转炉烟气分析动态控制及技术应用

刘莫岩

（鞍山宝得钢铁有限公司，辽宁 鞍山 114000）

【摘要】由人工经验控制到动态智能控制是转炉炼钢自动化的发展方向，而利用质谱仪在线分析转炉烟气进行动态控制是实现转炉炼钢技术自动化最有效的途径；介绍烟气分析动态控制炼钢技术在宝得钢厂120吨转炉的开发应用情况，对提高转炉终点命中率，实现炼钢自动化，特别是对国内中小型转炉具有借鉴作用。

教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 转炉；烟气分析动态控制炼钢技术；宝得钢厂

0前言

2013年，随着宝得公司内部设备的大更新，我炼钢厂新上了一座120吨转炉，具有动态延期控制技术。在经过一段时间的生产检验之后，发现只要对该项技术进行稍微地改变与提升，就能胜任更复杂的需求，确保高质量的钢铁冶炼。在转炉吹炼的过程中，宝得钢厂采取的工作方式能够快速完成炉气成分分析，并且只需要了解炉气的成分变化就可以根据一定的计算公式来计算得到脱碳速率以及钢产品当中碳的含量，对实现自动化生产有较高的帮助作用。

1系统组成

整个系统由三部分组成：（１）负责转炉炉气采集，处理的低碳维护量的LOMAS系统；（2）在线分析质谱仪；（3）转炉烟气分析动态控制系统；

1.1LOMAS烟气采集和处理系统

在烟气当中有大量气体，该系统能够实现对这些气体的分析，确保了解烟气中的组成。LOMAS系统为了确保探测到准确的气体成分，在系统内部安排了两个甚至更多的气体探头，并且有专门的仪器来分析气体成分。分析工作主要利用了系统中的两个探头，对装置内的烟气进行周期性的取样，并且预留了一个探头来起到备用的作用，确保烟气检测处理工作的不断进行。

1.2在线分析质谱仪

在LOMAS系统完成对烟气的分析工作之后，主要由在线分析质谱仪来承担对烟气成分的分析工作，在计算机软件的有效支持下，在线分析质谱仪的工作效率较高，在短时间内就能完成整个分析工作，并且还能在高效率的同时保证较好的工作精度。在不少于1.5秒的时间内，就能完成整个烟气的分析工作。在一些情况中，还能承担起对转炉烟气成分的实时检测工作，对CO、CO2等气体的含量与比例进行实时检测，为后期工作提供大量的数据支持。

1.3转炉烟气分析动态控制系统

为了实现准确又高效的转炉烟气分析检测工作，总系统一般由静态与动态两个部分构成。（１）静态控制模型。在一个静态控制模型中，系统要通过分析任务所要达成的目标来灵活决定不同原料之间的比例，并且以此为基础来确定整个冶炼方案。烟气动态分析生产方式最关键的一点就是需要及时处理大量的信息，这样的环境对传统的转炉生产模型提出了更高层次的要求，为此生产单位一般会对模型进行深度改进，确保能够承担繁重的生产任务。（2）动态控制模型。在动态控制模型当中，如何实现对转炉的动态控制是整个工作的基础，并且能够给予静态模型一定的补偿，确保其内部物质的平衡。在物理学物料平衡原理支持下，能够建立起对灵活的转炉生产平衡体系，对分析结果进行及时的矫正与修改，确保转炉生产出正确的产品，高质量的产品。

2炉气分析技术应用

目前，转炉炉气的主要利用价值就是回收其尚未彻底燃烧的CO，而为保证煤气的发热值，对于吹炼前后期CO含量较低的煤气，往往弃之不用，不仅浪费资源也对环境造成污染，而且大量有用信息得不到有效利用。而质谱仪则可对这部分有用信息加以利用，为现场人员提供充分的操作依据。

2.1返干时CO和CO2的变化规律

如果吹炼过程中出现异常现象，如喷溅或返干，CO和CO2含量将出现相应的异常变化。另外收放喉口、氧枪操作和添加辅助料也会对CO和CO2含量的变化产生影响，低枪位操作时候过去，使得从氧枪喷出的氧气主要用于脱碳，致使CO增多，从炉口吸入的空气量便减少，这一点可由N2含量下降到最低点得到证实。同时，用于炉内二次燃烧的氧量也减少，CO2含量下降，因为渣中的FeO参与脱碳反应而被大量消耗，低枪位操作又使渣中FeO得不到应有的补充，渣中FeO减少使炉渣变得粘稠，甚至僵硬，这一点可根据生产过程中取样时，有时副枪全被戳折而得到证实。

值得注意的是，要分清由于氧枪操作上的人为变化而引起CO含量突变与返干时特征的区别，即CO曲线渐变与突变的区别。在总吹时间3/4处，CO曲线垂直上升，这是因为此时降枪导致脱碳速率加大而引起CO含量突升。可见，正确判断炉内的冶炼状况，要参考合理的操作制度。

2.2喷溅时CO和CO2变化规律

当CO含量突降时，往往意味着喷溅的来临。研究认为，当CO含量低时，说明大量的CO留存在炉渣中，当积累到一定程度，就会以突然喷发的形势并携带一定量的炉渣，从炉口喷出，即为喷溅。炉渣发生喷溅时的炉气中CO和CO2含量有一个突降、突升的变化，此时喷溅严重。当炉渣变得粘稠，致使大量的CO不易排出，而风机转速一定, N2含量的突升说明转炉内排出的气体剧减，需要从炉口吸入空气进行补充。此时脱碳的反应仍然连续高速地激烈进行，源源不断生产的CO大量积累在乳化系中，当粘稠的炉渣中所积累的CO由量变到质变时，则发生喷溅。另外，为解决返干而进行提枪操作会使返干的炉渣上层富集大量的FeO，若炉渣渣层过厚，富集FeO的上层炉渣变稀而下层仍然处于返干状态，这一点可由取样时，取样勺只能达到炉渣层一定深度便再也探不进而得到证实。脱碳反应在氧气流股和被搅乱的富含FeO的炉渣双重氧化作用下，局部瞬时产生的大量CO便从炉口喷出，一旦发现CO含量升高，同时CO2、N2含量下降时，则意味着渣中CO（FeO）减少，炉渣极可能已发生返干，应立即提枪化渣。

3炉气分析技术存在的问题

（１）炉气分析法是利用炉气成分的信息，由数学模型计算温度，没有副枪直接测量的数据可靠性高，在单纯使用炉气分析进行动态控制的情况下，温度命中率主要取决于诸如废钢量、铁水重量及成分、造渣料的重量及成分等输入数据的准确和稳定，通过热量平衡进行计算。大部分炉气分析模型对于温度的预测仍然依靠静态模型。

（２）炉气分析法属于间接测量方法，其精准度受诸多原因影响，如称量设备的精度，吹炼操作，炉气分析设备的分析精度，对炉气流量校正计算的准确性，炉气分析系统的响应时间，模型本身精度等，这些都对预报及控制效果有较大影响。

（３）用于炉气分析的质谱仪主要依赖进口，由于国内生产秩序和原料条件差，导致生产环境和样气比较恶劣。从国外引进的气体分析设备往往容易在取样系统及分析设备本身出现问题，且国内装有质谱仪的钢厂，普遍缺乏专业的设备维护队伍，因而时常因为设备不能正常运行而影响生产。

4结束语

综上所述，随着我国炼钢行业的不断发展，自动化控制技术也将成为炼钢过程中的主流技术之一。在这样的大背景下，宝得钢厂通过引进120吨转炉，结合自动化程度较高的烟气分析动态控制炼钢技术，实现了炼钢效率与质量的双重提升。并且结合自身生产实际对该套系统进行了一定程度地改良，不仅提升了对生产过程中碳元素浓度以及温度的掌控力，还有效降低了发生安全事故的概率。对发展与发扬全自动化炼钢生产工作的优势起到了关键性的作用。整套设备仅仅耗费了2000万元资金，并且日常维护简单，设备安全性强，长期运行也不会发生安全事故，在我国各中小型炼钢企业中有（下转第213页）（上接第11页）较强的适用性。为了推动自动化生产的深入进行，应当予以推广。

教育期刊网 http://www.jyqkw.com
参考文献

［１］张启忠.100t竖式电炉炼钢技术及应用[J].价值工程,2013(35).

［２］张德合.解析转炉全封闭智能炼钢技术的开发和应用[J].企业技术开发（下半月）,2014(17).

［责任编辑：汤静］