均衡氧化层：OneSteel Laverton Rod Mill

OneSteel 面向建筑、制造、住房、采矿和农业等众多行业的约 30,000 家客户生产和分销 40,000 多种产品。公司在澳大利亚各地均设有工厂，生产从粗钢梁到细钢丝等各种产品。OneSteel 发现，其中一家工厂生产的棒材“氧化皮”数量差异很大。氧化铁是炼钢过程中热钢表面与空气中的氧气发生反应时形成。继续加工之前必须去除氧化皮，防止产生昂贵的设备磨损，同时避免最终产品发生缺陷。一定量的氧化皮不可避免，但氧化皮过量必定会严重影响产量。OneSteel 派遣团队负责将棒材氧化皮降至可接受的水平。团队成员坚信，Minitab 统计软件可以分析数据并论证项目是否成功。

OneSteel 将原材料从一家工厂运输到另一家工厂，经提炼加工制成成品。若要生产钢绞线，公司还要利用 Laverton Rod Mill 将红热生钢轧制成细棒材，再进一步加工。Geelong Wire Mill 将棒材加热到更低的温度，然后通过模具冷拔，制成具有特定直径和机械性能的钢绞线。

当 OneSteel Laverton Rod Mill 生产的钢棒的“轧制氧化皮”开始影响公司线材轧机的产量和盈利能力时，公司利用六西格玛和 Minitab 统计软件寻求解决方案，最终大获成功。

为在 Laverton 制造棒材，需将钢材加热到至少 1038°C 再进行轧制。而后，棒材穿过水槽，期间用水对棒材表面进行冷却。接着，将棒材输送到吐丝机，环形缠绕。将钢丝圈放到移动式传送带上，进一步冷却，然后聚集成线圈。

在棒材轧机上进行高温处理会在棒材表面形成氧化铁，称为“轧制氧化皮”。氧化皮厚度取决于使用的轧机类型、钢材温度和加热时间。细氧化皮粉尘颗粒的磨蚀性会严重影响拉丝模使用寿命，而且可能导致产品质量低劣。因此，为使用棒材顺利生产钢丝，必须先去除氧化皮。Geelong Wire Mill 采用反弯除垢机械工艺，棒材将穿过一系列滑轮。折弯可促使脆性磨屑松动脱落，却不会损害柔性钢，但 Laverton 棒材的氧化皮厚度往往高于机械除垢的理想水平，从而导致产量下降。另外，为去除多余的氧化皮，还要投入以下成本：清理和处置成本、氧化皮提取系统运行和维护相关成本，以及运行率较低、模具寿命较短、润滑油用量增加和产品质量降低所导致的潜在成本。鉴于 2008 年 Geelong Wire Mill 线材厂投入 815,000 美元进行维护并购买润滑剂和模具，减少来料棒材的氧化皮量可为 OneSteel 节省大量资金。

在倡导者 Brian O’Connell 的支持下，2008 年 8 月，六西格玛黑带大师 Brett Perrin 和工艺负责人 Shanti Arangala 启动项目。团队成员由棒材厂和线材厂人员组成，包括技术经理、工艺工程师、质量专家、冶金学家和设备操作员。

项目团队采用 DMAIC（Define（定义）、Measure（测量）、Analyze（分析）、Improve（改进）、Control（控制））方法研究整体线材制造过程，除垢率低于 95% 的棒材定义为缺陷棒材。接着，开始对从 Laverton 引进 Geelong Wire Mill 的线材进行取样。

OneSteel 项目团队测量了 Laverton 工厂出产的棒材的氧化皮并在 Minitab 中分析数据，发现 62% 的测试样本的氧化皮厚度较厚且不可接受。

团队测量了氧化皮重量在产品总重量（钢棒线圈）中的占比，单位为千克/吨。他们发现，62% 的测试样本每吨样本的氧化皮重量超过 7 千克，偏差极大，每吨偏差高达 3 公斤。这样将导致严重减产，因为每吨偏差 1 千克，产量偏差价值高达 75,000 美元。据估计，Geelong 工厂因氧化皮过厚造成的损失约为每年 220,000 美元。

在项目期间，团队成员全程使用 Minitab 分析数据并传达重大发现。例如，他们使用 Minitab 双样本 t 检验证明不同等级钢棒的氧化皮重量差异，同时使用箱形图直观显示信息。

控制和试验条件下收集的机械温度数据箱形图生动展示了试验运行期间获得的温度下限。

他们采用 Minitab 强大的回归分析功能揭示头温度与氧化皮重量的关系，并通过软件散点图直观展示关系。

与此同时，团队还应用 Minitab 概率密度函数处理实际采样数据，将其与期望结果进行比较，确定缩小偏差及降低氧化皮重量可能节约的成本。

Minitab 的图形功能十分强劲，全体项目成员都能轻松查看试运行组（红色）与对照运行组（黑色）的模具磨损差异。

Pareto 分析确定导致拉丝机延迟的棒材等级。“Minitab 不仅可以通过有限的数据操作快速完成这项任务，还提供非常清晰的图形，无疑是一种有效的演示沟通工具。”Perrin 指出。

Laverton Rod Mill 无法改变用于制造钢棒的进料特性，因此团队希望寻找其他方法降低棒材氧化皮比例并提高线材轧机产量。他们开展实验，测试各项因子，包括棒材轧机采用的冷却工艺、线材轧机采用的除垢和拉丝方法以及两种轧机的操作参数。

首先，他们运行了一项测试，评估冷却运输机参数对棒材氧化皮重量的影响。同时，还测量了拉丝块和棒材轧机吐线机的温度。Minitab 分析显示，当冷却运输机的重整温度降低 30% 时，差异十分显著。

接着，他们测试了拉丝方法对产量造成的影响。在对照运行和测试运行中，团队建立多条生产线，生产线使用新的模具，每个模具涂抹新的润滑剂，除垢装置安装新的刷子，同时保持运行速度一致。采用试验参数运行时温度更低，产品更清洁，模具磨损更小，氧化皮厚度更低。强度测试表明，试验产品与对照产品的质量不存在统计学差异。

他们在拉丝机上测量模具磨损情况，发现新参数还会严重影响拉丝模具的使用寿命。在一项测试中，在开始运行时模具生产的钢丝直径为 6.22 毫米。使用对照棒材生产 15 吨钢丝后，模具直径达到近 6.32 毫米。使用试验棒材的生产线的模具磨损明显降低 - 生产 15 吨钢丝后，直径低于 6.24 毫米。

分析前后收集的数据，揭示改进 Laverton Rod Mill 吐线机校准程序的影响。提高“真实”温度估算准确度有助于轧机确保棒材的氧化皮厚度处在可接受的范围之内。

经过多项不同改进后，团队使用 Minitab 分析了近期轧制的 7 毫米钢丝的氧化皮重量和吐线机温度。Minitab 的分析证实，棒材轧机能够生产出适合机械除垢的棒材，而且相较于过去，因结垢造成的产量损失要低得多。

团队使用 Minitab 创建控制图，清晰展示工厂试验的效果。这是向工艺负责人传达试验结果的有效方式。