氧化鋯氧分析儀在加熱爐中的應用和故障處理

黃羽 張海

南京鋼鐵集團有限公司，江蘇 南京 210035

氧化鋯氧分析儀在加熱爐中的應用和故障處理

黃羽 張海

南京鋼鐵集團有限公司，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用案例，詳細介紹了氧分析儀的故障原因，標定方法和維護方法。

氧化鋯氧分析儀；故障；標定；維護

前言

隨著鋼鐵市場的競爭日益激烈，對板材性能以及加熱爐運行經濟性提出了更高的要求。要使加熱爐優化燃燒，空燃氣配比在熱工制度中是很重要的參數，只有空燃氣配比合理，才能達到較高的燃燒溫度，如果空氣供給過大，致使爐溫降低，爐內呈現氧化性氣氛，工件燒耗增加，熱效率降低。反之燃氣供給過大，也同樣造成爐溫降低且燃燒不完全，既浪費燃氣又污染環境。所以采取有效手段使空氣(主要是O)，燃氣(一般指CO)配比合理，指導操作人員合理操作，這是關鍵環節。用氧化鋯氧分析儀指導燃燒就是一個直接有效的方法，但由于氧分析儀長期工作在高溫環境下，容易出現故障，所以對氧化鋯氧分析儀的正確維護尤其重要。

1.ZO系列氧化鋯分析儀

南鋼中厚板卷廠現有兩座步進式加熱爐，每座爐子配置一套南京齊創分析儀器有限公司生產的ZO系列的氧化鋯氧量測量裝置。該氧化鋯頭安裝到在爐尾熱回收段（通常700度左右），檢測點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的檢測。將測得的氧量氧電勢信號送至爐體側面就地安裝的氧量變送器進行運算并顯示氧量值，同時變送器輸出的4～20mA信號送至PLC，程序自動進行空氣過剩系數校正。ZO系列氧化鋯分析儀是由智能化分析儀和氧化鋯氧量計（簡稱氧探頭）組成。該儀器的工作原理是基于電化學原理，檢測元件是利用氧化鋯（ZrO2）制成的固體電解質，其在高溫下具有傳導氧離子的特性，當固體電解質兩側存在氧濃度差時，即有一與濃度成一定關系的電勢產生，對此電勢作補償計算，從而可準確反映氧量。其采用單片機作核心，對氧探頭進行爐溫加熱控制和數據處理，通過氧探頭可對加熱爐煙氣中的氧含量進行快速、準確、連續地檢測，減少低氧燃燒造成的污染，確保生產過程的安全和經濟性。

2.常見故障及原因分析

系統檢修：氧量變送器若出現氧量指示為零或無氧量信號，這時應首先檢查氧量信號線路是否斷開，若線路正常，則應檢查鋯頭是否正常。在750℃測探頭內阻，若內阻大于1KΩ，證明探頭已老化，需更換鋯元件或探頭，若內阻小于800Ω，證明接線開路，逐一檢查處理。

恒溫系統故障：若出現池溫上不去，則應檢查加熱爐內阻絲是短路還是斷路.正常的加熱爐絲電阻約為140Ω，若用萬用表測得電阻絲開路或阻值小于80Ω，則應更換加熱爐絲。當出現池溫過高及溫度失控時，這不僅使氧量顯示不準，而且會加速鋯頭老化或鋯頭燒壞，這時應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；溫度失控的另一個原因是繼電器或溫控電路故障，因為繼電器、溫度電路故障會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：使用一段時間的探頭，鋯元件引線的轉接處可能由于氧化而接觸不良或松動，會使Em值（用萬用表量）時大時小，時好時壞，處于不穩定狀態，觀察鋯元件后做相應處理。當出現氧量信號偏差太大或不準確時，則有可能是氧化鋯電極短路，這時應檢查氧化鋯電池連線是否短接。在未升溫時，內阻若小于50Ω，證明電極短路，須更換鋯頭。若在運行過程中，出現本底電勢大于10mV或小于-30mV，則須對氧量測量裝置用標氣重新標定，標定完后若本底電勢仍然異常，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，其結果會使探頭的輸出電勢Em變小，本底電勢Eo變大，這時用洗耳球對準探頭的空氣入口處吹若干次，解決導氣管堵塞之后，上述現象即可解決。鋯元件堵灰，應取出探頭消除灰堵，重裝過濾器。探頭漏氣對探頭影響極大。

現場干擾引起故障：由于電磁場較強，對新安裝儀表的不穩定故障，應首先考慮干擾的可能性。

3.標定方法

氧化鋯探頭裝入現場運行一天后，讓探頭內的可燃氣體全部燃燒完，溫度升至恒定時，再通入標氣進行標定。標定方法如下：

標氣校準系統的連接見圖1。

把中間開有小孔的橡皮墊圈平坦的放進標氣瓶出氣孔的洞里，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（反時針方向），此時減壓閥處于關閉狀態。緩慢松開標氣瓶的氣閥，減壓閥上右邊的氧壓表指示氣瓶內部氣體的壓力，注意檢查減壓閥與氣瓶連接處，應無漏氣現象。若此時氧壓表無指示，可能是密封用的橡皮墊圈堵住了標氣瓶的出氣孔。將流量計正向放置，底部入口應接到減壓閥的出口處，頂部出口的導氣膠管置于空氣中，緩慢旋進（順時針）減壓閥的把手，使流量計指示在400mL/ min至500mL/min之間，其刻度應查流量計的曲線求得。把探頭上標氣入口的短膠管取下，把導氣膠管套到探頭的標氣入口處，待變送器指示的氧量值穩定后，調節面板上的“本底調節”電位器，使氧量指示值與標氣指示相等，標氣結束，記錄本底數值，以供分析探頭運行情況之用。

圖1 標氣校準系統的連接圖

4.日常維護

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

（2）根據儀器需要，定期清洗探頭有關部件。

（3）停爐時，應等停爐后再關儀器，開爐前先開儀器。停爐時間較長時，提前將探頭抽出，以免有害性氣體和機械震動對氧化鋯元件的影響，因為當爐子停止燃燒時，煙道和爐內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酸性，故會對氧化鋯的電極和加熱器以及探頭內的部件產生腐蝕作用。

（4）做好每臺儀器的運行檔案，包括儀器進廠日期、安裝時間、維修情況和運行情況等。

5.結語

通過加強對氧化鋯分析儀的故障分析總結與維護，使得我廠多年來從未出現過因氧量分析儀故障影響加熱爐正常運行，提高了爐子的安全性和經濟性。不僅大大節約了能源，減少了環境污染，還提高了板坯表面質量，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