在线分析仪器在钢铁行业中的应用

钢铁的冶炼过程实质上是原材料、燃料和成品的流转过程，在流转中伴随着大量气体产生，而在线检测分析这些过程气体是冶金工业生产工艺优化控制、安全和环保监控必不可少的关键技术之一。我公司分析仪器能够应用于钢铁行业中的炼钢、炼铁及烧结等各个装置，对降低能源消耗、保证生产安全等起着十分重要的作用，还对钢铁企业增大产能，提高产品质量有积极的效果。

分析系统在钢铁领域的应用范围十分广泛，现已成功用于：
z 高炉炉气分析
z 转炉炉气分析（BOS,BOF）
z 焦炉气体分析
z 真空氧化脱炭（VOD）
z 加热炉炉气分析
z 混合站气体分析

钢铁的生产简单地说就是通过燃烧、还原—氧化反应以及各种辅料将铁矿还原成铁，进而冶炼成钢，钢铁的冶炼期间将产生大量的气体。这些气体的检测，对钢铁企业的生产和发展具有非常重要的现实作用：
（1）检测烟道气中CO、O2、CO2浓度，计算空气过剩系数，进而控制高炉、热风炉、焦炉、石灰窑等炉窑空/燃比，节约能耗；
（2）检测炉顶烟气中CO、O2、CO2浓度，通过高炉、转炉、电炉烟气定碳数学模型来对高炉、转炉、电炉进行控制，实现智能化生产、优化生产工艺；
（3）检测CO、O2浓度，对喷煤系统磨机入口、煤粉仓、煤气回收系统、电捕焦器前后等安全点进行上限报警和控制，从而保证安全生产；
（4）检测CO浓度，计算热值、控制能源气的回收，如转炉煤气回收、焦炉煤气回收、高炉煤气回收等煤气回收控制；
（5）各种烟道气CO、CO2浓度监测，确保环保达标；
（6）空分O2纯度检测和富氧喷煤中O2浓度的检测控制。

一：转炉煤气回收分析系统（CO、O2检测）
　　吹氧转炉炼钢已成为主要的炼钢工艺，占国内总炼钢量的85 %。转炉烟气中CO浓度随着吹炼时间的增加而增加，达到高峰后逐渐下降，最高可达90%，平均70%左右。当CO含量在60%时，其热值达到8000KJ/Nm3。根据宝钢的分析数据，转炉烟气成分（体积%）的测定值：CO 72.5%，H2 3.3%，CO2 16.2%，N2 8.0%，O2 0.0%。转炉在吹氧冶炼期，产生大量CO、含铁（70%）烟尘的高温气体，如不治理回收，既污染环境、危害人体，又浪费能源与资源。

分析仪可以在线检测高炉煤气中N2、CO、CO、H2的含量，每一个周期自动向高炉控制中心提供一组准确、可靠的高炉煤气中各组份的百分含量。通过计算CO2/ (CO+CO2) 的比值来判断煤气利用率，控制焦煤比，一般在焦炭负荷不变的情况下比价降低，说明煤气利用率降低，预示着高炉转凉；通过观察H2的含量判断风口中小套高压水及炉身冷却壁常压水是否漏水，如果H2值增加，说明存在漏水，为防止爆炸，需尽快解决；通过对N2含量的检测，可推测出高炉的泄漏率。一般采样点选在重力除尘器后，布袋除尘前的煤气水平管道上。分析仪测量的响应时间短，保证了测量数据的可靠性。还有，分析仪表可以帮助测量热风炉出口的O2含量，优化高炉燃烧，提高产品质量。

 

 在转炉炼钢生产过程中，1450℃——1600℃的转炉烟气通过转炉烟罩回收并降温至1000℃，然后经过一级、二级文氏管除尘、降温，烟气中的粉尘含量从120~200 g/Nm3降到0.1 g/Nm3，温度降到67℃。当O2浓度小于1%且CO浓度大于要求时煤气通过三通阀和水封逆制阀进入煤气柜，反之则通过散放塔燃烧排空。目前控制难点是气体检测的响应时间。

　　在国内传统工艺中排出烟气与回收煤气是由时间程序控制装置控制气动三通切换阀进行自动切换，来实现煤气的回收与放散。其弊病是难以控制煤气的质量，经常会造成合格能源气的浪费，而且存在一定的安全隐患。采用组分浓度控制技术就能较好解决上述问题。

二石灰窑烟道气体分析
　　石灰窑煅烧的产品CaO是钢铁冶炼过程中的重要原料，检测石灰窑烟道气体（CO/O2/CO2），可以为石灰窑煅烧工艺过程优化（如降低生烧率和过烧率、提高CaO含量和活性）提供实时的生产数据,而且为先进的过程控制奠定了基础，同时，在节能、环保方面也发挥重要的作用，在降低能耗和优化工艺中可以为企业带来直接的经济效益。
 

三炉顶气（CO、O2、CO2）检测分析
　　转炉炉顶气进行实时在线分析，通过烟气定碳技术对冶炼过程进行科学监控。在国内钢铁企业中，有些解决了转炉高温含尘气体取样专利技术，现在中小转炉上大量采用烟气回收分析控制系统，使转炉进入负能炼钢的时代。非副枪中小转炉迫切需要开发应用炉顶气体分析定碳定温的新技术，彻底解决非副枪中小转炉也能像装有副枪的大型转炉一样，实现全自动化动态炼钢的问题。

　　高炉炉顶气体的分析可以提供炉况的重要信息，也是高炉数学模型的主要参数。在高炉冶炼期间，炉顶气中CO2或CO浓度变化是否符合一般冶炼规律，这是检验高炉炉况顺利运行的重要指标，因此在正常冶炼时，工厂一般都要做出煤气曲线图，以观察高炉反映状况，及时调整各项参数，使高炉在最佳状态下运行。

四高炉喷煤安全控制系统（检测CO、O2）
　　高炉喷煤分析系统为典型安全控制装置。以下以高炉喷煤系统中的煤粉仓气体检测为例说明检测的流程和意义。

　　由于煤粉仓的气体为热风炉后烟道中引入的燃烧废气，如果废气中的CO、O2浓度过高，在煤粉仓中的煤粉就容易发生爆炸。因此需要对煤粉仓中的废气进行实时检测，以便进行及时报警，并及时输入自动冲氮系统对废气进行及时的自动稀释，以避免煤粉仓爆炸。