实时气体分析在控制炼钢过程中的应用

　　在环境控制要求越来越严格、市场竞争日益激烈的今天，采用先进技术手段节能降耗、走资源节约道路，是每个冶金企业生存、发展必经之路。就炼钢产业而言，转炉负能炼钢就是冶金企业节能降耗最重要的措施之一;电弧炉中利用好二次燃烧，不仅充分利用化学能，而且使电弧炉烟气温度得以降低，减少有害气体，有利于除尘和环境保护。改进工业过程中的传感器对节能和环境保护有着重要意义。国内也有很多人对此进行了分析和研究[1,2]。

　　1 电弧炉二次燃烧氧量控制

　　对电弧炉排出的气体进行连续的烟气分析可以提供有用的工艺数据，为工艺过程的改进提供重要的信息。CO 和H2的浓度可以代表化学能量损耗。气体温度可以用来计算热能损耗，估计熔池温度。结合温度信息，从CO 和线浓度水平也可以看出爆炸的危险性。但是，由于恶劣的工作环境和电弧炉工艺的间断性，传统的烟气分析系统难以胜任。

　　旁路式的分析系统因为要抽取样气并处理后才传到传感头，需要20s 至2min 的延时。而为了避免混合气体的爆炸，电弧炉工艺中气体成分快速变化使得传感系统的快速反应异常重要。大多时候，氧气吹人量根据预先设置好的值来控制，而这个值是根据很多次尾气分析得到的。但每次燃烧过程的尾气成分曲线都不相同，这就会造成每个时刻的吹入氧量与CO 和H2的不匹配。结果要么CO 没有充分燃烧，化学能浪费;要么O2过量造成电极和耐火材料的损耗。要想充分利用电弧炉中的化学能，必须依赖一种实时可靠的测量二次燃烧尾气组分的工具。它必须满足以下条件：① 在整个过程中可靠测量气体组分;② 响应时间快，能实时控制;③ 用户友好，维护方便。

　　Air Liquid公司在理论上曾对实时控制方式与预设值控制方式进行过比较[3]。他们通过长时间反复测试采样，对300炉次燃烧过程中的参数进行了记录，并以此为依据进行模拟.计算再生能量和耗氧量。

　　首先利用其中70 次比较好的数据进行分析。结果表明(图1 ) ，与采用实时气体分析系统相比，动态控制O2吹人方式，传统方法的再生能量要低25 % ，而耗氧量要高20%。而如果用300次的数据进行比较，传统方法的再生能量要低35%。而耗氧量要高45%。

　　过氧环境会损害防火材料，增加电极损耗，降低金属产量。所以用设定值方式控制二次燃烧时，要设定一个安全因子来限制过氧情况发生。在模拟中将瞬时最大氧吹入量降低(从3000m3/h到1700 m3/h)来避免吹人过量的氧气。这种情况下再生能量降低到实时控制方式时的50%。