連續氣體分析系統在精煉爐中的應用

李賓

摘要：隨著廢鋼價格的降低，如何最大限度的利用廢鋼資源，提高轉爐冶煉的廢鋼比，降低鐵水消耗成為各大鋼鐵企業的重點攻關項目。本文對連續氣體分析系統在精煉爐中的應用進行分析，以供參考。

關鍵詞：連續氣體分析;精煉爐;應用

引言

飛行時間質譜儀原理：采集的氣體引入飛行時間質譜儀中，在離子源處經電子轟擊離子化后，具有相同初始動能的不同質荷比（m/z）離子在無場區飛行，經反射器反射后按先后順序到達檢測器，根據不同質荷比的離子到達檢測器的時間不同，將各個離子分開并且通過檢測同一質荷比的離子流大小，確定爐氣中各個氣體的含量。

1LF爐速熔埋弧精煉渣

煉爐爐渣全程泡沫化研發生產速恪埋弧精煉渣。具有快速成渣性、脫氧還原性、吸附夾雜性、發泡膨脹性、絕熱保溫性、吸音降噪性、抑制吸氣性、無氟護包性等綜合性能。與石灰造渣料搭配使用，實現了脫氧劑用量減少50-100%、泡沫渣厚度提高100～200%、冶煉時間縮短10-20%、節電10～30%、電極消耗降低10～20%、吸音降噪40～60%、增氫減少40￣70%、增氮減少50～80%、包齡提高50￣70%、大幅減少包襯侵蝕帶入的外來夾雜物等綜合冶金效果。是蠻石、傳統燒結、預熔精煉渣的替代產品。杜絕了煉鋼使用含氟物質對人體、包襯和大氣層的破壞，彌補了鋁酸鈣型精煉渣無埋弧護包性能的不足。冶煉綜合成本節約50￣100元/噸鋼。

2原理

紅外分析儀原理：是利用CO/CO2能夠吸收定波長的紅外光能的原理制成的，紅外線光源通過反射鏡的作用變成一束平行輻射線，切光片將光源調制成斷續的紅外輻射線后照射到濾波室，消除掉CO和CO2相互之間的干擾，參比室內的氣體不吸收紅外線，測量室的CO/CO2有較強的吸收能力，紅外探測器接收到的紅外線能量就有差值，經過信號處理就能得到CO和CO2的含量。磁氧分析儀原理：O2是一種順磁性很強的氣體，而其他大部分氣體都呈弱反磁性，當被測樣氣進入分析儀時，O2受到測量室磁場的吸引流過熱電阻絲，帶走熱電阻的熱量，造成測量熱電阻阻值降低，而參比室不加裝磁場，無O2流過，其內部電阻阻值無變化，這樣測量電橋就有不平衡電壓輸出，從而測得O2含量。

3LF精煉爐廢鋼熔化工藝

3.1廢鋼熔化過程

參考合金的熔化過程，將常溫的合金顆粒加入高溫熔池中，由于顆粒溫度低于熔池中金屬熔體的凝固點，故首先在顆粒周圍形成一層凝固殼，當顆粒或凝固殼表面溫度升高到大于金屬熔體凝固點時，熔化開始。隨著鋼液攪拌及四周溫度不斷升高，廢鋼顆粒不斷熔化直至消失。但為保證其溫度及成分均勻分布在鋼液各處，仍需一定的攪拌時間。

3.2廢鋼熔化時間

廢鋼顆粒與鋼液密度之比約為1，且廢鋼由下料點至鋼水液面的瞬間速度大概在5m/s，除去很短的入鋼水段外，平均滑移速度小于0.1m/s。參考相關文獻，根據顆粒運動軌跡和浸入鋼液時間的計算結果可知[1]，粒徑在30～80mm的廢鋼顆粒在鋼液中熔化時間一般不到20s。

4倒入精煉前鋼水返回其流程

（1）澆注好鋼水之后，把鋼包中的澆余鋼水、熱態鋼渣均倒進下一爐鋼水中（精煉前）;（2）輸送到LF精煉工位，實施鋼水精煉處理;（3）澆注鋼水，可以把剩余的鋼水及熱態鋼渣倒進下一爐鋼水中，為下一循環提供便利。該工藝有助于縮短LF精煉爐熱態鋼渣以及澆余鋼水相應周轉時間，而且還有著更高的預熱利用值，操作簡便。

5LF精煉加廢鋼操作指導

1）廢鋼加入熔化、混勻需要一定時間。根據計算，目前廢鋼加入熔化時間基本在5～10s。在正常冶煉溫度下，底吹氬氣流量在150～200L/min時，成分、溫度混勻時間基本在50～60s，合計廢鋼熔化、混勻時間大致在60～70s。2）廢鋼加入要考慮鋼包底吹、渣況等其他因素影響。精煉廢鋼加入要充分考慮渣料熔化情況、渣況、鋼包底吹透氣性、下料口與吹氬部位對應等實際情況，若以上客觀條件差，極易造成廢鋼結坨，延長正常熔化時間，甚至影響正常溫度控制及供鋼節奏。3）廢鋼加入要考慮鋼水溫度的影響。若鋼水溫度較低，會延長加入后廢鋼的熔化、混勻時間，因此若有進站溫度低的情況，應先升溫后加廢鋼。確保鋼液溫度達到1570℃以上后再加入廢鋼。

6系統組成

6.1控制單元

采用西門子PLC，用于采樣和反吹的控制，報警信息的收集，與中控系統的通信，采樣狀態和標定狀態的切換。分析儀與中控系統的通信內容為：3組份分析濃度送中控PLC，分析儀故障送中控PLC，分析儀啟動與停止指令由中控PLC送分析儀。

6.2分析單元

分析儀采用富士ZRE紅外分析儀，此分析儀內置磁氧模塊，紅外分析儀分析CO、CO2的濃度，磁氧模塊分析O2的濃度。

7應用效果

通過對RH精煉爐分析儀系統改造，提升取樣氣體冷卻、排水能力，提高取樣氣體的干燥度，增加水分檢測裝置和流量低報警保護氣體分析儀本體，改善分析儀運行狀況，縮短分析數據的滯后時間，將分析儀的相應時間縮短為30秒，用更加先進的紅外和磁氧分析儀為RH精煉爐控制數學模型的建立和優化進程提供及時可靠的數據，能有效縮短真空處理時間，節約蒸汽/氬氣等能源介質，提高RH精煉爐鋼水真空處理年產能。

結束語

綜上，在冶金生產行業中，LF精煉爐鋼渣的循環利用工藝是最有效、最經濟的手段。在LF精煉生產中應用LF精煉爐熱態鋼渣循環利用技術，不僅投入小，而且還能對鋼渣熱能、澆余鋼水進行回收，有助于減少LF精煉渣料消耗量，并且還能達到節省電耗的目的，因而在實際應用中有著不錯的社會與經濟效益。

參考文獻

[1]查吉利.鎂熔體無熔劑連續精煉理論及關鍵技術研究[D].重慶大學，2018.

[2]尹作棟，吳金松.CEMS-2000S煙氣排放連續監測系統在煙氣脫硫中的應用[C].2017：21-25.

[3]王迎新，基于太赫茲氣體激光器的連續波成像系統性能分析（英文）[J].紅外與毫米波學報，2017，30（03）：193-197+236.

南京鋼鐵股份有限公司，210035