身的价值。“连续流程制造业中，本身的停机会导致整个企业停产或产量降低的设备”称之为“致停设备”。致停设备从上线到下线所消耗的费用不仅是寿命周期费用（LCC），还包括其停机、更换使全企业因产量减少而造成的利润的减少（以LP表示），这两项之和称为“致停设备的广义费用消耗” GECC。 GECC=LCC+LP；在除以设备的在线使用寿命T后，得出致停设备单位时间的广义费用消耗GECC/T，该指标真实、全面的反映致停设备对全企业实际的资金消耗，可以作为不同品牌的致停设备在线的经济性的评价指标。钢企的致停设备初步认定为齿轮箱、中心喉管、布料溜槽等11个。对致停设备进行GECC/T值的评估、比较，选用GECC/T值相对较低的设备，探讨是否将《招投标法》中，中标人的投标应当符合条件中增加“对于连续流程生产企业中的‘致停设备’，其单位时间致停设备的广义费用消耗GECC/T最低；”的字段。
关键词：连续流程制造业；高炉；炼铁设备；致停设备；广义设备费用消耗；GECC；GECC/T；单位时间广义费用消耗；中心喉管
中图分类号：F273 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2019）01（上）-00-04
钢铁联合企业属于连续长流程制造企业，工艺极其复杂，其主生产线为：
需要在一系列关键装备从技术上有所突破及管理方法必须更新才能达到。
为数众多的设备24小时不间断地对物料进行加工处理。但每年会因各种原因导致整个企业停产一部分时间，钢铁联合企业的效益正比于钢材的产出。因此，在现有的装备基础上，减少停产时间，企业就能创造更多的效益。因为炼铁高炉的特性，一般来说，其它工序的分厂的处理能力都要大于炼铁厂。在不考虑废钢的加入量时，基本上炼铁厂的铁产量即是整个钢企的产量。因此炼铁厂是整个钢企的约束环节。
看似休风率只是炼铁厂的一个指标，一般来说，休风率降低1%，铁产量提升2%（短时休风），钢材产量也提升2%。所以，休风率实际上也是整个钢铁联合企业的一个停产率。以一个年产1500万吨的钢铁联合企业为例，年利润为120亿元，如果休风率降低0.5%，则每年利润增加12000万元。因此，降低休风率意义重大。经过多年的不断完善，高炉的设备休风率已经很低，一般在1%～3.6%之间（含风口损坏造成的休风）。在不增加或很少增加成本的情况下，降低休风率，提升整个钢铁联合企业的效益是目标。经过多年的完善，炼铁厂从设备及管理方面不断完善，现在的休风率已属较低的水平，要想再降低，
1 炼铁厂高炉休风（除工艺原因外）由致停设备造成
并不是炼铁的所有的设备设施的故障、损坏、维修及更换都会造成高炉的休风或减产，只有少数的一些设备才能导致高炉休风，这些“本身的停机会导致高炉休风或产量降低的设备”称之为“致停设备”。据此，由物料流向的路径确定如下为致停设备：振动筛、供矿皮带、供焦皮带、集中斗、主皮带、炉顶装料设备、热风主管、送风支管、风口、开口机、泥炮、冷却壁、炉缸耐火内衬。其中炉顶装料致停设备包括：上密封阀、放散阀、均压放散阀、料罐称量系统、下密封阀、齿轮箱、中心喉管、布料溜槽，见图1。
说明：虽然大部分炼铁厂振动筛的能力及数量均有较大的冗余，但其筛分效果的好坏直接影响高炉的产量等主要指标，所以按其效果将该设备列为致停设备。
非致停设备的特征如下。
（1）非连续工作，能在非工作时间内处置完发生的故障，例如下游具有较大缓冲仓的带式输送机；
（2）虽然损坏要导致休风，但有备用机，可快速切换，例如高炉的一些水泵；
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图1 BX高炉炼铁致停设备分布图
（3）一些设备设施发生故障或停机虽然必须在高炉休风的条件下才能处理，但因其寿命长于高炉寿命；或者长于定修周期，在定修周期内不会突发损坏，发生损坏的概率很低，这些设备列入非致停设备。例如高炉炉壳，现代高炉炉壳的寿命、厚度、制造工艺有了很大的提高，只要冷却壁完好，其发生开裂事故的概率极低，所以不属于致停设备；炉顶主皮带受料漏斗的衬板，更换时也需要休风，但其磨损可测、速度稳定、不会发生突然的损坏。更换可以安排在定修或其它设备检修时进行，即完全可以控制自身不引起休风。因此，该设备也归入非致停设备。
2 致停设备的广义费用消耗理论的提出
2.1 现有的设备经济性评估方法
在设计、改造、检修阶段选用设备时，目前较低层次的方法是满足性能的前提下直接以采购价格最低的中标；较高层次的方法是应用寿命周期理论（LCC），不仅考虑采购成本，还考虑设备的寿命、运营费用等，选用综合费用消耗较低的设备。对于非致停设备，这些方法特别是LCC理论是很客观和较精确的。但是这些方法对设备经济性的评估都是以设备自身为对象进行考量的，有较大的局限性，无法反映设备故障对整个企业造成的经济损失。
2.2 炼铁致停设备费用消耗
对于炼铁的致停设备，其故障停机或寿命到期更换时，高炉需休风，造成的损失如下。
（1）高炉停产需多耗一部分焦炭等燃料，以补充在停炉期间的热量损失；
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（2）放散掉的高炉煤气、安全置换用的氮气、压缩空气、及蒸汽等介质消耗；
（3）检修费用；
（4）相对应的从原料准备到轧钢全线的设备设施的折旧费的空耗；
（5）生铁及全钢企的产量及利润；（6）复产恢复期的产量损失；（7）相对应的产能的人员工资空耗。
1～3条属措施费用消耗，其总量用MC表示，包含在设备的寿命周期费用LCC之中；4～5条归入全企业的利润减少，其总和用LP表示。
2.3 致停设备停机导致的整个钢企的利润的损失归入该设备的属性
上述分析的MC值属于运营费用的增加，而LP属于有效产出的减少，这两项都导致企业的纯利润的降低。所以致停设备故障或寿命到期更换最终导致整个钢企的纯利润的损失，将这一部分利润损失归到相应的致停设
备上，和设备的价格一样成为设备经济性评判的一个属性是客观的。
2.4 致停设备的广义费用消耗
鉴于上述分析，致停设备在从安装到停机下线使整个钢企的资金减少为：GECC=LCC+LP。将GECC称为致停设备的广义费用消耗。一些设备的寿命较长，在考虑到资金的时间价值后，折算到某一时间点的费用（一般为初始时间），并除以时间，得到单位时间致停设备的广义费用消耗GECC/T，该指标可以作为不同品牌的致停设备在线的经济性的评价指标。以年产1500万吨的钢铁联合企业为例，年纯利为120亿元，6座高炉，按年365个工作日，则每座高炉每小时生产时间内创造的纯利为：LP80=120×10/365/24/6=22.8万元/h。考虑到设备休风造成的产量损失是正常生产同时间的2倍，因此GECC/T=（LCC+2×LP0×Ts)/T。
其中Ts为设备在线时故障或寿命到期更换等造成产线停机时间的总和（小时）；T为设备在线寿命。
3 降低致停设备停机时间的技术手段
现用的一部分致停设备都存在一些技术上的缺陷，这是休风率无法再降的一个根本原因。从技术层面对一些致停设备的剖析及解决方案见表1（文中数据因厂而异，各厂应根据自己的实际进行细化）。3.1 致停设备选用的策略及经济性量化计算
实例1：中心喉管
对于串罐无钟炉顶，中心喉管的寿命都在2年以上，下面讨论的都是并罐无钟炉顶的中心喉管。原中心喉管的为光面直筒式和重叠瓦片式，寿命为2.5～12个月，在应用这两种中心喉管时高炉的设备休风率很高，超过2%，定修周期被迫定为2.5个月，因为必须更换中
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表1名称上密封阀、下密封阀
旧新旧新旧新
新旧技术老式偏差适应结构、常规氮气吹扫工艺新式偏差适应结构、可调氮气吹扫工艺老式阀盖偏差适应结
构新式自适应阀盖转臂
连接结构无吹扫称量系统带波纹补偿器吹扫式
称量系统自流式水冷齿轮箱
旋转底盘变形，间隙变大、冷却系统结垢失效、齿轮箱内部温度高、倾动轴轴瓦磨
损、胶着。称量值不准、造成炉况失常
1818048～120（不同厂家、寿命不同）180（PW产）
磨穿，甚至导致齿轮箱磨坏
变形、开裂、断裂
1530715（最高）
20
主要停机原因密封圈泄漏
寿命（月）
612
连接点损坏
性能比较
关闭时密封圈压紧力不均、温度高、开
启时有压差、寿命短关闭时密封圈压紧力均匀、温度低、开启时无压差、寿命长故障率较高几乎无故障
使用一段时间后料罐秤失准，导致布料
出现较大偏差， 波纹补偿器空腔内无积灰，料罐秤维持
高精度，实现精准布料水冷管易结垢，内部温度高、氮气耗量
大、倾动轴承润滑不良（）冷却效果好、氮气耗量低，倾动轴承采
用耐高温磺基聚合脂。
寿命较短，抗变形差寿命长，刚度大。结构、材质不适应炉况新型耐高温、耐磨材料，合理结构热膨胀产生的位移控制在允许范围内，系统局部的介质盲板力受控，可承受较
高的热风温度。冷却强度不足、材质不耐磨、制造工艺
有缺陷
结构设计合理、寿命长
设计不合理、结构及耐材性能有问题、施工质量缺陷、冷却强度不匹配、炉况
波动大结构合理、耐材性能有富余、施工质量管控较严、冷却强度匹配、炉况稳定冷却强度低、结构机0械强度低、后期造成较多的高炉休风、寿命短。冷却强度是传统的3倍、结构机械强度
好、预计寿命可达一代炉龄
放散阀、均压放散阀
料罐称量系
统
旧
齿轮箱
新
中心喉管（双罐无钟炉顶）布料溜槽（3200以上高炉）
旧新旧新新
强制冷却式齿轮箱重叠瓦片式ML多环式焊接式整体式浮动、固定合理分配
支撑传统贯流式结构及材
质复合材质、新型结构
水温差高、烧穿、侵蚀过快
烧损、磨穿、漏水
风口
旧新旧
153072
炉缸耐火内
衬
新旧
冷却壁
新
球墨铸铁、水管涂覆“防渗碳层”球墨铸铁、覆铜管
寿命短、壁体与水管脱开、水管烧断、甚至炉壳烧穿
19284216
心喉管。新型ML多环中心喉管，平均寿命达到30个月，期间定修周期可以提高到15个月以上，相应的，设备休风率下降1%。更换一次中心喉管需休风10小时以上。重叠瓦片式中心喉管：单面寿命T=6个月，合同价12万元，因时间较短，不考虑资金的时间价值，LCC=12万，Ts=10h，T=12，该品牌的GECC/T=（LCC+2×LP0×Ts)/T=（12+2×22.8×10）/15=31.2万元/月。
ML多环长寿命中心喉管:因其独特合理的技术结构、适应工况的合金材料，使其寿命达24个月以上，合同价24万元。该品牌的GECC/T=（LCC+2×LP0×Ts)/T=（24+2×22.8×10）/24=20万元/月。由计算结果可见，虽然ML多环中心喉管采购
成本远高于重叠瓦片式中心喉管，但其经济性远优于其它型式的中心喉管。
4 致停设备的管理
4.1 以GECC/T为致停设备选用和评标的标准 4.2 合并致停设备
例如使中心喉管的寿命达到布料溜槽的整数倍，就可以在同一休风时间进行更换，两种设备的价值得到最大程度的利用，相当于多个致停设备合并为一个，其更换周期就是寿命最短的那一个。
4.3 炼铁致停设备以中心喉管和布料溜槽为核心
由于这两种设备要流过大量的物料，其每隔一定
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周期停产更换是不可避免的，所以将其它设备的更换周期尽量与这两种设备同步，在更换布料溜槽时同步完成更换或检修。某种意义上说，布料溜槽和中心喉管是整个钢企的核心设备。
4.4 一些不同步的致停设备的残余价值必须舍弃
比如在某次定修更换布料溜槽，布料溜槽的寿命为12个月，检查评估中心喉管还可以使用7个月，这时必须舍弃这7个月的价值，将该中心喉管也更换掉。4.5 冷却壁
冷却壁破损休风修复、中修更换冷却壁所耗费时间造成的企业利润损失均应计入冷却壁的广义费用消耗。4.6 炉缸耐火内衬
炉缸耐火内衬寿命的到期必须停炉更换，一般要耗时2个月，造成的损失巨大，利润损失计入炉缸耐火内衬的GECC中。炉缸耐火内衬的选用、方案必须按照设备的广义费用消耗理论进行经济性评估，提高到钢企的战略层面。4.7 致停设备是广义的
例如某钢企研发出一条专有的钢种，供不应求，其经济收益高于其它钢种，该品种的产线连续生产，则该钢种生产线也可以列入致停设备。4.8 致停设备的消除
如果某一致停设备的得以改进，其寿命达到其它致停设备寿命的一倍以上，则该设备可以从致停设备目录中移除。
5 建议修改《招投标法》
《中华人民共和国招标投标法》规定中标人的投标应当符合下列条件之一：能够最大限度地满足招标文件中规定的各项综合评价标准；能够满足招标文件的实质性要求，并且经评审的投标价格最低；但是投标价格低于成本的除外。
投标价最低是中标的标准。因为招标过程仅能对标的设备本身进行经济性评估，无法了解该设备在生产线中对整个企业造成的损失。
建议该条款增加如下部分。
中标人的投标应当符合下列条件之一：对于连续流程生产企业中的“致停设备”，其单位时间致停设备的广义费用消耗GECC/T最低；对于寿命长于1年的非致停设备，其寿命周期费用LCC最低。
6 结语
（1）炼铁的产能就是整个钢企的产能，炼铁的休风率的2倍就是钢企的停产率。钢企的纯利润正比于铁产量；
（2）炼铁的一些设备自身价值不高，但其停机将
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导致整个钢企的纯利润的重大损失。提出新概念：“连续流程制造业中，本身的停机会导致整个企业停产或产量降低的设备”称之为“致停设备”；
（3）致停设备从上线到下线所消耗的费用不仅是寿命周期费用（LCC），还包括其停机、更换造成的全企业因产量减少而造成的利润的减少（以LP表示），这两项之和称为“致停设备的广义费用消耗” GECC。 GECC=LCC+LP；在除以设备的在线使用寿命T后，得出单位时间广义费用消耗GECC/T，该指标真实、全面的反映致停设备在单位时间内对全企业实际的资金消耗，可以作为不同品牌的致停设备在线的经济性的评价指标；
（4）钢企的致停设备一般为：主皮带、冷却壁、炉缸耐火内衬、料罐称量系统、齿轮箱、中心喉管、布料溜槽等20个；
（5）降低致停设备的资金损耗可以采用新技术、长寿命、高可靠性的装备，并进行GECC/T值的评估、比较。可采用“合并致停设备”、“舍弃达不到核心致停设备的寿命周期的致停设备的残余价值”等策略；
（6）钢铁联合企业的检修计划应以高炉布料溜槽和中心喉管为核心进行管理；
（7）冷却壁及高炉炉缸耐火内衬是钢铁联合企业的战略意义的致停设备。中修费用、停产造成的利润损失计入冷却壁的GECC；大修费用、停产造成的利润损失计入高炉炉缸耐火内衬的GECC。
（8）为降低企业的费用消耗，还将提高设备供应商不断研发长寿命、低故障率的设备的积极性。建议在中标人的投标应条件增加两条：对于连续流程生产企业中的“致停设备”，其单位时间致停设备的广义费用消耗GECC/T最低；对于寿命长于1年的非致停设备，其寿命周期费用LCC最低。
（9）该理论可以扩展应用到其它连续流程生产企业，如化工、电力行业等。
（本文在撰写过程中得到魏厚培、肖永刚、陈辉等专家的大力支持，在此致以诚挚的感谢。）
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