烟气分析系统在转炉的运用

烟气分析系统在转炉的运用
冯军
【摘要】以马钢公司转炉上已投产的烟气分析系统为基础,简要介绍转炉自动化炼钢技术的先进性和该技术在实际使用中所出现的问题,并结合现场实际情况对系统
预处理部分进行了改进,以及在日常维护工作中对该系统所获得的一些心得.
【期刊名称】《安徽冶金科技职业学院学报》
【年(卷),期】2013(023)004
【总页数】4页(P13-16)
【关键词】转炉;炼钢;烟气分析
【作者】冯军
【作者单位】马钢股份公司自动化工程公司安徽马鞍山243003
【正文语种】中文
【中图分类】TF71;TP277
以前的转炉炼钢完全依靠人工的经验来进行吹炼和成分判断，难免会出现一些判断上的错误。

随着PLC技术，测量手段和数学模型的不断发展，通过数学模型和PLC控制相结合，根据冶炼的烟气相关初始信息，就可以推算出转炉中各主要元
素反应的进行情况，这些数据通过网络进入奥钢联自动化炼钢数据模型，根据冶炼工艺要求，计算、比较，来控制氧步、氧量、配料、吹炼时间等转炉吹炼中的主要参数配方表。

科学快速的配料及氧枪氧量的精确控制，节约了时间，缩短吹炼周期，
稳定了钢水质量，同时也节省了大量的人力、物力，提高了生产效率，真正实现了无倒炉自动化炼钢。

1 烟气分析系统
1.1 系统简介
马钢在一钢转炉引进的西门子奥钢联SVAI烟气分析系统主要由两大块构成：LOMAS烟气分析系统和相关模型。

我重点介绍LOMAS烟气分析系统。

LOMAS烟气分析系统(Low maintenance Gas Analyzing System)即低碳维护量的烟气在线连续分析系统，是整个系统的硬件部分。

由样气采集系统，气体预处理系统和气体连续分析系统组成。

样气取样系统是安装在烟道上的两个气体采集探头，一用一备，取样点安装在转炉41米平台上。

探头采集的气体经过抽气泵经过除尘后送入分析仪中分析成份。

LOMAS的分析系统采用VG Prima型号的质谱仪，理论上可以对温度达1800°，烟尘含量达100 mg/m3的气体进行处理。

能够在
2s内迅速分析出烟气中CO，CO2， O2， H2 ，N2 ，Ar等气体含量，并能达到较高的精度。

1.2 样气采集预处理系统
转炉烟气通过安装在固定烟罩上两路冷却取样装置，经恒温电加热水分气化，陶瓷过滤器除尘，由保温取样管进入冷凝脱水器脱水，经入口转子流量调节器抽入双路大功率抽气泵，最后由出口转子流量调节仪输出净化样气至分析仪器。

一次取样管路及探头装置两套，互为备用切换，在自动状态下，每炉切换一路。

氮气反吹另一管路及探头。

二次处理也设计为两路，当一路报警故障状态下，自动切换到另一路，所有控制系数的警示状态均直观反映于操作画板上。

控制系统由西门子PLC控制。

见图1所示。

1.3 分析系统
分析系统采用英国产VG Prima。

系统处理样气经输入接口过滤装置，通过毛细管
分路器和玻璃罩引入真空状态下的离子源，离子是通过在离子源的发热灯丝电磁作用下产生。

不同的离子在磁场下有不同的偏转半径，磁场控制器加速电压周期变化控制相应的离子的偏转角度，各种不同的离子通过磁场控制器，进入接收器进行运算，输出各种成分所对应的4 mA-20 mA信号。

见图2。

M/e=B2r2/2V
M:质量。

e:电子荷。

r:扇形半径。

B:磁通 V:增速电势。

图1 样气预处理原理图
图2 工作原理图
2 原预处理装置成在的问题
烟气分析在转炉的运用在开始的一年内运行顺利，但在以后的时间里出现了一系列的问题，造成整个系统经常因故障跳机，我们经过仔细观察，发现主要问题主要出在预处理系统方面，主要问题有以下几个方面。

(1)烟气所含各种杂质仍较多，现在使用的陶瓷过滤装置不能彻底过滤干净，造成毛细管堵塞，离子源和接收器附着物多使样气流量低于报警值。

(2)进入分析仪后烟气含水仍然较多，影响分析仪精度，使分析数值失真。

(3)在进入分析仪前的烟气温度没有降到允许范围，大约还有45°，造成分析仪损坏。

3 改进措施
(1)我们通过无数次观察发现原来的陶瓷过滤器对颗粒比较大的灰尘过滤效果不理想，我们改陶瓷过滤器为2 μm过滤膜，并根据以往的经验再增加一级PE管式过滤器，规格为PE-8，能过滤直径5 μm以上的颗粒。

(2)再加一个半导体致冷器，使样气能能从45°冷却到15°。

(3)增加一个自动排水除水除水器装置。

经过改进后，lomas系统运行的稳定率明显提高，因样气问题出现的故障明显降
低，进入分析仪样气是否稳定、流量是否正常，各报警状态消除与否，质谱仪系统上位机各检测数据是否正常，数据是否在允许范围之内，在控制计算机画面上都有显示。

如图4所示。

如有偏差，可以及时标定修正各参数。

4 改进后依然存在的问题
改进后样气的稳定性比以前有极大的改善，由样气原因引起的跳机故障几率很低。

但在长时间的运行中还是会出现一些问题。

图3 样气预处理改造流程图2 第一级汽水分离器。

5 第二级汽水分离器。

图4 控制计算机各参数显示报警画面
(1)工艺水分大，主要表现在转炉烟罩漏水，致使采样管大量积水，预处理无法排除，从而影响分析仪工作。

(2)由于国产化的要求，国产抽气泵膜片容易坏，造成抽力不足。

(3)反吹及动力气源压力低，取样口容易堵。

(4)分析室空室温高，使机箱温度高，联锁停止运行。

5 处理预案
针对出现的这些问题，我们也采取了一些方法。

(1)加强巡检，发现漏水与生产厂及时联系处理转炉固定烟罩漏水问题。

(2)在发现样气流量降低时，及时检查抽气泵，如膜片损坏，更换抽气泵膜片。

(3)注意观察监控画面，在压缩空气和氮气压力低时，要求生产厂调整、提高压缩空气和氮气压力，保证流量。

(4)机箱温度由分析室温度决定，及时联系生产厂处理空调，保证室内恒温(35℃以下)。

烟气分析系统是一个很娇贵的设备，对外部的要求非常苛刻，只要我们能做到定时检查，精心维护，是可以使设备把故障率降到最低，从而保证炼钢生产的连续性。

6 结语
马钢120t转炉通过引进烟气分析动态控制炼钢技术,并结合生产的实际情况进行了进一步改进,提高设备的使用率，使炼钢过程的投料，吹炼,实现全过程自动控制,钢水品质也进一步提高。

此项技术具有可靠性强,投资少(三座转炉2000万元),运行成本低(0.6元/吨钢),设备维护相对方便,基础改造简单，只需要在烟罩上的烟道上安装取样探头,不需要停产,适合用于各个大小转炉,对国内转炉实现自动化炼钢具有重要意义。

参考文献
[1] 刘文，杨宪礼，白彦，转炉采用炉气分析法进行动态控制[J].钢铁，2003(5)：49-50
[2] 郑沛然，炼钢学[M].北京：冶金工业出版社，1994。