转炉烟气分析动态控制及技术应用

1、转炉烟气分析动态控制及技术应用【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。【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

2、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；1.1 LOMAS 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

3、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

4、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 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

5、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。般由静态与动态两个部分构成1）静态控制模型。在一2 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

6、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，C02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

7、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

8、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

9、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

10、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