TC500氧氮分析儀故障診斷

摘 "要：TC500氧氮分析儀是LECO公司生產(chǎn)較為成熟的產(chǎn)品，是鋼鐵企業(yè)檢測鋼中氧氮含量時(shí)較為常用的檢測設(shè)備，此設(shè)備操作簡單、性能穩(wěn)定。但任何設(shè)備在長期使用過程中，都難免會多多少少發(fā)生一些故障，該文對設(shè)備的原理和維護(hù)知識進(jìn)行介紹，通過對出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析，提出解決或減少故障的方法。

關(guān)鍵詞：TC500氧氮分析儀；故障診斷；維護(hù)；電極；保養(yǎng)

中圖分類號：O659 " " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " " " " "文章編號：2095-2945（2023）20-0129-04

Abstract： TC500 oxygen and nitrogen analyzer is a more mature product produced by LECO Company. It is commonly used in iron and steel enterprises to detect the content of oxygen and nitrogen in steel. This equipment has the advantages of simple operation and stable performance. However， in the process of long-term use of any equipment， it is inevitable that some faults will occur. This paper introduces the principle and maintenance knowledge of the equipment， and puts forward the methods to solve or reduce the faults through the analysis of the faults.

Keywords： TC500 oxygen and nitrogen analyzer; fault diagnosis; maintenance; electrode; maintenance

在鋼鐵冶煉過程中，生產(chǎn)工藝決定了氧、氮元素必然會或多或少地存在于鋼鐵中。氧、氮元素的存在對鋼鐵性能的影響較大，故氧、氮含量通常被作為重要控制指標(biāo)。通常采用“惰氣-熔融法”測定鋼鐵中氧和氮的含量，該方法現(xiàn)已很成熟，被廣泛運(yùn)用。沙鋼集團(tuán)理化檢測中心先后購置了多臺TC500氧氮分析儀，主要用于原輔料（如增碳劑、釩氮合金等）及線材、棒材、板材等鋼鐵產(chǎn)品的氧氮含量分析。設(shè)備在長期使用后，設(shè)備的零部件出現(xiàn)老化，故障增多，對檢測工作造成一定的影響。為加快設(shè)備故障修復(fù)，提高設(shè)備的使用率，現(xiàn)對設(shè)備使用過程中容易發(fā)生的故障及維修方法進(jìn)行以下總結(jié)。

1 "儀器工作原理及結(jié)構(gòu)

1.1 " 工作原理

試樣置于已脫氣的高純石墨坩堝中，在超純的氦氣氣氛中升溫至3 000 ℃進(jìn)行熔融。樣品中的氧被釋放出來與坩堝中的碳反應(yīng)生成一氧化碳，隨載氣通過被加熱的稀土氧化銅，一氧化碳被氧化成二氧化碳，通過紅外吸收池，檢測二氧化碳含量并計(jì)算求得氧含量。樣品中的氮?jiǎng)t以氮?dú)獾男问奖会尫懦鰜恚治鰵怏w隨載氣進(jìn)入熱導(dǎo)池，利用氮?dú)馀c氦氣之間的熱導(dǎo)差所產(chǎn)生的電流強(qiáng)弱來測得樣品中氮的含量。

1.2 "儀器的基本結(jié)構(gòu)

氧氮分析設(shè)備主要由載氣氣源、稱量裝置、電極爐、動(dòng)力裝置、冷卻系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。如圖1所示。

2 "設(shè)備常見故障診斷

2.1 "氣路

2.1.1 "在樣品分析時(shí)，出現(xiàn)載氣壓力低導(dǎo)致試驗(yàn)無法開展

原因分析：可能是氣瓶中壓力不足或程序中壓力偏移導(dǎo)致，有可能是爐頭O型圈破損或污染導(dǎo)致漏氣。

解決方法：針對報(bào)警內(nèi)容，首先查看輸入的載氣壓力是否正常，若壓力明顯偏低，通常是因?yàn)楹馄恐械暮鈮毫Σ蛔?，需更換氣瓶。若程序中壓力低但氣瓶壓力表上壓力卻顯示氣瓶中有氣且壓力正常，則說明程序中壓力偏移，此時(shí)需在程序的診斷中找到校準(zhǔn)，然后將載氣壓力修改為氣瓶壓力表上顯示的壓力即可。若氦氣瓶壓力表與程序中壓力均正常，則觀察是否因動(dòng)力氣壓力不足而使得電極爐未能完全閉合漏氣，若動(dòng)力氣壓力不足則調(diào)整壓力；若動(dòng)力氣壓力正常，則應(yīng)檢查爐頭是否漏氣，此時(shí)大都是因?yàn)檫M(jìn)樣系統(tǒng)、下電極O型圈漏氣。這時(shí)需要對O型密封圈進(jìn)行清潔，若發(fā)現(xiàn)O型圈破損或變形，及時(shí)進(jìn)行更換，儀器便會恢復(fù)正常。

2.1.2 "試樣通過試樣投放器進(jìn)入電極爐后，積分圖出現(xiàn)較晚

原因分析：載氣流量偏小，可能是氣路老化、氣路堵塞或流量設(shè)置不對導(dǎo)致。

解決方法：出現(xiàn)該現(xiàn)象時(shí)，通常先對所有氣路管道及元件進(jìn)行全面清潔（特別是流量控制器內(nèi)的濾頭，需用超聲波進(jìn)行清洗）。若清潔后積分圖出現(xiàn)仍然較晚，則通過調(diào)節(jié)流量控制器，將載氣流量增大，即可解決。但調(diào)節(jié)過程中不能調(diào)節(jié)過快，應(yīng)分多次進(jìn)行調(diào)節(jié)，每次流量增加50 mL/min后，應(yīng)分析一個(gè)控樣查看出峰情況，否則會造成流量過大，出峰太早導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真。

2.1.3 "積分圖拖尾，分析時(shí)間變長

原因分析：通常是爐頭長時(shí)間未得到清潔所致。

解決方法：針對積分圖拖尾問題，首先用電極清潔刷對上、下電極進(jìn)行清掃，平時(shí)也應(yīng)每分析一個(gè)樣品便清潔一次，若分析樣品鋼樣等清潔樣品時(shí)，也可適當(dāng)降低清掃頻次，但每次清掃間隔不應(yīng)超過5次分析。然后檢查圓盤過濾器、微粒過濾器內(nèi)積灰情況，若積灰較多則更換過濾器，清潔更換完成即可解決。

2.1.4 "放置好坩堝后，下電極上升位置不到位

原因分析：可能是載氣或動(dòng)力氣壓力設(shè)置不正確，或控制下電極動(dòng)力氣的電磁閥出現(xiàn)故障所致。

解決方法：當(dāng)出現(xiàn)下電極無法上升至指定位置時(shí)，首先應(yīng)查看載氣、動(dòng)力氣壓力表壓力是否正常。若壓力不正常，通常為載氣壓力過高或動(dòng)力氣壓力過低，只需將載氣壓力調(diào)節(jié)至20 psi，動(dòng)力氣壓力調(diào)節(jié)至40 psi即可。若載氣、動(dòng)力氣壓力均調(diào)節(jié)正常后，下電極仍無法升至指定位置，則為控制下電極動(dòng)力氣的電磁閥故障。此時(shí)只需更換控制下電極動(dòng)力氣的電磁閥后，設(shè)備即會恢復(fù)正常。

2.1.5 "儀器運(yùn)行時(shí)內(nèi)循環(huán)水箱內(nèi)冒氣泡

原因分析：一般為爐頭O型圈損壞，載氣進(jìn)入了內(nèi)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中。

解決方法：關(guān)閉設(shè)備電源，將內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)中的冷卻水排盡，擰開上電極緊固螺絲，取下上電極并更換O型圈，將上電極裝回設(shè)備后向水箱中添加蒸餾水或去離子水，儀器恢復(fù)正常。

2.2 "電路部分

2.2.1 "打開TC500分析程序后，顯示儀器配置失敗

原因分析：①數(shù)據(jù)線老化，插口接觸不良；②儀器通訊板松動(dòng)或故障；③應(yīng)用程序文件丟失。

解決方法：第一步，拔出數(shù)據(jù)線，對數(shù)據(jù)線進(jìn)行清潔，然后再插回插口，大多數(shù)時(shí)候此步驟都可以解決問題，如條件允許，也可直接更換數(shù)據(jù)線。若數(shù)據(jù)線清潔或更換后仍顯示儀器配置失敗則進(jìn)行第二步，關(guān)閉設(shè)備電源，拆下儀器通訊板，并將其擦拭干凈，擦拭時(shí)可蘸取少量的酒精，用吹風(fēng)機(jī)吹干或晾干。待通訊板完全干燥后裝回設(shè)備，開啟設(shè)備電源并打開程序。如程序中設(shè)備參數(shù)顯示正常則故障解除。若仍顯示儀器配置失敗則進(jìn)行第三步，利用TC500應(yīng)用程序光盤修復(fù)應(yīng)用程序并重啟計(jì)算機(jī)，打開應(yīng)用程序。若儀器仍配置失敗則進(jìn)行第四步，關(guān)閉設(shè)備電源，換一塊新的通訊板，重新開機(jī)并打開程序，設(shè)備參數(shù)恢復(fù)正常，儀器配置成功。

2.2.2 "設(shè)備在工作過程中，脫氣功率或分析功率突然降為零，或突然升至設(shè)備的最大功率

原因分析：通常是固態(tài)繼電器發(fā)生故障。

解決方法：關(guān)閉應(yīng)用程序及設(shè)備，將固態(tài)繼電器拆下并安裝新的固態(tài)繼電器，開啟設(shè)備及程序，設(shè)備恢復(fù)正常。

2.2.3 "提示分析功率低，設(shè)備無法開展分析

原因分析：可能是電極軟連接線松動(dòng)或上、下電極與石墨坩堝接觸不良所致。

解決方法：先對變壓器連接上下電極的軟連接線進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)軟連接線松動(dòng)或熔斷，則需對軟連接線進(jìn)行加固或更換，儀器恢復(fù)正常。但該情況出現(xiàn)的概率較低，多數(shù)情況是由于上下電極與石墨坩堝接觸不良所致，而接觸不良則是由于長時(shí)間清潔不到位導(dǎo)致電極上積累碳灰，使得導(dǎo)電性能大幅降低。解決方法：檢查上電極的平整性及下電極片的完好性，若發(fā)現(xiàn)上電極輕微不平或被碳灰包裹，可采用砂紙打磨，如上電極嚴(yán)重不平，則需更換上電極；若下電極片損壞或變形，則需換新的電極片，換好后儀器恢復(fù)正常。

2.2.4 "提示設(shè)備聯(lián)鎖設(shè)置失敗

原因分析：①內(nèi)循環(huán)水水位偏低；②內(nèi)循環(huán)水水泵、水位探測器故障。

解決方法：首先觀察內(nèi)循環(huán)水水位是否正常，若水位不足則添加或更換蒸餾水或去離子水，若水位正常則可能是水泵、水位探測器故障。打開應(yīng)用程序—診斷—開關(guān)界面，打開冷卻水開關(guān)，觀察水泵是否啟動(dòng)，若無法啟動(dòng)則水泵出現(xiàn)故障，若水泵已啟動(dòng)則為水位探測器故障，更換水泵或水位探測器后恢復(fù)正常。

2.2.5 "氧含量積分圖無法積分，檢測結(jié)果為零

原因分析：一般為紅外光源或檢測器損壞，其中紅外光源損壞的幾率較大。

解決方法：打開設(shè)備應(yīng)用程序，找到診斷中的圖表，查看低二氧化碳池的電壓。如電壓嚴(yán)重偏離（正常電壓為2.0 V附近），則說明紅外光源或檢測器損壞，此時(shí)關(guān)閉儀器電源先更換紅外光源，然后打開設(shè)備電源及程序，查看二氧化碳池的電壓是否恢復(fù)，若恢復(fù)則故障解除，若電壓無變化，則為檢測池故障，更換后即可解除故障。

2.2.6 "氮含量積分圖無法積分，檢測結(jié)果為零

原因分析：一般為電橋電壓異常所致。

解決方法：打開設(shè)備應(yīng)用程序，找到診斷中的圖表，查看電橋電壓。如電壓為零（正常電壓為10 V附近），則說明電橋電壓設(shè)置異常，此時(shí)通常只需在診斷中找到校準(zhǔn)，然后點(diǎn)擊自動(dòng)設(shè)置電橋電壓，即可解除故障。

2.2.7 "固態(tài)繼電器發(fā)出異響，分析功率波動(dòng)較大，導(dǎo)致設(shè)備保護(hù)性斷電

原因分析：主要是由于設(shè)備散熱效果不佳或長時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行所致，通常設(shè)備的使用年限越長越容易出現(xiàn)該現(xiàn)象。

解決方法：首先檢查所有換氣扇是否正常，若有故障及時(shí)更換，同時(shí)清潔所有濾網(wǎng)，并對設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行清潔，如電路板等，可基本解除該故障。同時(shí)通過空調(diào)適當(dāng)降低環(huán)境溫度，并盡量避免長時(shí)間連續(xù)檢測（可采取每檢測20件樣品停止5 min，或增加清掃頻次）， 即解除該故障。

3 "維護(hù)和保養(yǎng)

儀器設(shè)備保持良好工作狀態(tài)的關(guān)鍵在于規(guī)范開展定期的維護(hù)、保養(yǎng)工作。為確保安全，所有維護(hù)工作均需在設(shè)備水、電、氣關(guān)閉的狀態(tài)下進(jìn)行?，F(xiàn)對TC500氧氮分析儀必要的維護(hù)、保養(yǎng)內(nèi)容做簡要的介紹。

3.1 "定期清潔

設(shè)備定期清潔很重要，各部件內(nèi)部長期得不到清潔易造成系統(tǒng)漏氣、檢測結(jié)果誤差等，而外部長期得不到清潔則會影響設(shè)備的穩(wěn)定性及備件的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)＜霸O(shè)備安全。

每次分析前，先對上、下電極進(jìn)行清結(jié)，去除電極上的雜物。檢查爐頭區(qū)域所有O型圈是否被污染，如有需及時(shí)清潔。

天平應(yīng)時(shí)刻保持清潔，托盤上有灰塵等雜物應(yīng)及時(shí)清理干凈，使用前應(yīng)調(diào)節(jié)水平，并開展自校工作。

每半個(gè)月更換一次圓盤濾紙，圓盤濾紙變黑時(shí)需更換。操作方法：進(jìn)入操作程序“開關(guān)”界面，點(diǎn)擊降下下電極。打開上電極維修門，找到爐頭過濾器的位置，取出微粒過濾器，將過濾器從金屬塊槽中推出并從儀器中取出。將爐頭過濾器擰開后取出過濾片，取出金屬網(wǎng)清掃干凈，用壓縮空氣清潔過濾器塞孔。檢查、清潔此O型圈，擦一點(diǎn)真空脂，O型圈舊了就直接更換。裝一個(gè)新的過濾片，將過濾器、微粒過濾器重新裝回儀器，關(guān)上上電極維修門。再次點(diǎn)擊上升下電極，恢復(fù)原始的位置。

每天要對微粒過濾器進(jìn)行檢查，如果過濾器變成灰色或者黑色，說明微粒過濾器需要更換。操作方法：打開上電極維修門，找到微粒過濾器的位置，取出微粒過濾器，將微粒過濾器的附件從兩端拉出來，換一個(gè)新的微粒過濾器。按照過濾器上的箭頭向下方向?qū)⑵溲b回設(shè)備，關(guān)上上電極維修門。

每周用真空吸塵器打掃空氣過濾網(wǎng)，以避免堵塞，TC500氧氮分析儀共有2塊濾網(wǎng)，一塊在設(shè)備頂上，一塊在設(shè)備后側(cè)；每月還要用水和適量的清潔劑溶液洗滌空氣過濾網(wǎng)，清掃干凈后，將空氣過濾網(wǎng)裝到原來位置。

3.2 "定期檢查更換試劑

試劑對數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性很重要，每周應(yīng)對測量氣體洗滌器（無水高氯酸鎂、堿石棉）、催化器（稀土氧化銅）、載氣凈化器（銅絲）進(jìn)行查看，如發(fā)現(xiàn)三分之一的稀土氧化銅變成桔紅色、無水高氯酸鎂結(jié)塊、堿石棉變色、銅絲變黑時(shí)應(yīng)進(jìn)行更換。但因氧化銅、銅絲試劑管在催化爐中，無法直接觀察，所以建議每季度定期更換一次，也可根據(jù)使用頻率增加或減少更換頻次。操作方法：將儀器關(guān)閉，并且讓催化爐冷卻到室溫，方可進(jìn)行催化劑等的更換操作，移去催化劑加熱器管頂部的螺絲和塊體。抓緊催化劑加熱器管的頂部并向上拉出催化劑管，再取下干燥劑管，取出舊試劑及填充材料后將管子清洗干凈。裝入新料，將干燥劑管、催化劑管重新安裝到儀器上，固定催化劑加熱器管頂部的螺絲和塊體。

3.3 "定期校準(zhǔn)天平

對天平進(jìn)行校準(zhǔn)通常分為內(nèi)校、外校2種。內(nèi)校準(zhǔn)是指校準(zhǔn)所用砝碼在電子天平的內(nèi)部，天平可通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)砝碼升降裝置，一鍵完成校準(zhǔn)過程；外檢準(zhǔn)則是人工將標(biāo)準(zhǔn)砝碼放在電子天平稱盤上，再按校準(zhǔn)鍵完成校準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)砝碼需獨(dú)立存放。天平在頻繁的使用過程中或進(jìn)行清潔時(shí)，會導(dǎo)致天平移位，每天使用前應(yīng)先調(diào)節(jié)天平的水平，并進(jìn)行一次自校。另外，長期使用過程中環(huán)境溫濕度也會對其產(chǎn)生影響形成漂移，故需每月采用砝碼對其進(jìn)行校正。

3.4 "定期更換電極爐冷卻水

TC500氧氮分析儀有內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)2個(gè)水冷系統(tǒng)，內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)主要是為保護(hù)上、下電極在高溫條件下不被損壞，而外循環(huán)水則是通過熱交換器對內(nèi)循環(huán)水進(jìn)行冷卻。2個(gè)水冷系統(tǒng)的有效運(yùn)行是設(shè)備安全運(yùn)行的前提。雖然采用的是蒸餾水或去離子水，但若長期得不到更換，水的流動(dòng)性將減弱，甚至?xí)纬伤?，影響冷卻效果，故通常要求每半年更換一次循環(huán)水。

4 "結(jié)論

檢測設(shè)備是檢測能力的重要組成部分，若檢測設(shè)備發(fā)生故障或事故將會直接影響檢測的正常進(jìn)行，使得檢測數(shù)據(jù)的及時(shí)性、準(zhǔn)確性得不到保障，同時(shí)會給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失。而設(shè)備故障的產(chǎn)生，往往又是因?yàn)樵O(shè)備維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)、頻次不足所致。所以加強(qiáng)設(shè)備的日常維護(hù)保養(yǎng)是減少設(shè)備故障的重要手段，合理的維護(hù)保養(yǎng)，不僅可以降低設(shè)備故障率，減少經(jīng)濟(jì)損失，提高儀器的使用壽命，也是檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的重要保障。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李巖，郭愷.氧氮分析儀測定鋼中氧、氮含量的不確定度評定研究[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2015（17）：44-45.

[2] 卞敏，齊連柱，李英秋，等.LECO TC-436氧氮分析儀故障分析及排除[J].分析儀器，2009（3）：69-71.

[3] 王蓬，李宏偉，張宗展，等.氧氮分析儀的熱導(dǎo)檢測器及熱敏元件選擇[J].冶金分析，2006（5）：89-93.

[4] 美國LECO公司.TC500氧氮分析儀操作手冊[Z].