CS744 型碳硫分析儀故障分析及排除方法

金 英，白福全，董 桃

（中國兵器工業集團第五二研究所包頭所，內蒙古包頭 014036）

0 引言

碳硫分析儀采用高頻感應爐配合紅外檢測系統，能快速、準確測定鋼、鑄鐵、鐵合金、礦石、純金屬、陶瓷、稀土金屬、爐渣以及催化劑等各種材料中碳、硫元素總含量[1-8]。CS744 型碳硫分析儀是美國LECO 公司推出的一款實用性較強的儀器，該儀器的優點在于采用了比較先進的紅外檢測單元設計、全自動雙刷清掃裝置、六軸可調的觸摸屏以及易于操作的現代Cornerstone 軟件。中國兵器工業集團第五二研究所包頭所理化檢測中心2016 年購買的一臺CS744 型碳硫分析儀，主要用于分析鋼、鑄鐵、鐵合金、鈦合金、鎢合金、銅合金、高溫合金、脫氧劑以及其他各種礦石中碳、硫元素的含量。由于每天分析的樣品種類繁雜，近幾年來CS744 型碳硫分析儀先后出現了多種故障，通過分析各類故障產生的原因，找出排除故障的方法[9-12]，避免異常現象頻繁出現，最終達到儀器的后期穩定和使用壽命延長的目的。

1 工作原理

試樣在高頻感應爐中，在氧氣和助熔劑的作用下燃燒，試樣中的碳和硫元素被氧化成CO2、SO2。由載氣吹掃通過加熱的灰塵過濾器、干燥的試劑，然后通過2 個非色散的紅外池，以SO2的形式檢測硫。氣流繼續通過加熱的催化劑，將CO 轉換成CO2、SO2轉換成SO3，之后SO3被過濾器除去，然后通過第二對非色散的紅外池檢測CO2。在紅外光譜中CO2有一個特定的吸收紅外能的波長，CO2流經紅外池時吸收紅外源發出的紅外能，阻止紅外光到達紅外檢測器。濾光片有選擇地擋住除CO2能吸收波長以外所有波長的紅外線。到達紅外檢測池的紅外線，減少的能量，作為被測的CO2濃度，殘余氣體由分析器排放到室外。同時，碳和硫的分析結果通過軟件計算以C%和S%的形式顯示在觸摸屏上，并且能隨時查閱和打印[13]。

2 工作參數

CS744 型碳硫分析儀工作參數和典型值見表1。

表1 CS744 型碳硫分析儀工作參數和典型值

3 討論

3.1 通過日常維護避免常見故障

（1）燃燒管。拆開燃燒組件，檢查、清理并在燃燒管的O 形圈上涂抹薄薄的一層硅脂，如果有破裂就替換掉。

合金或礦石試樣燃燒時容易在燃燒管內壁沉積大量的灰塵，而鉻鐵等樣品燃燒時部分熔渣噴濺在燃燒管內部，灰塵和熔渣沉積一定厚度后，燃燒管逐漸合金化就會出現炸裂情況。

（2）自動清掃爐頭。拔出自動清掃爐頭，刷去自動清掃爐頭組件上的灰塵并擦拭干凈，旋轉刷子使之伸長，清潔2 個O 形圈中間的氧槍進氣孔，檢查O 形圈并涂抹硅脂，再檢查刷子是否完好。

每次分析試樣前必須維護自動清掃爐頭組件，否則氧槍進氣孔容易被灰塵堵塞，影響檢測結果。同時，O 形圈也容易被灰塵顆粒磨損導致系統緩慢泄漏。

（3）灰塵過濾器。卸下灰塵過濾器，取下O 形圈，先用稀硝酸（5%）浸泡5 min，再用超聲波清洗10 min，最后用干凈的流水沖洗2 min，吹干即可使用。

當上游壓力表和下游壓力表數值相差大于0.5 ps（i0.003 MPa）時就要清掃過濾器上的灰塵，如果釋放曲線拖尾或測定值異常就要更換清洗干凈的灰塵過濾器。

（4）維護凈化過濾組件：①當空氣過濾器積灰時要及時清掃或清洗；②進氣凈化管的氧化銅失效時需更換；③氣流洗滌管中的高氯酸鎂結塊或石英棉變色或硫的峰尾上翹時需更換填充物；④微粒過濾器變色嚴重的要更換新的，否則將會縮短檢測器的壽命；⑤定期檢查吸塵集塵器和吸塵器過濾網，避免灰塵堵塞氣路。

3.2 通過儀器自動診斷查找故障原因

3.2.1 檢查環境參數

上游和下游壓力應在12 ps（i0.083 MPa）；背壓790 mmHg；載氣流速3 L/min；動力氣壓力應該在40 ps（i0.276 MPa）左右；板極電流和柵極電流隨著射頻功率的加大而上升，以上儀器參數需要實時關注其動態變化。當上下游壓力差變大時需要清洗灰塵過濾器；背壓異常時說明漏氣；載氣流速異常需要調節進氣壓力；板極電流低于300 mA 時說明樣品燃燒不完全；基架升起或降下緩慢時需要提高動力氣調節器的安全壓力。

3.2.2 系統漏氣檢查

每次進行分析氣路或動力氣路的維護后，都要進行漏氣檢查。漏氣檢查分為系統漏氣檢查、分段式漏氣檢查和動力氣的漏氣檢查3 種方法，檢查結果是通過或失敗。

（1）如果系統不能增壓，說明分析系統或動力系統有嚴重漏氣導致加壓失敗，應檢查自動清掃爐頭的密封圈、燃燒管的密封圈以及收縮閥管是否完好。

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（2）如果系統增壓后壓力突然增加，有可能是一個閥沒關，讓氣體進入了系統，或是紅外池的溫度不穩定，應關閉異常閥或讓溫度穩定。

（3）如果壓力降低，說明系統有泄漏，應重新檢查日常維護的項目。

3.3 通過簡單維修解決罕見故障

3.3.1 基架升起或下降時卡頓

基架下降時壓力趨于穩定，雖然動力氣的壓力達到安全壓力值8.0 ps（i0.055 MPa），但達不到基架升起或降下所需要的壓力需求，要求調節進氣的動力氣壓力。排除方法是找到安全壓力調節閥，拉出解鎖按鈕，將壓力調高至10.0～12.0 ps（i0.069～0.083 MPa），推進調節閥按鈕鎖定，直到基架升起或降下時無阻礙（圖1）。

圖1 升降基架卡在中間

3.3.2 清掃組件的螺旋頭被燒壞

當樣品分析結束后，清掃時熱坩堝及剛燃燒完的試樣熔渣噴濺到螺旋爐頭上，高溫熔渣熔化了螺旋頭的一部分。解決方法是打開所選擇的“分析方法”，編輯其通用參數中樣品冷卻時間，將時間由0 s設置成5 s 左右，即分析完成后爐子基架降下前有5 s 左右的冷卻時間，避免新更換的螺旋爐頭再次熔化（圖2）。

圖2 螺旋頭被熔渣熔化

3.3.3 自動清掃組件上旋轉把持器螺絲斷裂

每次分析結束，清掃爐頭組件會旋轉清掃灰塵過濾管，旋轉過程中螺絲松動導致斷裂，進氧槍與把持器分體，儀器無法工作。臨時性應急措施：為了不影響生產任務的檢測工作，加工一個直徑3 mm、長2 cm的螺紋棒，暫時固定連接進氧槍與把持器，不影響清掃爐頭組件的正常工作。最佳方案是盡快采購更換原廠進口配件（圖3）。

圖3 用螺絲固定進氧槍與把持器

3.3.4 完成分析后基架無法自動下降

如果樣品分析結束，但基架無法自動下降，說明控制升降氣缸的電路接觸不良，解決方法是取下工作面板，卸下3 個最外面的螺絲，拆下底部右邊的鑄件，找到動力氣氣缸上的LED 燈，用螺絲刀慢慢地上下挪動LED燈的位置，直到綠燈亮，接觸良好即可固定（圖4）。

圖4 連接動力氣缸電路

3.4 通過觀察釋放曲線判斷異常現象

（1）如果分析過程中曲線突然趨于直線，說明系統嚴重漏氣，應立即停止操作，重新檢查各組件和區域。

（2）如果釋放曲線出現雙峰，說明燃燒不完全，應減少稱樣量或增加助熔劑的比例，確保板極電流在300 mA 以上。

（3）如果分析任何樣品時硫的峰都出現拖尾，說明氣路堵塞，應更換金屬過濾網、高氯酸鎂干燥劑以及次級過濾器。

4 結語

通過分析總結CS744 型碳硫分析儀故障成因，得出儀器長期穩定運行和延長儀器使用壽命的要點：①了解儀器電子控制組成和氣路系統工作原理，通過日常診斷能快速判斷儀器各項參數指標是否正常；②按操作規程對儀器進行日常維護和定期保養，通過維護保養降低儀器故障率；③積累經驗，提高解決問題的能力，儀器操作者通過學習，自己維修儀器不僅節約維修成本，還能確保科研生產檢測任務按時完成。