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摘 要 文章通过综合应用光谱和铁谱分析两种手段，对高炉炉顶气密箱的磨损状态进行联合监测，准确地预报了高炉炉顶气密箱齿轮滑动轴承存在的磨损程度。为确保高炉安全稳定的运行，精确把握高炉炉顶气密箱运行状态，提供了重要参考依据。
关键词 光谱；铁谱；联合监测；气密箱
中图分类号：TF573 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）16-0043-01
目前，设备维修制度正由定期维修过渡到预测维修。在多种预测维修技术中，光谱和铁谱是最常用和最重要的技术。光谱和铁谱技术各有特点和局限性，使用单一手段进行设备工况监测容易产生偏差。两种手段联合使用，取长补短，会大大提高设备故障预报和诊断的准确率。
气密箱是炼铁厂高炉布料的重要设备，主要通过控制布料溜槽来满足高炉不同的布料运动要求。故气密箱的运行状态好坏直接影响到整座高炉的正常工作。因此，对运用光谱铁谱联合监测技术跟踪监测气密箱的润滑状态的研究有着重要意义。
1 高炉炉顶气密箱
1.1 高炉炉顶气密箱润滑存在的问题
气密箱是炼铁厂高炉布料的重要设备，也是炉顶的关键设备。气密箱由于其制造精度要求高、控制系统复杂又处在高温脏煤气流的烘烤冲刷下，故障率较高，而故障的原因又是多方面的，涉及机械、电气、仪表、润滑、冷却、工艺操作等方面。影响气密箱润滑的因素涉及很多方面，如润滑剂的选择、润滑制度的设计等。当气密箱出现润滑不良的现象时，就会导致各轴承之间无法形成油膜，甚至还会出现密封损坏，各机件磨损，设备卡死等现象。
1.2 高炉炉顶气密箱监测对象简介及取样分析
通过气密箱结构分析可以看出，气密箱是由钢结构箱体（内含水冷齿轮箱）和行星差动减速机、中心喉管、布料溜槽等构成。选择回转支承大齿轮圈、中间齿轮箱、倾动扇形齿轮滑动轴承为监测部位。
气密箱内回转支撑的润滑采用干油集中润滑，润滑介质为极压锂基脂，给油点分布在顶部两个同心圆周上，內圈4个点供上部回转支撑（β轴承），外圈4个点供下部回转支撑（仅轴承），左、右倾动箱采用油浴、喷淋方式润滑，润滑介质为工业齿轮油。两倾动箱上部轴承采用干油自动润滑，润滑介质为极压锂基脂。行星减速机采用循环稀油润滑，润滑介质为工业齿轮油，在其顶部有三个供油管，由一根回油管集中流回油箱。分析仪器为美国超谱公司SPECTROIL M油料分析光谱仪和TPLR-铁谱分析仪。
2 光谱铁谱分析结果及监测结论
2.1 光谱数据分析
利用油料光谱分析仪对气密箱润滑系统在用润滑油油样进行分析，主要分析的元素有：Fe、Cr、Pb、Cu、Sn、Al、Ni、Ag、Si、B、Na、Mg、Ca、Ba、P、Zn、Mo、Ti、V等共21种元素。在通常的情况下，润滑油油样中磨粒元素成分Fe、Cu、Al、Pb、Cr的含量作为该柴油机零部件磨损状态的主要指标。分析发现[Fe]比[Cu]、[Al]、[Pb]、[Cr]高出许多，所以选择铁为各摩擦副磨损状态的指示元素。自2011年8月至2013年3月，我们对8高炉炉顶气密箱润滑油系统共采集监测油样5次，每次的取样位置及取样点均相同。
比较气密箱润滑系统5次油样光谱分析数据发现，气密箱倾动减速箱、中间齿轮箱及回转支承大齿轮箱中铁元素含量变化趋势平缓，且基本稳定，表明气密箱倾动减速箱、中间齿轮箱及回转支承大齿轮箱摩擦副磨损率低，且处于比较稳定的磨损状态。对于倾动扇形齿轮滑动轴承，其铁元素含量有急剧增长趋势，至2012年9月，铁元素质量分数达到了最高值1221毫克/克，将2011年8月与2012年9月的铁元素含量数据进行对比分析，铁含量从364毫克/克变化到1221毫克/克，增加了857毫克/克，可以判断气密箱倾动扇形齿轮滑动轴承铁的零部件遭到了异常磨损。于是，我们对其进行铁谱分析。
2.2 铁谱数据分析
通过对气密箱倾动扇形齿轮滑动轴承2012年9月所取润滑脂用0#标油（不含金属元素的标油）溶解、分散、稀释、制谱，用专用铁谱双光显微镜观察发现含有较多滑动磨粒（如图1a-d）。图1a为磨粒仅放大100倍的整体形貌，他们在谱片上呈链状排列。图1b-d为放大400倍后的磨粒形貌，为典型的滑动磨粒，磨粒的表面有明显的划痕，划痕为同一个方向，且深浅程度不一致，这说明其磨损强度不一样，较深的划痕表明滑动力很大。图1b磨粒尺寸的大小为30×5 um，图1d磨粒尺寸的大小为15×10 um，另外，图1b-c显示还有一定数量的黑色氧化物磨粒存在，外观为表面粗糙不平的堆聚物，局部区域具有蓝色或橘黄色，此黑色氧化物磨粒也表明摩擦副之间有异常磨损，应引起监测者的关注。
2.3 光谱铁谱分析结果及监测结论
综合以上润滑脂中磨粒的光谱、铁谱联合监测结果分析可知，该气密箱倾动扇形齿轮滑动轴承出现了严重的异常磨损现象。铁元素浓度变化趋势从2011年8月开始一直处于急剧上升趋势。因此，建议检修作业现场及时准备备件，尽快安排人员利用高炉休风期间对轴承进行检修与更换。根据建议，现场于2012年12月对其进行拆检，结果表明，该轴承的外圈滚道上出现了严重的疲劳剥落带及明显的磨痕，这进一步证明了此前的诊断结论是完全准确的。
3 结束语
通过润滑油（脂）的光谱、铁谱联合监测手段，对高炉炉顶气密箱的磨损状态进行跟踪监测，准确地预报了气密箱存在的磨损故障，为精确把握高炉炉顶气密箱运行状态提供了重要参考依据。同时，这种联合监测手段为同类设备的状态监测提供了新方法[3]。
参考文献
[1]许斌，等.挖泥船柴油机润滑油光、铁谱监测研究[J].润滑油，2007，22（4）：47-52.
[2]王旭光，等.1#750 m3高炉炉顶气密箱的改进[J].莱钢科技，2003（2）：2-4.
[3]傅小波，等.大型重载钢包回转轴承故障诊断方法[J].轴承，2011（1）：45-47.
作者简介
何娟（1985-），女，四川达州人，机械助工，研究生，研究方向：冶金设备故障诊断。
关键词 光谱；铁谱；联合监测；气密箱
中图分类号：TF573 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）16-0043-01
目前，设备维修制度正由定期维修过渡到预测维修。在多种预测维修技术中，光谱和铁谱是最常用和最重要的技术。光谱和铁谱技术各有特点和局限性，使用单一手段进行设备工况监测容易产生偏差。两种手段联合使用，取长补短，会大大提高设备故障预报和诊断的准确率。
气密箱是炼铁厂高炉布料的重要设备，主要通过控制布料溜槽来满足高炉不同的布料运动要求。故气密箱的运行状态好坏直接影响到整座高炉的正常工作。因此，对运用光谱铁谱联合监测技术跟踪监测气密箱的润滑状态的研究有着重要意义。
1 高炉炉顶气密箱
1.1 高炉炉顶气密箱润滑存在的问题
气密箱是炼铁厂高炉布料的重要设备，也是炉顶的关键设备。气密箱由于其制造精度要求高、控制系统复杂又处在高温脏煤气流的烘烤冲刷下，故障率较高，而故障的原因又是多方面的，涉及机械、电气、仪表、润滑、冷却、工艺操作等方面。影响气密箱润滑的因素涉及很多方面，如润滑剂的选择、润滑制度的设计等。当气密箱出现润滑不良的现象时，就会导致各轴承之间无法形成油膜，甚至还会出现密封损坏，各机件磨损，设备卡死等现象。
1.2 高炉炉顶气密箱监测对象简介及取样分析
通过气密箱结构分析可以看出，气密箱是由钢结构箱体（内含水冷齿轮箱）和行星差动减速机、中心喉管、布料溜槽等构成。选择回转支承大齿轮圈、中间齿轮箱、倾动扇形齿轮滑动轴承为监测部位。
气密箱内回转支撑的润滑采用干油集中润滑，润滑介质为极压锂基脂，给油点分布在顶部两个同心圆周上，內圈4个点供上部回转支撑（β轴承），外圈4个点供下部回转支撑（仅轴承），左、右倾动箱采用油浴、喷淋方式润滑，润滑介质为工业齿轮油。两倾动箱上部轴承采用干油自动润滑，润滑介质为极压锂基脂。行星减速机采用循环稀油润滑，润滑介质为工业齿轮油，在其顶部有三个供油管，由一根回油管集中流回油箱。分析仪器为美国超谱公司SPECTROIL M油料分析光谱仪和TPLR-铁谱分析仪。
2 光谱铁谱分析结果及监测结论
2.1 光谱数据分析
利用油料光谱分析仪对气密箱润滑系统在用润滑油油样进行分析，主要分析的元素有：Fe、Cr、Pb、Cu、Sn、Al、Ni、Ag、Si、B、Na、Mg、Ca、Ba、P、Zn、Mo、Ti、V等共21种元素。在通常的情况下，润滑油油样中磨粒元素成分Fe、Cu、Al、Pb、Cr的含量作为该柴油机零部件磨损状态的主要指标。分析发现[Fe]比[Cu]、[Al]、[Pb]、[Cr]高出许多，所以选择铁为各摩擦副磨损状态的指示元素。自2011年8月至2013年3月，我们对8高炉炉顶气密箱润滑油系统共采集监测油样5次，每次的取样位置及取样点均相同。
比较气密箱润滑系统5次油样光谱分析数据发现，气密箱倾动减速箱、中间齿轮箱及回转支承大齿轮箱中铁元素含量变化趋势平缓，且基本稳定，表明气密箱倾动减速箱、中间齿轮箱及回转支承大齿轮箱摩擦副磨损率低，且处于比较稳定的磨损状态。对于倾动扇形齿轮滑动轴承，其铁元素含量有急剧增长趋势，至2012年9月，铁元素质量分数达到了最高值1221毫克/克，将2011年8月与2012年9月的铁元素含量数据进行对比分析，铁含量从364毫克/克变化到1221毫克/克，增加了857毫克/克，可以判断气密箱倾动扇形齿轮滑动轴承铁的零部件遭到了异常磨损。于是，我们对其进行铁谱分析。
2.2 铁谱数据分析
通过对气密箱倾动扇形齿轮滑动轴承2012年9月所取润滑脂用0#标油（不含金属元素的标油）溶解、分散、稀释、制谱，用专用铁谱双光显微镜观察发现含有较多滑动磨粒（如图1a-d）。图1a为磨粒仅放大100倍的整体形貌，他们在谱片上呈链状排列。图1b-d为放大400倍后的磨粒形貌，为典型的滑动磨粒，磨粒的表面有明显的划痕，划痕为同一个方向，且深浅程度不一致，这说明其磨损强度不一样，较深的划痕表明滑动力很大。图1b磨粒尺寸的大小为30×5 um，图1d磨粒尺寸的大小为15×10 um，另外，图1b-c显示还有一定数量的黑色氧化物磨粒存在，外观为表面粗糙不平的堆聚物，局部区域具有蓝色或橘黄色，此黑色氧化物磨粒也表明摩擦副之间有异常磨损，应引起监测者的关注。
2.3 光谱铁谱分析结果及监测结论
综合以上润滑脂中磨粒的光谱、铁谱联合监测结果分析可知，该气密箱倾动扇形齿轮滑动轴承出现了严重的异常磨损现象。铁元素浓度变化趋势从2011年8月开始一直处于急剧上升趋势。因此，建议检修作业现场及时准备备件，尽快安排人员利用高炉休风期间对轴承进行检修与更换。根据建议，现场于2012年12月对其进行拆检，结果表明，该轴承的外圈滚道上出现了严重的疲劳剥落带及明显的磨痕，这进一步证明了此前的诊断结论是完全准确的。
3 结束语
通过润滑油（脂）的光谱、铁谱联合监测手段，对高炉炉顶气密箱的磨损状态进行跟踪监测，准确地预报了气密箱存在的磨损故障，为精确把握高炉炉顶气密箱运行状态提供了重要参考依据。同时，这种联合监测手段为同类设备的状态监测提供了新方法[3]。
参考文献
[1]许斌，等.挖泥船柴油机润滑油光、铁谱监测研究[J].润滑油，2007，22（4）：47-52.
[2]王旭光，等.1#750 m3高炉炉顶气密箱的改进[J].莱钢科技，2003（2）：2-4.
[3]傅小波，等.大型重载钢包回转轴承故障诊断方法[J].轴承，2011（1）：45-47.
作者简介
何娟（1985-），女，四川达州人，机械助工，研究生，研究方向：冶金设备故障诊断。