潔凈鋼冶煉用耐火材料中氧化鈣含量的質量控制

閆中廣

陽泉市質量技術監督檢驗測試所 山西陽泉 045000

在潔凈鋼冶煉過程中，耐火材料對提高鋼液潔凈度和降低鋼液中氧、硫、磷、氮、氫等雜質含量起到重要作用。磷是鋼中有害雜質，含磷較多的鋼在室溫或更低溫度下使用時易于脆裂，降低了鋼的塑性、韌性和可焊接性。然而，并非耐火材料中CaO含量越高，在潔凈鋼冶煉中的脫磷效果就越好。林育煉［1］研究了耐火材料內襯中CaO含量對鋼水中殘余P含量的影響。結果表明，當耐火材料中CaO含量為25%（w）時，鋼水中P含量大幅度降低，由原始的0．1%（w）降低到0．01%（w）；進一步提高CaO含量，鋼水中P含量僅有小幅度降低，原因是CaO溶解在爐渣成分中趨于飽和。因此，在耐火材料生產過程中就有必要對耐火材料的氧化鈣含量實施嚴格的質量控制。目前，在耐火材料生產實踐中，生產企業逐漸認識到質量控制圖強大的分析功能，并嘗試運用質量控制圖來監測生產過程中耐火材料中氧化鈣含量可能出現的誤差，分析誤差存在的原因，并及時進行糾正，較好地實現質量控制的目標，起到了有效的預防作用。

1 質量控制圖原理及類型

質量控制圖是基于概率論的一種質量管理方法，通過對生產過程中某項質量特性實施持續測定、記錄和評估，隨時監測這種質量特性是否處于控制狀態，從而起到穩定生產，保證質量，積極預防的作用［2］。質量控制圖的基本模式如圖1所示，其中CL線為中心線，表示產品某項質量特性指標的平均值，UCL線為上控制線，LCL線為下控制線。橫坐標表示樣本序號，縱坐標表示產品某項質量特性指標。把按時間順序采集到的質量特性樣本值用點畫在圖1上，并把各點連接起來，就能清楚展示出質量特性值的波動情況。

圖1 質量控制圖基本模型

根據監控對象統計數據的類型不同，質量控制圖可分為計量控制圖和計數控制圖［3］。計量控制圖根據中心線、上控制線、下控制線的計算方法不同又可分為均值－標準差控制圖（－S圖）、均值－極差控制圖（－R圖）、中位數－極差控制圖（X－R圖）、單值－移動極差控制圖（X－算樣本的氧化鈣含量總平均值pagenumber_ebook=72,pagenumber_book=526圖）。計量控制圖所要控制的參數多是可以直接測量的計量型參數，且這些參數通常都服從正態分布，如尺寸、公差、質量、壓力、溫度、濕度、密度、濃度等。計數控制圖根據適用控制參數對象不同可分為不良率控制圖（P圖）、不良數控制圖（np圖）、缺點數控制圖（C圖）和單位缺點數控制圖（U圖），P圖和np圖用于分析或控制生產過程的不合格品率或不合格品數，其子組特征需服從二項分布，C圖和U圖用于分析或控制生產過程的單位產品缺陷數，其子組特征需呈波松分布。

2 均值－極差控制圖的應用

2．1 選用合適的質量控制圖類型

耐火材料中氧化鈣含量是可測量的，可以選擇最為常用的均值－極差控制圖（－R圖）來進行穩定性分析和控制。

繪制耐火材料中氧化鈣含量均值－極差控制圖的基本步驟：首先從耐火材料生產過程中采集20組氧化鈣含量檢測數據樣本，然后通過每組樣本中各個子組的均值和極差計算均值－極差控制圖的中心線和控制線，并繪制均值－極差控制圖，最后對均值－極差控制圖進行合理分析。

2．2 樣本數據的采集與整理

采集準確的數據樣本是進行質量控制分析的基礎，也是繪制質量控制圖的第一步。采集樣本要遵守合理子組原則，組內采集盡量保證在短時間內進行，組間采集需要保證一定的時間間隔。從潔凈鋼冶煉用耐火材料生產線成型產品中抽取一組（4個）樣本，檢測氧化鈣含量，并計算該組的均值和極差Ri，得到一組檢測數據。間隔一定時間（第二天或者第二個批次），再次從生產線成型產品中抽取一組樣本，在相同檢測條件下，用相同的儀器，由同一人員對樣本氧化鈣含量進行檢測和計算，得到第二組檢測數據。如此重復20次，得到20組氧化鈣含量檢測數據。整理后的數據如表1所示。

2．3 均值－極差控制圖相關參數的計算

首先，根據表1中每組樣本中各個子樣的氧化鈣含量檢測數據，計算每組樣本的氧化鈣含量平均值與極差Ri。

式中：xi為第i組樣本中各個子樣的氧化鈣含量檢測值；n為每組樣本的子樣個數；ximax為第i組樣本中最大的子樣值；ximin為第i組樣本中最小的子樣值。

表1 耐火材料中氧化鈣含量檢測數據

最后，均值－極差控制圖中心線CL，上控制線UCL以及下控制線LCL的計算。

2．4 均值－極差控制圖的繪制

圖2 耐火材料中氧化鈣含量的均值－極差控制圖

2．5 均值－極差控制圖分析

通過均值－極差控制圖分析耐火材料生產過程中氧化鈣含量是否處于受控狀態，必須同時滿足兩個條件［4］：1）控制圖上連續2點沒有一點在界限線外，或連續35點中最多有1點在界限線外，或連續100點中最多有2點在界限線外。如果點恰巧落在上、下控制線上，作為界限線外處理。2）控制圖上點的分布無下述異常現象：連續7點或更多點在中心線一側；連續7點上升或下降趨勢；連續11點中有至少10點在中心線一側；連續14點中有至少12點在中心線一側；連續17點中有至少14點在中心線一側；連續20點中有至少16點在中心線一側；點子發生周期性波動。

觀察圖2中的極差（R）控制圖可以發現，20個樣本的氧化鈣含量極差都沒有超出上、下限控制線，控制圖上點的分布無異常現象，滿足了受控狀態的兩個條件，所以從極差（R）控制圖可以判定，該圖監控的耐火材料生產過程中氧化鈣含量處于穩定受控狀態。從圖2中均值（）控制圖可以發現，20個樣本的氧化鈣含量平均值都沒有超出上、下限控制線，控制圖上點的分布無異常現象，且都隨機分布在中心線兩側，越接近上、下限控制線，分布的點越少，滿足了受控狀態的兩個條件，所以從均值（）控制圖可以判定，該圖監控的耐火材料生產過程中氧化鈣含量處于穩定受控狀態。

3 結語

質量控制圖的使用不是一成不變的。當生產系統出現重大工藝調整，如更換供應商、更換設備等影響生產能力時，耐火材料企業需要重新繪制控制圖，判斷生產過程是否穩定，是否滿足生產能力，控制線是否需要調整等。