氧探头问题分析
氧探头分析报告
1、氧探头工作原理简介：
氧化锆探头或称氧传感器,氧电池是利用氧化锆在高温时(大于650C度时) 内外两侧不同的氧浓度所产生的氧电势来测量被测部位的氧含量。当氧化锆部的温度外部温度达到650℃以上后.内外两侧的不同的氧浓度会在氧化锆的表面产生相应的电动势。通过相应的引出导线可测到该电势,并通过相应的热电偶可测到该部的温度值。当知道氧化锆管里部和外部两边的氧浓度时,可按氧化锆电势计算公式计算出相应的氧电势。
2、氧探头基本结构：
我们采用的是马拉松CARBONSEER氧探头，此为工业领域最受欢迎的主力型探头，合金保护管保证了其用途广泛且坚固耐用，被接受为行业标准，图片见下图：
3、该氧探头特点如下：
a. 可提供多种插入尺寸，最大可达47”（1200mm）
b.“完美翻新”服务包括更换新的基材（感应元件）和新的热电偶，并提供基
于此的12个月的质保，可被多次翻新。
c.真正的RA330合金护套，此合金为高镍合金。
d. 可内嵌热电偶提供“K”，”R”和”S”型以备选择。
e. 快速的探头烧碳功能（90秒）以及快速的恢复时间。
f. 探头可断开电路连接以完成简单的更换工作。
g. 应变消除锁扣设计可实现终端直插配线。
4、质保情况：
5、 2012年氧探头损坏和返修情况：
2012年总共有13支氧探头因出现问题而返回，出质保期的10支，3支在质保
期内。损坏报废和返修情况：5支报废，8支返修。通过和采购询问，2012年购买氧探头86支，总报废率为5.8%。对于成熟产品而言，故障率应在5%以内较为合理，此种情况说明损坏较严重。通过与供应商和采购员沟通，没有2012年氧探头质量损失明细，只有一个总的大约的数据，从2011年到2012年底损失约为6万多元。
马拉松氧探头 年度 规格型号 采购数量（支） 损坏数量（支） 不合格率 2012 L=800S,无偶 67 5 7.5% L=800S ，有偶
10 —— 0.0% L=1000,φ22,无偶 9 —— 0.0%
损坏情况和原因的初步分析：根据现场反馈的情况，氧探头损坏的主要现象有护管腐蚀、护管腐蚀且锆头损坏、积碳、锆头歪斜、无标识这几方面。针对这几方面作如下分析，首先是护管腐蚀问题（如下图）。
通过和供应商沟通，据称在冷热交替部位多容易出现腐蚀现象，原因是由于气密性不好造成的。对于其他部位的腐蚀，供应商没有给出解释。关于腐蚀的机理，负责售后的人员不清楚，他已经将此事反映给其技术人员，至今没有回复，需要继续追踪。
积碳问题：积碳现象在使用过程中无法绝对避免，若出现时可以采用定期自
动空气吹扫
和手动空气吹扫的办法解决。一般情况下积碳是一个渐进的过程，不会出现急剧积碳，急剧积碳与氧探头本身无关，与炉子的气氛和氧探头使用情况有关。若使用方法得当，不会出现明显急剧的积碳现象，此问题需要结合炉子气氛和具体使用情况，具体问题具体分析。
锆头歪斜:可能会出现在运输过程中也可能出现在安装过程中。主要原因是机械振动和磕碰。这就要求我们在安装之前要仔细检查一下是否有锆头歪斜的情况，若有，及时反馈解决。同时在安装过程中要小心，避免磕碰。
无标识：此问题属于运输或者使用管理问题，需要在氧探头的使用过程中加强管理解决。
通过了解，每个人对氧探头使用的方法不尽相同。有些细节方面不合理，可能会对氧探头的使用造成隐患。故建议针对氧探头的正确使用问题组织有关技术人员编写氧探头安装使用和维护操作规范。然后组织技术讨论评审，定稿后下发到相关人员手中，遵照执行。在使用新的氧探头前几天应对氧探头的完好性进行检测。具体办法是：氧探头氧化锆探头损坏的判定：关闭参比气流量后观察氧探头毫伏值变化，正常情况下，氧探头毫伏值下降不超过5mv。如果在关闭或打开参比气时，氧探头毫伏值变化很快，基本上可以断定氧化锆探头已经损坏。若在质保期内发现氧化锆探头损坏，可及时联系供应商更换，避免大的质量损失。若在氧探头固定后且使用一段时间（暂定1个月）后情况正常，则可以有较大把握的认为该氧探头可以正常使用。
6、附录：氧探头在可控气氛加热炉中使用的要点及常见故障的处理
1．在可控气氛加热炉中氧探头的使用要点
（1）氧探头属于一种高精度、高灵敏感的传感仪器，其核心元件氧化锆头是
球状或管状结构陶瓷件，很容易受冲击破碎。在新的氧探头使用之前，应仔细检查氧探头是否受过碰撞，氧探头是否有
弯曲，氧探头外管有无裂纹，探头部位氧化锆是否有裂纹或破裂、或有陶瓷状碎片；轻轻摇动氧探头，听听氧探头内部是否有响声。如有响声，可能是氧探头的氧化锆头已经破裂。
（2）氧探头在安装时要注意安装位置须插入炉膛50～100mm，安装在炉气较稳定的区域内。不要靠近各种渗剂的滴注口、风扇附近；不要安装在炉内口、角落、振动大的的部位。如安装在井式炉炉盖等处时，应在氧探头前端加保护套并注意气氛流通良好。
（3）注意氧探头安装座与炉壳保持良好的密封性，不要漏气。氧探头联线使用屏蔽信号线，屏蔽不要接地，注意接线的正负极，最好屏蔽信号线单独走线，防止信号干扰。
（4）氧探头最好在室温装入炉内，随炉升温到使用温度，避免急冷、急热。安装时注意轻拿轻放。如遇特殊情况，在高温状态下需要拔出或插入氧探头时，拔出或插入速度控制在20mm/2min以内，并且在氧探头拔出加热炉时，应停供可燃气氛，降低炉压，以避免高温氧探头拔出引燃气氛被火苗烫伤。
（5）初次使用氧探头，需对新炉进行预渗碳24h以上，建议不要在新炉刚开始预渗碳时就安装氧探头。因为在预渗碳时，炉中可能还存在较多水分等杂质，气氛不稳定，会对氧探头的使用造成不良影响。
（6）氧探头上的参比气管、烧炭空气管安装位置要正确，不能接反。确认参比气管、烧炭气管接头、电磁阀、流量计等密封良好，不漏气。氧探头使用的参比气、烧炭空气应保证纯洁无杂质，尽可能选用微量空气泵，在微量空气泵出气端加空气过滤装置。
（7）正确设定氧探头的参比气、烧炭空气流量、烧炭时间、烧炭周期、烧炭时碳势保持时间等参数。
（8）根据气氛种类选择适当的CO比率（如标准的氮甲醇气氛CO比率为20％，滴注式气氛CO比率为33.3％），不同厂家的氧探头对应有不同的CO比率、碳势、氧探头毫伏值以及相应的对照表。通过多次定碳，修正炉气实际碳势。在修正炉气实际碳势时，注意不要简单根据测量结果，直接偏移氧探头毫伏值或改变CO比率等修正。尤其是新渗碳设备，炉膛气氛渗入耐火材料，达到饱和状态有个过程，实际控制碳势会略低于设定值。一般渗碳设备需连续运行15天以上，耐火材料方达到气氛饱和状态。建议在气氛达到饱和状态后，再做碳势的修正。
（9）氧探头有效测量范围，应选择在气氛温度750℃以上，在许多碳控仪中有测量起始温度的选择。起始温度过低，对碳势的控制已经失去实际意义。
（10）注意氧探头烧炭时的烧炭时间和碳势的变化情况，一般在正常运行工艺中可设置固定周期烧炭，时间在3～8h。也可以选择在工艺结束后，每次自动烧炭；观察烧炭时的碳势是否下降很快。如果自动烧炭时，碳势下降很慢，可能是氧探头上积炭较多，可增加一到两次手动烧炭。
（11）定期用定碳片检查校正炉内碳势，正常情况下每周进行一次。一般氧探头在使用一段时间后，所测量的毫伏值会衰减，可按定碳片检查结果进行补偿。正常使用三个月左右，在820℃以上，检查阻抗值，通常在0.1～50kΩ。
2．氧探头常见故障及处理
（1）在可控气氛加热炉中，要首先确认设备本身是否存在影响碳势控制的因素。要检查、排除了其他因素后，再来确认氧探头是否存在故障。
（2）氧探头测量的毫伏值偏高。观察碳势记录曲线是否正常，正常的碳势记录曲线是锯齿状波动曲线，在碳势达到设定控制要求稳定受控时，富化气通入量基本稳定。可能是周期烧炭时，空气通入量不足，氧探头积炭较多，影响碳势的测量。处理方法是手动烧炭一次，时间控制在1min之内，使碳势下降。若未降到0.01％以下，可再手动烧炭一次。但切忌反复多次烧炭，因为过多的手动烧炭会缩短氧探头的使用寿命，甚至会直接烧坏氧探头。
（3）氧探头测量的毫伏值偏低或不变。A先检查可控气氛加热炉是否漏气，包括各种密封门、接头是否密封良好；B通向炉内的管路、阀门等是否通畅；C各种气体的流量是否正常；D炉内压力是否在正常范围、是否稳定；E观察废气排放火焰是否稳定、颜色是否正常等；F循环水是否泄漏到炉膛中；G气氛中是否有氧化性气氛进入；H富化气、载气中水等氧化性杂质含量是否超标，工艺氮气、氨气等的纯度是否符合要求；I氧探头的安装位置是否正确；J检查氧探头的阻抗，在820℃以上，检查阻抗值，通常在0.1～50 kΩ;K电极短路检查，氧探头被短路15S，测量恢复到原来的毫伏值读数的99％所需的时间，如果超过60s，说明氧探头灵敏度有问题。
（4）氧探头测量的毫伏值波动较大。A富化气、载气流量不稳定造成炉内气氛不稳定；B可控气氛加热炉密封不好，存在泄漏现象；C氧探头氧化锆探头损坏。关闭参比气流量后观察氧探头毫伏值变化，正常情况下，氧探头毫伏值下降不超过5mv。如果在关闭或打开参比气时，氧探头毫伏值变化很快，基本上可以断定氧化锆探头已经损坏。
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