洁净钢冶炼用耐火材料中氧化钙含量的质量控制

闫中广

阳泉市质量技术监督检验测试所 山西阳泉 045000

在洁净钢冶炼过程中，耐火材料对提高钢液洁净度和降低钢液中氧、硫、磷、氮、氢等杂质含量起到重要作用。磷是钢中有害杂质，含磷较多的钢在室温或更低温度下使用时易于脆裂，降低了钢的塑性、韧性和可焊接性。然而，并非耐火材料中CaO含量越高，在洁净钢冶炼中的脱磷效果就越好。林育炼［1］研究了耐火材料内衬中CaO含量对钢水中残余P含量的影响。结果表明，当耐火材料中CaO含量为25%（w）时，钢水中P含量大幅度降低，由原始的0．1%（w）降低到0．01%（w）；进一步提高CaO含量，钢水中P含量仅有小幅度降低，原因是CaO溶解在炉渣成分中趋于饱和。因此，在耐火材料生产过程中就有必要对耐火材料的氧化钙含量实施严格的质量控制。目前，在耐火材料生产实践中，生产企业逐渐认识到质量控制图强大的分析功能，并尝试运用质量控制图来监测生产过程中耐火材料中氧化钙含量可能出现的误差，分析误差存在的原因，并及时进行纠正，较好地实现质量控制的目标，起到了有效的预防作用。

1 质量控制图原理及类型

质量控制图是基于概率论的一种质量管理方法，通过对生产过程中某项质量特性实施持续测定、记录和评估，随时监测这种质量特性是否处于控制状态，从而起到稳定生产，保证质量，积极预防的作用［2］。质量控制图的基本模式如图1所示，其中CL线为中心线，表示产品某项质量特性指标的平均值，UCL线为上控制线，LCL线为下控制线。横坐标表示样本序号，纵坐标表示产品某项质量特性指标。把按时间顺序采集到的质量特性样本值用点画在图1上，并把各点连接起来，就能清楚展示出质量特性值的波动情况。

图1 质量控制图基本模型

根据监控对象统计数据的类型不同，质量控制图可分为计量控制图和计数控制图［3］。计量控制图根据中心线、上控制线、下控制线的计算方法不同又可分为均值－标准差控制图（－S图）、均值－极差控制图（－R图）、中位数－极差控制图（X－R图）、单值－移动极差控制图（X－算样本的氧化钙含量总平均值pagenumber_ebook=72,pagenumber_book=526图）。计量控制图所要控制的参数多是可以直接测量的计量型参数，且这些参数通常都服从正态分布，如尺寸、公差、质量、压力、温度、湿度、密度、浓度等。计数控制图根据适用控制参数对象不同可分为不良率控制图（P图）、不良数控制图（np图）、缺点数控制图（C图）和单位缺点数控制图（U图），P图和np图用于分析或控制生产过程的不合格品率或不合格品数，其子组特征需服从二项分布，C图和U图用于分析或控制生产过程的单位产品缺陷数，其子组特征需呈波松分布。

2 均值－极差控制图的应用

2．1 选用合适的质量控制图类型

耐火材料中氧化钙含量是可测量的，可以选择最为常用的均值－极差控制图（－R图）来进行稳定性分析和控制。

绘制耐火材料中氧化钙含量均值－极差控制图的基本步骤：首先从耐火材料生产过程中采集20组氧化钙含量检测数据样本，然后通过每组样本中各个子组的均值和极差计算均值－极差控制图的中心线和控制线，并绘制均值－极差控制图，最后对均值－极差控制图进行合理分析。

2．2 样本数据的采集与整理

采集准确的数据样本是进行质量控制分析的基础，也是绘制质量控制图的第一步。采集样本要遵守合理子组原则，组内采集尽量保证在短时间内进行，组间采集需要保证一定的时间间隔。从洁净钢冶炼用耐火材料生产线成型产品中抽取一组（4个）样本，检测氧化钙含量，并计算该组的均值和极差Ri，得到一组检测数据。间隔一定时间（第二天或者第二个批次），再次从生产线成型产品中抽取一组样本，在相同检测条件下，用相同的仪器，由同一人员对样本氧化钙含量进行检测和计算，得到第二组检测数据。如此重复20次，得到20组氧化钙含量检测数据。整理后的数据如表1所示。

2．3 均值－极差控制图相关参数的计算

首先，根据表1中每组样本中各个子样的氧化钙含量检测数据，计算每组样本的氧化钙含量平均值与极差Ri。

式中：xi为第i组样本中各个子样的氧化钙含量检测值；n为每组样本的子样个数；ximax为第i组样本中最大的子样值；ximin为第i组样本中最小的子样值。

表1 耐火材料中氧化钙含量检测数据

最后，均值－极差控制图中心线CL，上控制线UCL以及下控制线LCL的计算。

2．4 均值－极差控制图的绘制

图2 耐火材料中氧化钙含量的均值－极差控制图

2．5 均值－极差控制图分析

通过均值－极差控制图分析耐火材料生产过程中氧化钙含量是否处于受控状态，必须同时满足两个条件［4］：1）控制图上连续2点没有一点在界限线外，或连续35点中最多有1点在界限线外，或连续100点中最多有2点在界限线外。如果点恰巧落在上、下控制线上，作为界限线外处理。2）控制图上点的分布无下述异常现象：连续7点或更多点在中心线一侧；连续7点上升或下降趋势；连续11点中有至少10点在中心线一侧；连续14点中有至少12点在中心线一侧；连续17点中有至少14点在中心线一侧；连续20点中有至少16点在中心线一侧；点子发生周期性波动。

观察图2中的极差（R）控制图可以发现，20个样本的氧化钙含量极差都没有超出上、下限控制线，控制图上点的分布无异常现象，满足了受控状态的两个条件，所以从极差（R）控制图可以判定，该图监控的耐火材料生产过程中氧化钙含量处于稳定受控状态。从图2中均值（）控制图可以发现，20个样本的氧化钙含量平均值都没有超出上、下限控制线，控制图上点的分布无异常现象，且都随机分布在中心线两侧，越接近上、下限控制线，分布的点越少，满足了受控状态的两个条件，所以从均值（）控制图可以判定，该图监控的耐火材料生产过程中氧化钙含量处于稳定受控状态。

3 结语

质量控制图的使用不是一成不变的。当生产系统出现重大工艺调整，如更换供应商、更换设备等影响生产能力时，耐火材料企业需要重新绘制控制图，判断生产过程是否稳定，是否满足生产能力，控制线是否需要调整等。