转炉炉气在线分析系统研究、开发及应用
2008/10/16 10:46:00
一. 引言
钢铁企业实现经济效益与社会效益的关键是最大限度地提高冶炼质量，降低能源消耗，减少环境污染。随着现代冶炼技术和自动化控制技术的发展，准确掌握冶炼炉内温度﹑压力及各种组分分布等条件及其变化情况，按工艺要求及时调整工艺参数，优化冶炼条件，保障高效安全生产已经成为可能。而实现这一点，必须由相应的分析监测手段。本文主要介绍我们在炉气在线分析方面所做的工作和取得的进展。
转炉炼钢是世界上普遍采用的炼钢技术。转炉炉气是在吹氧冶炼过程中产生的废气。其主要成分是一氧化碳，二氧化碳，氮气，氢气，水蒸气，少量的氧气，氩气及微量的甲烷。实现转炉炉气的在线连续检测，实时分析各种气体的成分，对于保证钢水质量，指导炉气回收，减少环境污染具有重要意义：
（１） 钢水的含碳量和温度是决定产品质量的重要指标。但由于成本和技术的限制，两者都不能直接随时测量。目前普遍采用炉气定碳的方法，根据转炉炉气中一氧化碳和二氧化碳等气体的体积百分比间接计算钢水的含碳量。因此，连续测定炉气成分，能够及时了解吹炼过程钢液碳含量的动态变化，实现脱碳量的自动控制，提高转炉炼钢冶炼终点判断的命中率，从而保证钢水质量，减少号外钢。
（２）转炉炉气中含有大量的一氧化碳（平均在60-70％），是很有价值的燃料和化工原料。如能进行回收，可用于工业锅炉，高炉热风炉，轧钢均热炉及铁合金烘烤等工艺，大大节约了能源消耗，降低了生产成本，其经济效益非常可观。有效回收炉气中的一氧化碳，不仅需要了解一氧化碳的浓度，而且必须控制氧气含量。一氧化碳浓度太低，没有回收价值；氧的含量超过一定限度，就有爆炸的危险。连续测定炉气成分，对于科学指导回收，保障安全生产，提高经济效益至关重要。
（３）转炉排放的废气中，一氧化碳对人体十分有害，而二氧化碳是一种温室效应气体，直接排放必将导致环境污染，危及人类健康，破坏生态环境。选择适当的方法，对不能回收的炉气中的一氧化碳，二氧化碳进行转化和吸收，以符合越来越严格的排放标准的要求，也是炼钢厂需要解决的问题。治理污染必须了解废气的排放量和组成，因此，炉气的连续检测也是污染控制的重要环节。
中国是一个产钢大国，主要以转炉炼钢为主。但在冶炼自动控制，炉气监测与回收技术等方面，同世界发达工业国家相比，存在一定差距。面对当前激烈的市场竞争，降低生产成本，提高产品质量，是钢铁企业追求的目标。钢铁企业的管理者也更加重视技术的革新。在国内，转炉炉气在线分析和转炉炉气的回收技术也成为急待研究和开发的课题。我院分析测试研究所从1992年就开始着手转炉炉气分析系统的研制和开发，到目前为止，已建立了一套能够在线连续检测炉气中一氧化碳，二氧化碳，氮气，氢气和水份的设备系统，并先后应用于院内小转炉和承德炼钢实验厂的“熔融还原炼铁工艺中试实验”现场，取得了良好的应用效果。另外，与炉气回收配套的一氧化碳/氧气分析系统也在调试之中。
二．成套转炉炉气分析系统的组成：
整套在线分析系统的总体结构框架见图1。
图1. 分析系统框架图
1. 控制分析系统（反吹，取样点切换，仪表自动校正等）。
2. 根据工艺要求调整炉内参数,改善工艺条件;
（一）. 取样系统
从转炉排放的炉气，含有大量的灰尘和水份，而且温度较高，有时压力也有波动，不适于分析仪表直接测定，必须在分析之前进行预处理。取样系统就是用来从烟道中抽取炉气进行预处理，并把干燥无尘，气流稳定的样气连续不断供给分析系统。它的性能优劣直接影响到滞后时间和分析结果的准确性，是炉气分析系统的重要组成部分。
我所研制的取样系统是吸取了国内外已有产品的优点,以适合我国转炉炉气的具体情况，完全脱除水份，油份和粉尘，尽可能缩短取样滞后时间，保证现场长时连续工作为目标设计的。系统由抽气泵，两级过滤除尘装置（包括可控 循环内储能式反吹系统），三级除水装置，除油装置及与此配套的气动球阀，电磁阀，继电器等元件组成。取样系统流程见图2。
过滤除尘器采用新型多孔金属材料，能有效去除炉气中粒度大于20μ的粉尘；采用复合脱油方法，实现炉气中焦油的深度脱除；采用循环水冷却除水，半导体电子制冷除水，化学除水相结合，逐级除去炉气中的水蒸汽。这些方法经过严密的理论考证和实验室多次模拟
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