黃羽 張海

南京鋼鐵集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210035

氧化鋯氧分析儀在加熱爐中的應(yīng)用和故障處理

黃羽 張海

南京鋼鐵集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210035

本文通過氧化分析儀在南鋼中厚板卷廠加熱爐的應(yīng)用案例，詳細(xì)介紹了氧分析儀的故障原因，標(biāo)定方法和維護(hù)方法。

氧化鋯氧分析儀；故障；標(biāo)定；維護(hù)

前言

隨著鋼鐵市場(chǎng)的競爭日益激烈，對(duì)板材性能以及加熱爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求。要使加熱爐優(yōu)化燃燒，空燃?xì)馀浔仍跓峁ぶ贫戎惺呛苤匾膮?shù)，只有空燃?xì)馀浔群侠恚拍苓_(dá)到較高的燃燒溫度，如果空氣供給過大，致使?fàn)t溫降低，爐內(nèi)呈現(xiàn)氧化性氣氛，工件燒耗增加，熱效率降低。反之燃?xì)夤┙o過大，也同樣造成爐溫降低且燃燒不完全，既浪費(fèi)燃?xì)庥治廴经h(huán)境。所以采取有效手段使空氣(主要是O)，燃?xì)?一般指CO)配比合理，指導(dǎo)操作人員合理操作，這是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。用氧化鋯氧分析儀指導(dǎo)燃燒就是一個(gè)直接有效的方法，但由于氧分析儀長期工作在高溫環(huán)境下，容易出現(xiàn)故障，所以對(duì)氧化鋯氧分析儀的正確維護(hù)尤其重要。

1.ZO系列氧化鋯分析儀

南鋼中厚板卷廠現(xiàn)有兩座步進(jìn)式加熱爐，每座爐子配置一套南京齊創(chuàng)分析儀器有限公司生產(chǎn)的ZO系列的氧化鋯氧量測(cè)量裝置。該氧化鋯頭安裝到在爐尾熱回收段（通常700度左右），檢測(cè)點(diǎn)選在爐頂靠近煙道上方，那里煙氣較集中，加上下排煙道的抽力，而爐尾裝鋼口及其它爐體縫隙的空氣不影響此點(diǎn)的檢測(cè)。將測(cè)得的氧量氧電勢(shì)信號(hào)送至爐體側(cè)面就地安裝的氧量變送器進(jìn)行運(yùn)算并顯示氧量值，同時(shí)變送器輸出的4～20mA信號(hào)送至PLC，程序自動(dòng)進(jìn)行空氣過剩系數(shù)校正。ZO系列氧化鋯分析儀是由智能化分析儀和氧化鋯氧量計(jì)（簡稱氧探頭）組成。該儀器的工作原理是基于電化學(xué)原理，檢測(cè)元件是利用氧化鋯（ZrO2）制成的固體電解質(zhì)，其在高溫下具有傳導(dǎo)氧離子的特性，當(dāng)固體電解質(zhì)兩側(cè)存在氧濃度差時(shí)，即有一與濃度成一定關(guān)系的電勢(shì)產(chǎn)生，對(duì)此電勢(shì)作補(bǔ)償計(jì)算，從而可準(zhǔn)確反映氧量。其采用單片機(jī)作核心，對(duì)氧探頭進(jìn)行爐溫加熱控制和數(shù)據(jù)處理，通過氧探頭可對(duì)加熱爐煙氣中的氧含量進(jìn)行快速、準(zhǔn)確、連續(xù)地檢測(cè)，減少低氧燃燒造成的污染，確保生產(chǎn)過程的安全和經(jīng)濟(jì)性。

2.常見故障及原因分析

系統(tǒng)檢修：氧量變送器若出現(xiàn)氧量指示為零或無氧量信號(hào)，這時(shí)應(yīng)首先檢查氧量信號(hào)線路是否斷開，若線路正常，則應(yīng)檢查鋯頭是否正常。在750℃測(cè)探頭內(nèi)阻，若內(nèi)阻大于1KΩ，證明探頭已老化，需更換鋯元件或探頭，若內(nèi)阻小于800Ω，證明接線開路，逐一檢查處理。

恒溫系統(tǒng)故障：若出現(xiàn)池溫上不去，則應(yīng)檢查加熱爐內(nèi)阻絲是短路還是斷路.正常的加熱爐絲電阻約為140Ω，若用萬用表測(cè)得電阻絲開路或阻值小于80Ω，則應(yīng)更換加熱爐絲。當(dāng)出現(xiàn)池溫過高及溫度失控時(shí)，這不僅使氧量顯示不準(zhǔn)，而且會(huì)加速鋯頭老化或鋯頭燒壞，這時(shí)應(yīng)立即檢查熱電偶是否斷路或連線是否開路，方法是用萬用表檢查熱偶，電阻若大于20Ω，則判斷為熱電偶斷路，需更換熱電偶及鋯頭；溫度失控的另一個(gè)原因是繼電器或溫控電路故障，因?yàn)槔^電器、溫度電路故障會(huì)使氧量變送器始終給加熱爐加熱，從而造成溫度升高。

鋯元件故障：使用一段時(shí)間的探頭，鋯元件引線的轉(zhuǎn)接處可能由于氧化而接觸不良或松動(dòng)，會(huì)使Em值（用萬用表量）時(shí)大時(shí)小，時(shí)好時(shí)壞，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，觀察鋯元件后做相應(yīng)處理。當(dāng)出現(xiàn)氧量信號(hào)偏差太大或不準(zhǔn)確時(shí)，則有可能是氧化鋯電極短路，這時(shí)應(yīng)檢查氧化鋯電池連線是否短接。在未升溫時(shí)，內(nèi)阻若小于50Ω，證明電極短路，須更換鋯頭。若在運(yùn)行過程中，出現(xiàn)本底電勢(shì)大于10mV或小于-30mV，則須對(duì)氧量測(cè)量裝置用標(biāo)氣重新標(biāo)定，標(biāo)定完后若本底電勢(shì)仍然異常，則說明探頭已老化，不能再使用了。

氣路方面的故障：氧化鋯鋯頭堵灰，造成參比氣不流通，其結(jié)果會(huì)使探頭的輸出電勢(shì)Em變小，本底電勢(shì)Eo變大，這時(shí)用洗耳球?qū)?zhǔn)探頭的空氣入口處吹若干次，解決導(dǎo)氣管堵塞之后，上述現(xiàn)象即可解決。鋯元件堵灰，應(yīng)取出探頭消除灰堵，重裝過濾器。探頭漏氣對(duì)探頭影響極大。

現(xiàn)場(chǎng)干擾引起故障：由于電磁場(chǎng)較強(qiáng)，對(duì)新安裝儀表的不穩(wěn)定故障，應(yīng)首先考慮干擾的可能性。

3.標(biāo)定方法

氧化鋯探頭裝入現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行一天后，讓探頭內(nèi)的可燃?xì)怏w全部燃燒完，溫度升至恒定時(shí)，再通入標(biāo)氣進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定方法如下：

標(biāo)氣校準(zhǔn)系統(tǒng)的連接見圖1。

把中間開有小孔的橡皮墊圈平坦的放進(jìn)標(biāo)氣瓶出氣孔的洞里，再裝上減壓閥，把減壓閥的鎖緊螺母上緊。把減壓閥把手旋出（反時(shí)針方向），此時(shí)減壓閥處于關(guān)閉狀態(tài)。緩慢松開標(biāo)氣瓶的氣閥，減壓閥上右邊的氧壓表指示氣瓶內(nèi)部氣體的壓力，注意檢查減壓閥與氣瓶連接處，應(yīng)無漏氣現(xiàn)象。若此時(shí)氧壓表無指示，可能是密封用的橡皮墊圈堵住了標(biāo)氣瓶的出氣孔。將流量計(jì)正向放置，底部入口應(yīng)接到減壓閥的出口處，頂部出口的導(dǎo)氣膠管置于空氣中，緩慢旋進(jìn)（順時(shí)針）減壓閥的把手，使流量計(jì)指示在400mL/ min至500mL/min之間，其刻度應(yīng)查流量計(jì)的曲線求得。把探頭上標(biāo)氣入口的短膠管取下，把導(dǎo)氣膠管套到探頭的標(biāo)氣入口處，待變送器指示的氧量值穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)面板上的“本底調(diào)節(jié)”電位器，使氧量指示值與標(biāo)氣指示相等，標(biāo)氣結(jié)束，記錄本底數(shù)值，以供分析探頭運(yùn)行情況之用。

圖1 標(biāo)氣校準(zhǔn)系統(tǒng)的連接圖

4.日常維護(hù)

（1）經(jīng)常巡視儀器是否正常，儀器一旦出現(xiàn)故障，及時(shí)查找故障，盡量做到自己排除故障，如屬探頭正常老化損壞，或一時(shí)查不出故障原因，應(yīng)及時(shí)更換。

（2）根據(jù)儀器需要，定期清洗探頭有關(guān)部件。

（3）停爐時(shí)，應(yīng)等停爐后再關(guān)儀器，開爐前先開儀器。停爐時(shí)間較長時(shí)，提前將探頭抽出，以免有害性氣體和機(jī)械震動(dòng)對(duì)氧化鋯元件的影響，因?yàn)楫?dāng)爐子停止燃燒時(shí)，煙道和爐內(nèi)煙氣中的水汽冷凝后的水份易滯留于探頭上。雖然探頭的所有材料是不銹鋼、合金鋼和陶瓷材料，但由于冷凝后的水份呈強(qiáng)酸性，故會(huì)對(duì)氧化鋯的電極和加熱器以及探頭內(nèi)的部件產(chǎn)生腐蝕作用。

（4）做好每臺(tái)儀器的運(yùn)行檔案，包括儀器進(jìn)廠日期、安裝時(shí)間、維修情況和運(yùn)行情況等。

5.結(jié)語

通過加強(qiáng)對(duì)氧化鋯分析儀的故障分析總結(jié)與維護(hù)，使得我廠多年來從未出現(xiàn)過因氧量分析儀故障影響加熱爐正常運(yùn)行，提高了爐子的安全性和經(jīng)濟(jì)性。不僅大大節(jié)約了能源，減少了環(huán)境污染，還提高了板坯表面質(zhì)量，為我廠軋制高性能板坯提供了有力保障。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.08.080