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摘要：随着废钢价格的降低，如何最大限度的利用废钢资源，提高转炉冶炼的废钢比，降低铁水消耗成为各大钢铁企业的重点攻关项目。本文对连續气体分析系统在精炼炉中的应用进行分析，以供参考。
关键词：连续气体分析;精炼炉;应用
引言
飞行时间质谱仪原理：采集的气体引入飞行时间质谱仪中，在离子源处经电子轰击离子化后，具有相同初始动能的不同质荷比（m/z）离子在无场区飞行，经反射器反射后按先后顺序到达检测器，根据不同质荷比的离子到达检测器的时间不同，将各个离子分开并且通过检测同一质荷比的离子流大小，确定炉气中各个气体的含量。
1LF炉速熔埋弧精炼渣
炼炉炉渣全程泡沫化研发生产速恪埋弧精炼渣。具有快速成渣性、脱氧还原性、吸附夹杂性、发泡膨胀性、绝热保温性、吸音降噪性、抑制吸气性、无氟护包性等综合性能。与石灰造渣料搭配使用，实现了脱氧剂用量减少50-100%、泡沫渣厚度提高100～200%、冶炼时间缩短10-20%、节电10～30%、电极消耗降低10～20%、吸音降噪40～60%、增氢减少40￣70%、增氮减少50～80%、包龄提高50￣70%、大幅减少包衬侵蚀带入的外来夹杂物等综合冶金效果。是蛮石、传统烧结、预熔精炼渣的替代产品。杜绝了炼钢使用含氟物质对人体、包衬和大气层的破坏，弥补了铝酸钙型精炼渣无埋弧护包性能的不足。冶炼综合成本节约50￣100元/吨钢。
2原理
红外分析仪原理：是利用CO/CO2能够吸收定波长的红外光能的原理制成的，红外线光源通过反射镜的作用变成一束平行辐射线，切光片将光源调制成断续的红外辐射线后照射到滤波室，消除掉CO和CO2相互之间的干扰，参比室内的气体不吸收红外线，测量室的CO/CO2有较强的吸收能力，红外探测器接收到的红外线能量就有差值，经过信号处理就能得到CO和CO2的含量。磁氧分析仪原理：O2是一种顺磁性很强的气体，而其他大部分气体都呈弱反磁性，当被测样气进入分析仪时，O2受到测量室磁场的吸引流过热电阻丝，带走热电阻的热量，造成测量热电阻阻值降低，而参比室不加装磁场，无O2流过，其内部电阻阻值无变化，这样测量电桥就有不平衡电压输出，从而测得O2含量。
3LF精炼炉废钢熔化工艺
3.1废钢熔化过程
参考合金的熔化过程，将常温的合金颗粒加入高温熔池中，由于颗粒温度低于熔池中金属熔体的凝固点，故首先在颗粒周围形成一层凝固壳，当颗粒或凝固壳表面温度升高到大于金属熔体凝固点时，熔化开始。随着钢液搅拌及四周温度不断升高，废钢颗粒不断熔化直至消失。但为保证其温度及成分均匀分布在钢液各处，仍需一定的搅拌时间。
3.2废钢熔化时间
废钢颗粒与钢液密度之比约为1，且废钢由下料点至钢水液面的瞬间速度大概在5m/s，除去很短的入钢水段外，平均滑移速度小于0.1m/s。参考相关文献，根据颗粒运动轨迹和浸入钢液时间的计算结果可知[1]，粒径在30～80mm的废钢颗粒在钢液中熔化时间一般不到20s。
4倒入精炼前钢水返回其流程
（1）浇注好钢水之后，把钢包中的浇余钢水、热态钢渣均倒进下一炉钢水中（精炼前）;（2）输送到LF精炼工位，实施钢水精炼处理;（3）浇注钢水，可以把剩余的钢水及热态钢渣倒进下一炉钢水中，为下一循环提供便利。该工艺有助于缩短LF精炼炉热态钢渣以及浇余钢水相应周转时间，而且还有着更高的预热利用值，操作简便。
5LF精炼加废钢操作指导
1）废钢加入熔化、混匀需要一定时间。根据计算，目前废钢加入熔化时间基本在5～10s。在正常冶炼温度下，底吹氩气流量在150～200L/min时，成分、温度混匀时间基本在50～60s，合计废钢熔化、混匀时间大致在60～70s。2）废钢加入要考虑钢包底吹、渣况等其他因素影响。精炼废钢加入要充分考虑渣料熔化情况、渣况、钢包底吹透气性、下料口与吹氩部位对应等实际情况，若以上客观条件差，极易造成废钢结坨，延长正常熔化时间，甚至影响正常温度控制及供钢节奏。3）废钢加入要考虑钢水温度的影响。若钢水温度较低，会延长加入后废钢的熔化、混匀时间，因此若有进站温度低的情况，应先升温后加废钢。确保钢液温度达到1570℃以上后再加入废钢。
6系统组成
6.1控制单元
采用西门子PLC，用于采样和反吹的控制，报警信息的收集，与中控系统的通信，采样状态和标定状态的切换。分析仪与中控系统的通信内容为：3组份分析浓度送中控PLC，分析仪故障送中控PLC，分析仪启动与停止指令由中控PLC送分析仪。
6.2分析单元
分析仪采用富士ZRE红外分析仪，此分析仪内置磁氧模块，红外分析仪分析CO、CO2的浓度，磁氧模块分析O2的浓度。
7应用效果
通过对RH精炼炉分析仪系统改造，提升取样气体冷却、排水能力，提高取样气体的干燥度，增加水分检测装置和流量低报警保护气体分析仪本体，改善分析仪运行状况，缩短分析数据的滞后时间，将分析仪的相应时间缩短为30秒，用更加先进的红外和磁氧分析仪为RH精炼炉控制数学模型的建立和优化进程提供及时可靠的数据，能有效缩短真空处理时间，节约蒸汽/氩气等能源介质，提高RH精炼炉钢水真空处理年产能。
结束语
综上，在冶金生产行业中，LF精炼炉钢渣的循环利用工艺是最有效、最经济的手段。在LF精炼生产中应用LF精炼炉热态钢渣循环利用技术，不仅投入小，而且还能对钢渣热能、浇余钢水进行回收，有助于减少LF精炼渣料消耗量，并且还能达到节省电耗的目的，因而在实际应用中有着不错的社会与经济效益。
参考文献
[1]查吉利.镁熔体无熔剂连续精炼理论及关键技术研究[D].重庆大学，2018.
[2]尹作栋，吴金松.CEMS-2000S烟气排放连续监测系统在烟气脱硫中的应用[C].2017：21-25.
[3]王迎新，基于太赫兹气体激光器的连续波成像系统性能分析（英文）[J].红外与毫米波学报，2017，30（03）：193-197+236.
南京钢铁股份有限公司，210035
关键词：连续气体分析;精炼炉;应用
引言
飞行时间质谱仪原理：采集的气体引入飞行时间质谱仪中，在离子源处经电子轰击离子化后，具有相同初始动能的不同质荷比（m/z）离子在无场区飞行，经反射器反射后按先后顺序到达检测器，根据不同质荷比的离子到达检测器的时间不同，将各个离子分开并且通过检测同一质荷比的离子流大小，确定炉气中各个气体的含量。
1LF炉速熔埋弧精炼渣
炼炉炉渣全程泡沫化研发生产速恪埋弧精炼渣。具有快速成渣性、脱氧还原性、吸附夹杂性、发泡膨胀性、绝热保温性、吸音降噪性、抑制吸气性、无氟护包性等综合性能。与石灰造渣料搭配使用，实现了脱氧剂用量减少50-100%、泡沫渣厚度提高100～200%、冶炼时间缩短10-20%、节电10～30%、电极消耗降低10～20%、吸音降噪40～60%、增氢减少40￣70%、增氮减少50～80%、包龄提高50￣70%、大幅减少包衬侵蚀带入的外来夹杂物等综合冶金效果。是蛮石、传统烧结、预熔精炼渣的替代产品。杜绝了炼钢使用含氟物质对人体、包衬和大气层的破坏，弥补了铝酸钙型精炼渣无埋弧护包性能的不足。冶炼综合成本节约50￣100元/吨钢。
2原理
红外分析仪原理：是利用CO/CO2能够吸收定波长的红外光能的原理制成的，红外线光源通过反射镜的作用变成一束平行辐射线，切光片将光源调制成断续的红外辐射线后照射到滤波室，消除掉CO和CO2相互之间的干扰，参比室内的气体不吸收红外线，测量室的CO/CO2有较强的吸收能力，红外探测器接收到的红外线能量就有差值，经过信号处理就能得到CO和CO2的含量。磁氧分析仪原理：O2是一种顺磁性很强的气体，而其他大部分气体都呈弱反磁性，当被测样气进入分析仪时，O2受到测量室磁场的吸引流过热电阻丝，带走热电阻的热量，造成测量热电阻阻值降低，而参比室不加装磁场，无O2流过，其内部电阻阻值无变化，这样测量电桥就有不平衡电压输出，从而测得O2含量。
3LF精炼炉废钢熔化工艺
3.1废钢熔化过程
参考合金的熔化过程，将常温的合金颗粒加入高温熔池中，由于颗粒温度低于熔池中金属熔体的凝固点，故首先在颗粒周围形成一层凝固壳，当颗粒或凝固壳表面温度升高到大于金属熔体凝固点时，熔化开始。随着钢液搅拌及四周温度不断升高，废钢颗粒不断熔化直至消失。但为保证其温度及成分均匀分布在钢液各处，仍需一定的搅拌时间。
3.2废钢熔化时间
废钢颗粒与钢液密度之比约为1，且废钢由下料点至钢水液面的瞬间速度大概在5m/s，除去很短的入钢水段外，平均滑移速度小于0.1m/s。参考相关文献，根据颗粒运动轨迹和浸入钢液时间的计算结果可知[1]，粒径在30～80mm的废钢颗粒在钢液中熔化时间一般不到20s。
4倒入精炼前钢水返回其流程
（1）浇注好钢水之后，把钢包中的浇余钢水、热态钢渣均倒进下一炉钢水中（精炼前）;（2）输送到LF精炼工位，实施钢水精炼处理;（3）浇注钢水，可以把剩余的钢水及热态钢渣倒进下一炉钢水中，为下一循环提供便利。该工艺有助于缩短LF精炼炉热态钢渣以及浇余钢水相应周转时间，而且还有着更高的预热利用值，操作简便。
5LF精炼加废钢操作指导
1）废钢加入熔化、混匀需要一定时间。根据计算，目前废钢加入熔化时间基本在5～10s。在正常冶炼温度下，底吹氩气流量在150～200L/min时，成分、温度混匀时间基本在50～60s，合计废钢熔化、混匀时间大致在60～70s。2）废钢加入要考虑钢包底吹、渣况等其他因素影响。精炼废钢加入要充分考虑渣料熔化情况、渣况、钢包底吹透气性、下料口与吹氩部位对应等实际情况，若以上客观条件差，极易造成废钢结坨，延长正常熔化时间，甚至影响正常温度控制及供钢节奏。3）废钢加入要考虑钢水温度的影响。若钢水温度较低，会延长加入后废钢的熔化、混匀时间，因此若有进站温度低的情况，应先升温后加废钢。确保钢液温度达到1570℃以上后再加入废钢。
6系统组成
6.1控制单元
采用西门子PLC，用于采样和反吹的控制，报警信息的收集，与中控系统的通信，采样状态和标定状态的切换。分析仪与中控系统的通信内容为：3组份分析浓度送中控PLC，分析仪故障送中控PLC，分析仪启动与停止指令由中控PLC送分析仪。
6.2分析单元
分析仪采用富士ZRE红外分析仪，此分析仪内置磁氧模块，红外分析仪分析CO、CO2的浓度，磁氧模块分析O2的浓度。
7应用效果
通过对RH精炼炉分析仪系统改造，提升取样气体冷却、排水能力，提高取样气体的干燥度，增加水分检测装置和流量低报警保护气体分析仪本体，改善分析仪运行状况，缩短分析数据的滞后时间，将分析仪的相应时间缩短为30秒，用更加先进的红外和磁氧分析仪为RH精炼炉控制数学模型的建立和优化进程提供及时可靠的数据，能有效缩短真空处理时间，节约蒸汽/氩气等能源介质，提高RH精炼炉钢水真空处理年产能。
结束语
综上，在冶金生产行业中，LF精炼炉钢渣的循环利用工艺是最有效、最经济的手段。在LF精炼生产中应用LF精炼炉热态钢渣循环利用技术，不仅投入小，而且还能对钢渣热能、浇余钢水进行回收，有助于减少LF精炼渣料消耗量，并且还能达到节省电耗的目的，因而在实际应用中有着不错的社会与经济效益。
参考文献
[1]查吉利.镁熔体无熔剂连续精炼理论及关键技术研究[D].重庆大学，2018.
[2]尹作栋，吴金松.CEMS-2000S烟气排放连续监测系统在烟气脱硫中的应用[C].2017：21-25.
[3]王迎新，基于太赫兹气体激光器的连续波成像系统性能分析（英文）[J].红外与毫米波学报，2017，30（03）：193-197+236.
南京钢铁股份有限公司，210035