钢铁冶炼机械设备的故障诊断及处理措施.pdf

35技术改造与改进技术改造与改进第42 卷2 0 2 4年第2 期（总第2 30 期）钢铁冶炼机械设备的故障诊断及处理措施刘旭伟，李伟，覃国强（广西柳钢环保股份有限公司，广西柳州545001)【摘要】本文以冶金企业的钢铁冶炼机械设备为研究对象，以信号处理诊断法为实践方法，探究故障诊断技术的实际应用效果与注意事项。通过对钢铁冶炼机械设备的故障诊断方法与处理措施研究发现，信号处理诊断法在钢铁冶炼机械设备的故障诊断中具有良好的效果，可提高故障诊断效率，同时保证故障分析结果的准确性。【关键词】钢铁冶炼；机械设备；故障诊断；处理措施Failure Diagnosis and Countermeasures for Mechanical Equipmentin Iron and Steel SmeltingLiu Xuwei,Li Wei,Qin Guoqiang(Liusteel Environmental Protection Co.,Ltd.,Liuzhou 545001,Guangxi,China)Abstract I In this paper,mechanical equipment for smelting in metallurgical enterprises are taken as the research object,and the signal processing diagnosis method is used as the practical method to explore the practical application effect andprecautions of failure diagnosis technology.Through the study of failure diagnosis methods and countermeasures for mechanicalequipment in smelting,it is found that the signal processing diagnosis method has a good effect in the failure diagnosis,whichcan improve the efficiency of failure diagnosis and ensure the accuracy of failure analysis results.Keywords I iron and steel smelting;mechanical equipment;failure diagnosis;countermeasures1前言随着我国社会经济水平不断提升，钢铁冶炼行业也迎来了良好的发展机遇，先进的技术与工艺使得钢铁冶炼企业的工业化与机械化水平持续增长，推动了行业整体发展。但是从实际生产角度出发，钢铁冶炼机械设备在运行期间会受到各种因素的干扰，如果企业未能及时发现其中存在的故障与隐患，很可能导致企业的正常生产受到严重影响，不仅会降低企业经济效益，还会威胁到工作人员的生命安全。因此，有必要对钢铁冶炼机械设备的故障诊断方法与处理措施进行全面深入的研究。2故障诊断技术概述在机械化改革的推动下，钢铁冶炼工业中的机械设备种类越发丰富，数量也越来越多，如传送设备、传动设备、液压设备等。机械设备的运行稳定性与安全性不仅会影响钢铁冶炼的效率，还会影响到最终冶炼质量。为保证机械设备在运行期间的安全可靠，需要对其生产运行期间进行全面监控管理，发现故障问题后及时处理，对于不同类型的故障问题制定合理的解决方案。钢铁冶炼机械设备故障诊断技术主要是对机械设备运行中的温度、压力、转速和振动等参数进行监控分析，在故障诊断系统中还包括数据收集系统、状况分析系统以及数据通讯系统等，不仅可以独立运行，还能够与其他系统联动形成分散式诊断系统。故障诊断技术的基本运行流程如图1所示。诊断工作特征信号故障状况决策形成状态发展趋势图1钢铁冶炼机械设备故障诊断技术流程3故障诊断方法3.1系统数学模型诊断法36技术改造与改进第42 卷2 0 2 4年第2 期（总第2 30 期）系统数学模型诊断法是钢铁冶炼机械设备故障诊断中比较常见的方法。该方法通过构建专业的数学模型，并将其与机械设备的管理信息化系统进行融合设计，通过卡尔曼Kalman滤波器、参数模型估计技术以及等价空间方程技术等手段进行故障诊断分析，具有较高的精准性与全面性。在钢铁冶炼机械设备故障诊断中应用该方法，主要包括机械设备运行监控、故障诊断与分析、解决方案制定以及故障问题修复等几个环节，在应用期间对数学模型具有较高的要求，需要制定严谨精确的专业模型，确保最终故障诊断结果的真实可靠性。3.2人工智能诊断法人工智能诊断法的核心技术为自动化技术与智能化技术，在应用期间能够实现对机械设备故障问题的智能化诊断与分析，是现阶段行业热门的研究技术之一。人工智能诊断法在故障诊断时不使用数学模型，将其与机械设备管理系统相融合，以此实现对钢铁冶炼各环节的全面监控与诊断分析，具有高效精准的优点。人工神经网络技术是人工智能诊断法的基础要素，并与模糊数学理论联合，与钢铁冶炼机械设备管理系统之间具有较高的适应性。此外，人工智能诊断法还能够与多种先进技术联合使用，如专家诊断系统、故障诊断系统等，具有较高的选择性，可为钢铁冶炼机械设备故障诊断提供有力支持。3.3信号处理诊断法信号处理诊断法是指对钢铁冶炼机械设备运行过程中发送接收的信号异常情况进行判断分析的方法。例如，在机械设备系统中安装温度传感器和速度传感器，对机械设备运行过程中的温度情况与速度情况进行实时监控，并提前设置标准值与临界值，在信号对比分析后确定机械设备是否处于故障状态。信号处理诊断法包括自适应信号处理、小波包分析、频谱分析法等，具有较高的可操作性。4故障处理措施4.1齿轮故障处理措施齿轮是机械设备中十分重要的零部件，用以支撑机械设备正常运转。如果齿轮部件出现故障，很可能导致生产安全事故发生，甚至会出现生产停滞的问题。齿轮故障问题通常表现出振动现象，在故障诊断期间可利用图谱信号系统进行反馈诊断。我国现阶段对于齿轮的处理方法主要有两种，一种是时间诊断法，对齿轮转动一周消耗的时间和振动加速信号进行分析，对齿轮运行状态进行判断，在经过对比分析后制定解决方案，该方法能够避免噪音影响；另一种是齿轮频谱分析法，能够对齿轮故障发生的点位与实际状态进行判断检测。4.2转子零件故障处理措施钢铁冶炼机械设备运行期间，如果转子出现失衡等情况，很可能导致严重的设备故障发生。对于转子旋转过程中的振动不平衡的问题，可利用以下几种方法解决：一是在转子振动现象发生后，对转子后续运行状态进行全方位观察，分析转子旋转速度，确定其是否处于临界状态。同时分析转子转动速率，在与标准速率对比后确定最终结果。二是利用相位分析法判断转子振动原因，如果转子振动频率与相位统一，则可以认定是由基础共振导致的；如果转子在各点位不同旋转方向的条件下，存在相位差速，则可以认定是由振动不平衡导致的。三是平行与角度不对的问题。转子在运行期间会出现以下情况：两侧轴承间的径向振动一直处于18 0 范围内，即“平行不对”；两侧轴向振动相位一直处于18 0 范围内，即“角度不对”，会进一步引发多倍频振动，需要针对不同情况调节角度4.3滚动轴承故障处理措施滚动轴承在高强度运行期间产生的振动现象会对自身造成一定的影响，且在不同位置会出现不同的噪音。因此，在滚动轴承故障处理时可利用声音对故障具体情况进行判断分析。现阶段比较常见的滚动轴承故障处理方法包括以下几种：一是谐振信号接收法。在应用期间基于零件自身的固有频率对其故障情况进行分析，轴承缺陷会引发振动冲击，进而导致零件出现振动的情况。二是脉冲信号接收法。对滚动轴承压痕情况所出现的脉冲信号进行解析，不同脉冲信号发射频率对应了滚动轴承的不同问题，包括裂痕和腐蚀等，进而确定滚动轴承的最终故障。5故障诊断实践分析5.1准备环节某冶金企业的钢铁冶炼末端环节-固废处理工艺包括钢渣有压热焖系统、钢渣池式热焖系统、高炉除尘灰分选处理系统和转炉除尘灰压球处理系统，是执行节能减排、实现钢铁固废“零排放”工37下转第43页技术改造与改进第42 卷2 0 2 4年第2 期（总第2 30 期）作的关键设备集群，其机械设备的故障诊断和处理效率会对生产工序产生重要影响。运用信号处理诊断法中的小波包分析法，对该环节的钢铁冶炼机械设备故障诊断中的实际应用效果进行研究。为进一步简化测试结果，在故障诊断过程中选择该企业中的5台主要冶金机械设备进行分析，将设备编号为A1A5，在每台机械设备上选取10 个具有代表性的观测点，对故障状态进行观测。故障诊断中的机械设备状态分成三种，分别是正常状态ql、故障状态q2、严重故障状态q3。同时，采用传统故障检测方法进行故障诊断结果对比。5.2故障诊断硬件系统钢铁冶炼机械设备运行期间的数据信息采集需要利用传感器装置完成，本文在综合分析后选用SJS-53254型号高集成传感器，能够在较高温度环境下维持稳定安全作业，在钢铁冶炼机械设备复杂环境中具有良好的适应性。同时，选择与传感器同一企业生产的SJD-15464型号执行器，该型号执行器同样具有良好的环境适应性，该型号执行器的电机在运行期间执行短时工作制，额定运行时间15min。采用激光冷焊方法将传感器与执行器连接到一起，以此保证系统能够在高温状态下安全有效运行。在执行器压力芯片和放大电器之间设置聚四氟乙烯垫片，与散热装置一同起到隔热保护效果，避免热传导现象对系统造成的影响。故障异常诊断芯片的型号为ISJ4520KS型号芯片，以 SMD（Su r f a c e M o u n t e d T e c h n o l o g y）/SM T（Su r f a c e M o u n t D e v i c e）形式安装，输人电压在2.715V之间。该型号芯片在使用期间能够对机械设备运行过程中的数据进行全面记录，并进行故障异常情况判断分析，数据库系统内具有几十种故障异常类型信息，可有效分辨现阶段常见的机械设备故障 5。此外，该芯片还能够对不同位置故障问题分别分析，为后续诊断软件提供可靠的数据保障。5.3故障诊断软件系统钢铁冶炼机械设备故障诊断测试开始前，对机械设备日常运行状态进行数据收集，基于LonWorks（Lo c a l O p e r a t i n g Ne t w o r k）技术对多个点位的数据进行检测收集。针对数据传输通讯系统设计为面向对象方法，实现多个设置数据的网络通讯功能。钢铁冶炼机械设备运行期间的数据信号具有不稀疏的特征，因此需要利用小波包分析方法将其转换为稀疏信号。将故障异常信号投影到小波包基函数空间中映射，将此空间视为带宽相同但是中心频率不同的滤波器系统。如果数据信号无法被小波包分析方法转换为稀疏信号，代表此信号属于机械设备正常运行信号。在小波包分析信号转换操作结束后，设计信号异常重构，构建观测矩阵。本文系统中的观测矩阵为12 8 1维度的全零诊断矩阵，以此为基础能够得到原始异常信号矩阵。利用小波包分析方法对变换后的故障异常信号进行诊断分析，最终确定机械设备的故障属于哪种类型5.4实践结果分析基于上述故障诊断系统进行测试分析，将测试结果总结梳理。为进一步明确文本提出的故障诊断方法的实际应用效果，对钢铁冶炼机械设备故障诊断幅值数据作为分析数据，两种故障诊断方法对比见表1。表1两种故障诊断方法对比db机械设备编号A1A2A3A4A5传统诊断q153.252.251.754.355.5系统故障q221.510.720.515.716.5诊断幅值q320.513.517.913.512.6q152.253.252.754.256.2本文诊断系统故障q256.263.864.569.269.5诊断幅值q365.575.574.471.573.9机械设备故障诊断幅值越小，代表故障诊断系统的故障处理能力越差，诊断和故障分类结果越模糊。对表1中数据分析得知，钢铁冶炼机械设备处于正常状态时，两种故障诊断技术对应的诊断幅值相差较小；而在钢铁冶炼机械设备处于故障状态时，本文提出的故障诊断技术的诊断幅值相对更高。由此表明，经过小波包分析融合的信号处理诊断法，在实际应用中能够更加高效精准地处理钢铁冶炼机械设备故障问题，显著提高了机械设备故障诊断效率，同时增加了故障诊断结果的精准性。6结语通过对钢铁冶炼机械设备的故障诊断方法以及处理措施进行分析，在对常见故障诊断方法进行探究的基础上，对信号处理诊断法中的小波包分析法进行实践探究，实践测试结果能够确定该43(2024-01-24收稿上接第40 页(2023-12-01收稿上接第37 页（2 0 2 3-0 9-19 收稿第42 卷2 0 2 4年第2 期（总第2 30 期）技术改造与改进损坏，需要更换备件。如果是电机问题，需要电器人员配合检查电路。如果是供丸闸未打开，检查空气是否通畅，气缸是否正常工作，关节轴普通平键是否连接良好。5结语抛丸是对钢板表面氧化铁皮处理最有效的办方法在实际应用中的效果。本次研究为钢铁冶炼机械设备故障诊断研究提供一定参考帮助。参考文献：1】吴红芳.钢铁冶炼机械设备故障诊断及处理措施J.中国科技期刊数据库工业A,2022（3)：41-43.2陈雪莲.轧钢机械设备的故障监测与诊断研究 J.中文科技期刊数据库（全文版）工程技术，2 0 2 1，22(32):90-91.3吴春明，宋清山，杨成海，等.钢铁冶炼机械设备故3.3.2.4气体检测仪加热箱的外侧固接有多个丝杠螺母机构，丝杠螺母机构的移动端转动连接有延长杆，延长杆的端部固接有气体检测仪，通过外设的气体检测仪，可以检测加热箱和拼接框的连接处是否出现泄露，配合延长杆和丝杠螺母机构的转动连接，不会妨碍拆卸加热箱的过程。4应用效果2022年1#135MW机组大修时，对锅炉的煤气加热器进行了分体式的改造，新换的备件采用了分体式煤气加热器。经过运行考核，各项运行参数都正常，利用定修机会进人箱体内部检查，发现高温侧煤气加热器的腐蚀状况明显好于低温侧，再使用一个大修周期明显不存在问题。煤气加热器作为大修备件每三年更换一次，分体式和法，抛丸机作为中厚板厂热处理和剪切线之间的关键设备，在使用过程中难免会出现各种各样的故障。通过故障分析及解决方案的落实，更大程度的提高了抛丸机的工作效率，确保热处理产线稳定顺行。障诊断及处理措施研究 J.中国设备工程，2 0 2 1，9（2 1):56-57.4谭龙，王勤福，王宏平，等.钢铁冶炼机械设备的故障诊断及处理 J.中国科技期刊数据库工业A,2021,16（6）:2 3-2 5.5】徐尚斌.钢铁冶炼机械设备的故障诊断及处理方法分析 J.山西冶金，2 0 2 2,45（8）：18 1-18 2.6周帅.高炉炼铁设备的故障诊断及处理措施 J.冶金与材料，2 0 2 1，17（6）：41.一体式的备件价格基本相当，安装工作量略有增加。通过实施分体改造后，低温段还是按照三年一个周期进行更换，而高温段的更换周期延长到了六年更换一次（两个大修周期），相当于二个大修周期少采购了一次高温段煤加，节约了备件的采购费用。5结束语近年来，随着钢铁行业节能减排的深人，国内已建成了一大批煤气锅炉发电机组，设备出厂时基本都是配套一体化的煤气加热器，在大修过程中也是整体报废。分体式煤气加热器在沙钢钢铁1 135MW机组锅炉上的成功运用，为其它锅炉煤气加热器分体改造提供了借鉴。