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(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)第五二研究所包頭所，內(nèi)蒙古包頭 014036）

0 引言

碳硫分析儀采用高頻感應(yīng)爐配合紅外檢測(cè)系統(tǒng)，能快速、準(zhǔn)確測(cè)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(guó)LECO 公司推出的一款實(shí)用性較強(qiáng)的儀器，該儀器的優(yōu)點(diǎn)在于采用了比較先進(jìn)的紅外檢測(cè)單元設(shè)計(jì)、全自動(dòng)雙刷清掃裝置、六軸可調(diào)的觸摸屏以及易于操作的現(xiàn)代Cornerstone 軟件。中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)第五二研究所包頭所理化檢測(cè)中心2016 年購(gòu)買的一臺(tái)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(lái)CS744 型碳硫分析儀先后出現(xiàn)了多種故障，通過(guò)分析各類故障產(chǎn)生的原因，找出排除故障的方法[9-12]，避免異?，F(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，最終達(dá)到儀器的后期穩(wěn)定和使用壽命延長(zhǎng)的目的。

1 工作原理

試樣在高頻感應(yīng)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(guò)加熱的灰塵過(guò)濾器、干燥的試劑，然后通過(guò)2 個(gè)非色散的紅外池，以SO2的形式檢測(cè)硫。氣流繼續(xù)通過(guò)加熱的催化劑，將CO 轉(zhuǎn)換成CO2、SO2轉(zhuǎn)換成SO3，之后SO3被過(guò)濾器除去，然后通過(guò)第二對(duì)非色散的紅外池檢測(cè)CO2。在紅外光譜中CO2有一個(gè)特定的吸收紅外能的波長(zhǎng)，CO2流經(jīng)紅外池時(shí)吸收紅外源發(fā)出的紅外能，阻止紅外光到達(dá)紅外檢測(cè)器。濾光片有選擇地?fù)踝〕鼵O2能吸收波長(zhǎng)以外所有波長(zhǎng)的紅外線。到達(dá)紅外檢測(cè)池的紅外線，減少的能量，作為被測(cè)的CO2濃度，殘余氣體由分析器排放到室外。同時(shí)，碳和硫的分析結(jié)果通過(guò)軟件計(jì)算以C%和S%的形式顯示在觸摸屏上，并且能隨時(shí)查閱和打印[13]。

2 工作參數(shù)

CS744 型碳硫分析儀工作參數(shù)和典型值見(jiàn)表1。

表1 CS744 型碳硫分析儀工作參數(shù)和典型值

3 討論

3.1 通過(guò)日常維護(hù)避免常見(jiàn)故障

（1）燃燒管。拆開(kāi)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(shí)容易在燃燒管內(nèi)壁沉積大量的灰塵，而鉻鐵等樣品燃燒時(shí)部分熔渣噴濺在燃燒管內(nèi)部，灰塵和熔渣沉積一定厚度后，燃燒管逐漸合金化就會(huì)出現(xiàn)炸裂情況。

（2）自動(dòng)清掃爐頭。拔出自動(dòng)清掃爐頭，刷去自動(dòng)清掃爐頭組件上的灰塵并擦拭干凈，旋轉(zhuǎn)刷子使之伸長(zhǎng)，清潔2 個(gè)O 形圈中間的氧槍進(jìn)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(hù)自動(dòng)清掃爐頭組件，否則氧槍進(jìn)氣孔容易被灰塵堵塞，影響檢測(cè)結(jié)果。同時(shí)，O 形圈也容易被灰塵顆粒磨損導(dǎo)致系統(tǒng)緩慢泄漏。

（3）灰塵過(guò)濾器。卸下灰塵過(guò)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(dāng)上游壓力表和下游壓力表數(shù)值相差大于0.5 ps（i0.003 MPa）時(shí)就要清掃過(guò)濾器上的灰塵，如果釋放曲線拖尾或測(cè)定值異常就要更換清洗干凈的灰塵過(guò)濾器。

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

3.2 通過(guò)儀器自動(dòng)診斷查找故障原因

3.2.1 檢查環(huán)境參數(shù)

上游和下游壓力應(yīng)在12 ps（i0.083 MPa）；背壓790 mmHg；載氣流速3 L/min；動(dòng)力氣壓力應(yīng)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(shù)需要實(shí)時(shí)關(guān)注其動(dòng)態(tài)變化。當(dāng)上下游壓力差變大時(shí)需要清洗灰塵過(guò)濾器；背壓異常時(shí)說(shuō)明漏氣；載氣流速異常需要調(diào)節(jié)進(jìn)氣壓力；板極電流低于300 mA 時(shí)說(shuō)明樣品燃燒不完全；基架升起或降下緩慢時(shí)需要提高動(dòng)力氣調(diào)節(jié)器的安全壓力。

3.2.2 系統(tǒng)漏氣檢查

每次進(jìn)行分析氣路或動(dòng)力氣路的維護(hù)后，都要進(jìn)行漏氣檢查。漏氣檢查分為系統(tǒng)漏氣檢查、分段式漏氣檢查和動(dòng)力氣的漏氣檢查3 種方法，檢查結(jié)果是通過(guò)或失敗。

（1）如果系統(tǒng)不能增壓，說(shuō)明分析系統(tǒng)或動(dòng)力系統(tǒng)有嚴(yán)重漏氣導(dǎo)致加壓失敗，應(yīng)檢查自動(dòng)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。

今年60歲的王后生是一個(gè)種了一輩子地的老農(nóng)民，具有豐富的種植經(jīng)驗(yàn)。據(jù)他介紹，在沒(méi)有配肥站之前，老百姓種地的施肥模式是前期播種的時(shí)候下底肥，每畝50-60斤，后期用滴灌澆水的時(shí)候施化肥，每畝60-100斤?！澳銈兌贾朗┗适且粋€(gè)體力活，非常辛苦！老百姓不知道辛苦了多少年！”王后生激動(dòng)地說(shuō)，“有了精準(zhǔn)配肥站，種地的時(shí)候就不用下底肥了！用上液體自動(dòng)施肥機(jī)，澆地的時(shí)候也不用倒化肥了！”

（2）如果系統(tǒng)增壓后壓力突然增加，有可能是一個(gè)閥沒(méi)關(guān)，讓氣體進(jìn)入了系統(tǒng)，或是紅外池的溫度不穩(wěn)定，應(yīng)關(guān)閉異常閥或讓溫度穩(wěn)定。

（3）如果壓力降低，說(shuō)明系統(tǒng)有泄漏，應(yīng)重新檢查日常維護(hù)的項(xiàng)目。

3.3 通過(guò)簡(jiǎn)單維修解決罕見(jiàn)故障

3.3.1 基架升起或下降時(shí)卡頓

基架下降時(shí)壓力趨于穩(wěn)定，雖然動(dòng)力氣的壓力達(dá)到安全壓力值8.0 ps（i0.055 MPa），但達(dá)不到基架升起或降下所需要的壓力需求，要求調(diào)節(jié)進(jìn)氣的動(dòng)力氣壓力。排除方法是找到安全壓力調(diào)節(jié)閥，拉出解鎖按鈕，將壓力調(diào)高至10.0～12.0 ps（i0.069～0.083 MPa），推進(jìn)調(diào)節(jié)閥按鈕鎖定，直到基架升起或降下時(shí)無(wú)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(dāng)樣品分析結(jié)束后，清掃時(shí)熱坩堝及剛?cè)紵甑脑嚇尤墼鼑姙R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(kāi)所選擇的“分析方法”，編輯其通用參數(shù)中樣品冷卻時(shí)間，將時(shí)間由0 s設(shè)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(shí)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(dòng)清掃組件上旋轉(zhuǎn)把持器螺絲斷裂

每次分析結(jié)束，清掃爐頭組件會(huì)旋轉(zhuǎn)清掃灰塵過(guò)濾管，旋轉(zhuǎn)過(guò)程中螺絲松動(dòng)導(dǎo)致斷裂，進(jìn)氧槍與把持器分體，儀器無(wú)法工作。臨時(shí)性應(yīng)急措施：為了不影響生產(chǎn)任務(wù)的檢測(cè)工作，加工一個(gè)直徑3 mm、長(zhǎng)2 cm的螺紋棒，暫時(shí)固定連接進(jìn)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(gòu)更換原廠進(jìn)口配件（圖3）。

圖3 用螺絲固定進(jìn)氧槍與把持器

3.3.4 完成分析后基架無(wú)法自動(dòng)下降

如果樣品分析結(jié)束，但基架無(wú)法自動(dòng)下降，說(shuō)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(gè)最外面的螺絲，拆下底部右邊的鑄件，找到動(dòng)力氣氣缸上的LED 燈，用螺絲刀慢慢地上下挪動(dòng)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(dòng)力氣缸電路

3.4 通過(guò)觀察釋放曲線判斷異?，F(xiàn)象

（1）如果分析過(guò)程中曲線突然趨于直線，說(shuō)明系統(tǒng)嚴(yán)重漏氣，應(yīng)立即停止操作，重新檢查各組件和區(qū)域。

（2）如果釋放曲線出現(xiàn)雙峰，說(shuō)明燃燒不完全，應(yīng)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(shí)硫的峰都出現(xiàn)拖尾，說(shuō)明氣路堵塞，應(yīng)更換金屬過(guò)濾網(wǎng)、高氯酸鎂干燥劑以及次級(jí)過(guò)濾器。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析總結(jié)CS744 型碳硫分析儀故障成因，得出儀器長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行和延長(zhǎng)儀器使用壽命的要點(diǎn)：①了解儀器電子控制組成和氣路系統(tǒng)工作原理，通過(guò)日常診斷能快速判斷儀器各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)是否正常；②按操作規(guī)程對(duì)儀器進(jìn)行日常維護(hù)和定期保養(yǎng)，通過(guò)維護(hù)保養(yǎng)降低儀器故障率；③積累經(jīng)驗(yàn)，提高解決問(wèn)題的能力，儀器操作者通過(guò)學(xué)習(xí)，自己維修儀器不僅節(jié)約維修成本，還能確?？蒲猩a(chǎn)檢測(cè)任務(wù)按時(shí)完成。