劉 青
（南京南鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，江蘇 南京 210035）
摘 要：高爐冶煉在鋼鐵行業(yè)中占有舉足輕重的地位，其正常運(yùn)轉(zhuǎn)直接關(guān)系到整個(gè)鋼鐵生產(chǎn)過程的健康發(fā)展。文章通過對高爐常見的故障和解決方法的研究，對目前的故障診斷狀況進(jìn)行了分析，并建立了故障診斷系統(tǒng)，并對故障處理給出了建議。
關(guān)鍵詞：高爐設(shè)備；故障率；降低
高爐設(shè)備的正常運(yùn)行對高爐的順利生產(chǎn)至關(guān)重要。與機(jī)械設(shè)備相比，操作機(jī)構(gòu)更加復(fù)雜，故障位置查找和解決難度更大。因此，維護(hù)和維修人員的工作極其困難。因此，人員事后維護(hù)、定期維修的工作觀念正在逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐栽O(shè)備檢查和應(yīng)用為重點(diǎn)。檢測和故障診斷技術(shù)的概念是預(yù)防性維護(hù)和設(shè)備檢修的概念。高爐設(shè)備的管理，保證了高爐設(shè)備的長期可靠運(yùn)行，保證了高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定平穩(wěn)運(yùn)行。
1 緒 論
鋼鐵企業(yè)作為國家重點(diǎn)行業(yè)之一，現(xiàn)已由生產(chǎn)向經(jīng)營轉(zhuǎn)變，機(jī)械設(shè)備是鋼鐵企業(yè)的主要生產(chǎn)手段，在生產(chǎn)經(jīng)營中占有舉足輕重的地位?？傊?，要加強(qiáng)對設(shè)備的管理，提高設(shè)備的使用效率，實(shí)現(xiàn)對煉鋼廠的現(xiàn)代化生產(chǎn)，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在鋼鐵企業(yè)，一旦開始運(yùn)轉(zhuǎn)，就要對各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的協(xié)調(diào)，因?yàn)檫@些環(huán)節(jié)是相互關(guān)聯(lián)的，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出了問題，都會(huì)對項(xiàng)目的進(jìn)度造成很大的影響。鋼鐵業(yè)有鋼生鐵、鋼、鋼材。每一步都要使用不同的儀器。因此，在冶金行業(yè)中，對高爐進(jìn)行故障診斷顯得尤為重要。
2 高爐設(shè)備故障率的基本理論
2.1 影響高爐設(shè)備故障率的因素
高爐設(shè)備故障率的因素主要分為兩類，分別是人為因素和施工機(jī)械因素，人工因素需要對具有較高專業(yè)水準(zhǔn)的點(diǎn)檢、維修人員進(jìn)行培訓(xùn)，并修改有關(guān)的設(shè)備管理制度，強(qiáng)化對人為因素的管理與控制，以降低高爐電氣設(shè)備的故障，滿足高爐的故障管理要求。
2.2 高爐設(shè)備故障率的分類
（1）故障是由設(shè)計(jì)和生產(chǎn)等因素造成的。設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、選擇或安裝問題。如果設(shè)計(jì)中電機(jī)的額定功率不足以滿足制造工藝的需要，造成電機(jī)的過流故障。
（2）因操作不當(dāng)或錯(cuò)誤而造成的錯(cuò)誤。因工作人員個(gè)人的失誤或操作不當(dāng)而導(dǎo)致的設(shè)備故障。如果操作者的工作失誤造成了切換開關(guān)的故障。
（3）因備品不足而導(dǎo)致的設(shè)備失效。由于新零件或維修零件的品質(zhì)不能滿足預(yù)期的運(yùn)行周期而導(dǎo)致的設(shè)備失效。如果速度編碼器出現(xiàn)故障，則無法達(dá)到它的后期運(yùn)行。
（4）點(diǎn)檢不合格，隱患在于設(shè)備在生產(chǎn)周期內(nèi)不能正常運(yùn)行造成的故障。運(yùn)行中的設(shè)備存在問題，但沒有及時(shí)的檢查和維修，導(dǎo)致了設(shè)備的失效。如果 PLC 模板長時(shí)間積灰，最終導(dǎo)致模板內(nèi)部短路而導(dǎo)致失效。
（5）因維修不當(dāng)而導(dǎo)致的設(shè)備失效。維修人員因操作不當(dāng)或不當(dāng)而造成的設(shè)備故障。比如，電動(dòng)機(jī)的端子連接線松動(dòng)，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)燒毀。
2.3 設(shè)備故障率與爐溫之間的關(guān)系
高爐冶煉是一種復(fù)雜的工藝控制系統(tǒng)，其主要目標(biāo)是確保爐況平穩(wěn)，但由于各種物理、化學(xué)作用的存在，對高爐的操作狀態(tài)有很大影響。高爐爐況反常，會(huì)使鐵水的產(chǎn)量和品質(zhì)下降，進(jìn)而影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
3 高爐設(shè)備故障率的現(xiàn)狀
3.1 高爐設(shè)備的故障診斷機(jī)理
（1）結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，運(yùn)用目前的煉鋼理念，運(yùn)用參數(shù)模型估算方法，對機(jī)械設(shè)備的故障進(jìn)行了分析和診斷。該系統(tǒng)能夠建立起很好的協(xié)同工作，對設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行分析，并根據(jù)分析的結(jié)果對其進(jìn)行信息監(jiān)測。
（2）利用小波分析技術(shù)對機(jī)器設(shè)備的故障進(jìn)行了處理，利用遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)對信號本身的特點(diǎn)進(jìn)行了細(xì)致的分析，并對其進(jìn)行了識(shí)別，并制定了相應(yīng)的對策，對故障進(jìn)行了分析和判定。小波分析與時(shí)序特征提取是煉鋼機(jī)械設(shè)備故障診斷的兩大主要手段。
（3）目前，對設(shè)備的故障診斷有很多獨(dú)特的方法，比如對設(shè)備的運(yùn)行方式進(jìn)行診斷和識(shí)別，以及對灰色關(guān)聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行診斷和識(shí)別。在這一過程中，各種診斷手段都得到了很大的發(fā)展，技術(shù)也在不斷的發(fā)展和完善。
有關(guān)工作人員應(yīng)定期進(jìn)行培訓(xùn)，更新自身對高爐冶煉設(shè)備的故障診斷知識(shí)，以便能及時(shí)采取有效的檢查手段，防止事故的發(fā)生。
3.2 高爐設(shè)備的可靠性
提高高爐設(shè)備的可靠性，一方面要從設(shè)計(jì)和生產(chǎn)故障率較低的高爐裝置入手，也就是增加爐內(nèi)的平均失效間隔時(shí)間。二是在發(fā)生故障時(shí)，能夠在最短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行操作，從而減少故障的影響范圍，也就是減少了 故障的平均修理時(shí)間。
3.3 高爐設(shè)備的故障途徑
（1）如果泵軸不能正常工作，主要是泵內(nèi)部磨損較大，如滑套、活塞、斜板、油缸等。為了更好的檢查高爐煉鐵連續(xù)卡式液泵的燃燒泵，必須對其進(jìn)行開泵后的磨損進(jìn)行分析，若發(fā)現(xiàn)油缸中的斜盤已嚴(yán)重磨損，說明潤滑油的性能下降，油膜泵與金屬的摩擦損壞，造成抽筋和異常磨損，極有可能發(fā)展成燃燒損壞，不能再使用。所以必須更換維修油、清洗油罐、清洗管路、檢查冷卻器、更換過濾器等，極大地延長了水泵的使用壽命。
（2）由于閥芯接觸不當(dāng)，造成空穴阻塞和泄漏閥門磨損，因此，由于高速液壓油的摩擦、液體中的雜質(zhì)、水對周圍金屬的侵蝕，會(huì)造成非正常的磨損和抗滑性。當(dāng)液壓泵效率下降，排油不足，系統(tǒng)電路泄漏，鐘型液壓缸漏水嚴(yán)重，溢流閥故障，系統(tǒng)回路壓力不足。
（3）高爐設(shè)備中最常見的問題就是壓力缺失，所以有很多種方法可以解決這個(gè)問題。比如說，如果高爐設(shè)備液壓系統(tǒng)不吸油，那么首先要做的就是檢查高爐設(shè)備液壓系統(tǒng)的過濾器，看看有沒有堵塞，如果過濾器被堵塞，那么就會(huì)影響到液體的流動(dòng)。在泵的傳動(dòng)裝置出現(xiàn)故障時(shí)，首先要檢查的就是連接裝置，保證連接裝置的位置和位置都是正確的，如果連接裝置的位置發(fā)生了變化，那么高爐設(shè)備的泵也會(huì)跟著旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致泵的損壞。如果高爐設(shè)備液壓系統(tǒng)的壓力不夠，那么就會(huì)導(dǎo)致定位位置出現(xiàn)問題，需要對高爐設(shè)備儀器的線路進(jìn)行檢測，以確定高爐設(shè)備儀器的工作狀態(tài)，然后進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。如果高爐設(shè)備油箱倒流或者溢出，那么首先要做的就是檢查一下儲(chǔ)罐的方向，如果儲(chǔ)罐的位置發(fā)生了變化，那么很有可能導(dǎo)致原油的不正常使用。
4 爐溫的提高及故障率探討
4.1 爐溫的熱態(tài)試驗(yàn)
熱態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)主要由加熱爐、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng) 3 個(gè)部分組成。爐上進(jìn)行了熱態(tài)實(shí)驗(yàn)，得到爐氣溫度下相應(yīng)的熱面復(fù)合傳熱系數(shù)值。見表 1。
具體模擬工況為：高爐爐腹區(qū)域爐溫為 1200 ℃左右，冷卻水流量為 8.4 t/h，冷卻水進(jìn)水水溫為 39 ℃，冷卻水水壓為 0.6 MPa。
試驗(yàn)基本步驟為：
（1）燃燒后，用熱氣吹制，當(dāng)爐壁溫度達(dá)到 1200 ℃左右時(shí)，停止加熱，2 h 后再進(jìn)行加熱；
（2）循環(huán)系統(tǒng)冷卻水啟動(dòng)，是以冷卻水為介質(zhì)換熱水并經(jīng)降溫，再循環(huán)使用的給水系統(tǒng)，包括敞開式和密閉式兩種類型，由冷卻設(shè)備、水泵和管道組成。
（3）在溫度穩(wěn)定的情況下，對控制變量如：冷卻水速度、溫度、水壓進(jìn)行測量。
（4）短時(shí)間內(nèi)提高爐內(nèi)溫度可以進(jìn)行熱震實(shí)驗(yàn)。
目前的設(shè)計(jì)方案使用焦炭作為熱源。雖然可以模擬高爐的運(yùn)行狀態(tài)，但其升溫速度慢，最高極限溫度也有限，而且會(huì)污染環(huán)境。因此，液態(tài)氣體或電阻器可用作加熱源。由二硅化鉬制成的電阻器不僅升溫快，而且耐腐蝕。而且可以達(dá)到 1600~1900 ℃，而且它的最大優(yōu)勢是對環(huán)境友好，對環(huán)境沒有污染。
4.2 高溫測溫
隨著高爐溫度的不斷升高，溫度測量技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于煉鐵行業(yè)。很多公司都在增加爐壁溫度測量技術(shù)，這對于指導(dǎo)高爐生產(chǎn)具有重要意義。而判斷鐵水的溫度，則是根據(jù)［Si］的強(qiáng)弱來決定的。鐵液（Si）的含量主要與溫度、氧化硅活度、爐內(nèi) CO 分壓及滴落帶高度有關(guān)。見圖 2。
4.3 爐的故障處理
（1）日常巡檢。日常巡檢是保證高爐電氣設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件之一，維修人員必須嚴(yán)格遵守規(guī)章制度。為了確保高爐的正常運(yùn)行，維護(hù)人員要嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行例行巡視。首先，維護(hù)人員每日要對高爐的電器進(jìn)行檢查，并對其進(jìn)行詳細(xì)的記錄，并向相關(guān)部門匯報(bào)。如果出現(xiàn)故障，應(yīng)迅速找出問題所在，并請煉鐵廠的專業(yè)技術(shù)人員對其進(jìn)行檢測。其次，對高爐的電器設(shè)備進(jìn)行分類，將其劃分為普通設(shè)備和優(yōu)質(zhì)設(shè)備。在日常檢修中，維護(hù)人員應(yīng)經(jīng)常對常規(guī)設(shè)備進(jìn)行全面的檢查，并與操作人員進(jìn)行技術(shù)溝通，及時(shí)了解設(shè)備狀況，制訂更加完善的檢修計(jì)劃。煉鐵高爐的電力設(shè)備分為普通、中等、高級三大類，維護(hù)人員按設(shè)備的重要性制訂相應(yīng)的維護(hù)計(jì)劃，嚴(yán)格按照設(shè)備管理規(guī)程嚴(yán)格執(zhí)行，確保高爐的正常生產(chǎn)。
（2）提高熱效率。由于加熱爐中的熱量以輻射形式傳導(dǎo)，所以其時(shí)常和延遲都比較大，所以該加熱爐的溫度控制屬于多體積受控對象。通過對加熱爐的干擾分析，可以看出，影響其溫度控制的因素有：氣體壓力、流量、熱值、空氣質(zhì)量、燃燒阻力等。這些擾動(dòng)因素一部分是可控的，一部分是不可控的，所以要改善加熱爐的溫度，就必須把可控的干擾設(shè)定為一個(gè)串聯(lián)的系統(tǒng)，而對于不可控的干擾，就必須采用補(bǔ)償修復(fù)裝置。另外，為使加熱爐的熱效率最大化，同時(shí)也能抑制不能控制的干擾，如管線或燒嘴的阻塞，必須采用加熱爐支路平衡控制，以使加熱爐各支路的出口溫度偏差最小。其本質(zhì)是：采用動(dòng)態(tài)模型，用預(yù)測控制算法對一組獨(dú)立的變量進(jìn)行操作，并引入干擾因素，以達(dá)到前向控制和消除干擾的目的。
（3）采取針對性的維護(hù)方案。根據(jù)不同的類型，對高爐的電器設(shè)備進(jìn)行維修，并提出有針對性的維修措施。一是看?？粗傅氖菍Ω郀t電氣設(shè)備的全過程進(jìn)行分析，觀察設(shè)備的外觀是存在顯著的變化，比如檢查設(shè)備的絕緣漆是否在隔絕空氣條件下加熱分解的反應(yīng)過程或加熱固體物質(zhì)來制取液體或氣體、保險(xiǎn)絲是否被燒毀等；二是聽。多聽聽電器在運(yùn)轉(zhuǎn)中的聲音，以此來判斷是否有故障；電機(jī)設(shè)備不按照常規(guī)進(jìn)行工作時(shí)會(huì)發(fā)出“嗡嗡聲”，運(yùn)轉(zhuǎn)中支撐機(jī)械旋轉(zhuǎn)體損壞時(shí)會(huì)發(fā)出“沙沙聲”；三是氣味。通過用鼻子嗅探電氣設(shè)備的工作情況，通過儀表的工作狀態(tài)判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，假如設(shè)備內(nèi)部的溫度突然升高，氣味會(huì)變得聞起來很難聞；四是摸。用手觸摸、感覺到裝置的溫度，鑒別裝置絕緣部件的操作條件，高爐電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的判定；五是測量。采用測量裝置的工作狀態(tài)，對裝置的絕緣電阻進(jìn)行測試，以確定裝置有無故障。當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，能迅速地找到問題；六是做。根據(jù)設(shè)備維護(hù)周期，進(jìn)行設(shè)備維護(hù)。全面的維修，既能有效地解決現(xiàn)有的問題，又能保證裝置能盡早地投入到高效率的生產(chǎn)中。
（4）完善維護(hù)流程。為確保高爐的電力設(shè)備安全、 有序的運(yùn)轉(zhuǎn)，檢修人員必須嚴(yán)格遵守有關(guān)的維修程序，一絲不茍地進(jìn)行檢修和維修。煉鐵企業(yè)在對煉鐵設(shè)備進(jìn)行具體的管理與維修時(shí)，一方面要多人合作管理、維修同一設(shè)備，降低人為因素的錯(cuò)誤；同時(shí)，要建立嚴(yán)格的工時(shí)值班制度，建立數(shù)據(jù)收集機(jī)制，同時(shí)，不斷完善高爐電氣設(shè)備。在交接過程中，維護(hù)人員要向繼任者詳細(xì)介紹當(dāng)天的操作情況和需要注意的事項(xiàng)，以增加安全，降低不必要的支出。
（5）改善內(nèi)部環(huán)境。由于煉鐵車間溫度高、噪音大，對高爐的電器設(shè)備壽命產(chǎn)生了一定的影響，維護(hù)人員對設(shè)備啟動(dòng)的聲音也有一定的困難，無法對其進(jìn)行及時(shí)的診斷。為了防止因溫度過高而導(dǎo)致的導(dǎo)線破損，鋼鐵廠應(yīng)加強(qiáng)對導(dǎo)線的保護(hù)，以防止在高溫下對其進(jìn)行破壞。在安裝高爐電器時(shí)，應(yīng)提前維護(hù)好電纜，盡量遠(yuǎn)離高溫地區(qū)，以保證線路的安全。在高濕度的條件下，設(shè)備易發(fā)生氧化，從而縮短設(shè)備的使用壽命，引起“連鎖”效應(yīng)，從而造成高爐電器的燒毀。另外，煉鋼車間內(nèi)的粉塵對電氣設(shè)備的損壞也起著重要作用，粉塵的流動(dòng)、可控、導(dǎo)電微粒的存在，使電氣設(shè)備的絕緣距離大大縮短，維護(hù)起來很困難。針對上述問題，煉鐵企業(yè)應(yīng)改進(jìn)生產(chǎn)環(huán)境，定期檢查高溫、高濕、高粉塵環(huán)境下的電氣設(shè)備，并強(qiáng)化設(shè)備防護(hù)。
5 結(jié) 語
在我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，我國對目前，鋼鐵企業(yè)對優(yōu)質(zhì)鋼材的需求日益增加，因此，鋼鐵企業(yè)不僅要加強(qiáng)對設(shè)備的維護(hù)，而且要從安裝調(diào)試、改善工作環(huán)境、定期維護(hù)檢查等方面加強(qiáng)對設(shè)備的檢查，以保證設(shè)備的高效穩(wěn)定生產(chǎn)，從而達(dá)到提高煉鋼廠產(chǎn)量的目的。
如果出現(xiàn)了問題，通常不能快速、準(zhǔn)確圖 2地檢查出問題所在，就應(yīng)該仔細(xì)地分析和研究造成液壓系統(tǒng)故障的原因，并提出相應(yīng)的解決辦法。文章針對目前已有的技術(shù)，對高爐冶煉機(jī)械的各類故障進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的處理方法。提高和改善高爐冶煉技術(shù)，對鋼鐵企業(yè)發(fā)展具有重大意義。
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