西门子在线分析仪器在钢铁行业中的应用

3.2.3. 系统完成的功能

由铁矿石炼钢需经过高炉炼铁与转炉炼钢两步，铁矿石由高炉熔成铁水，因为铁水里含有氧、硫、磷等杂质，需要进一步去除。炼钢的过程就是脱碳（脱气）、去硫去磷，以及后期脱氧和升温的过程。最常用的炼钢设备就是氧气顶吹转炉。氧气由水冷喷头吹入，铁水中的碳在反应区直接氧化成CO 气泡，在碳低时是由于部分碳反应生成CO2。转炉气体中含有大量的CO，少量CO2 及微量的其他成分高温气体。气体分析仪在转炉气体的分析中主要监测CO 和CO2，它们的含量以及变化趋势可以作为重要信息直接反馈：

（1）转炉脱碳的工艺进程与结束时间；

（2）钢水的温度等信息；

（3）造渣过程的情况。

由于整个转炉炼钢过程只有15-20 分钟，要求分析仪表除却准确的分析结果，更要具有快速的响应时间。否则对于整个工艺的控制与优化没有实际意义。

转炉气体中含有大量的可燃成分，可以回收进行再次利用，在回收过程中须注意防爆。如果煤气中的氧含量过高，易使气体超过爆炸下限，对设备及人员安全十分不利，必须在煤气回收过程中时刻监测其中的氧含量，一旦超出某一设定值，必须迅速采取措施，以防事故发生。对于煤气中的氧含量监测也必须达到准确、快速的要求，既可以在生产安全的前提下尽可能多地回收气体，又能在危情发生之际迅速报警，避免人员物力的损失。

在天铁的转炉煤气监测、回收的应用中，分析仪的安装选点位于电除尘之后，分析转炉气体的CO、CO2 和O2 含量。CO、CO2 的含量用于反映转炉的脱碳信息。CO、O2 的含量用于煤气回收的判别依据，分析结果控制一个三阀组。

为了有效、安全地回收转炉煤气，在煤气柜前安装了三阀组，可以控制煤气的回收或放散。判断的依据有三点：

（1）O2 含量低于2%。过多的氧气会使煤气柜内气体接近爆炸下限，使整个气柜乃至厂区处于非常危险的境地，必须严格控制回收气体内的氧气含量，一旦高于2%，三阀组将气体放散。

（2）CO 含量大于35%。回收转炉煤气是为了利用其中大量的可燃成分（主要是CO），分析CO 的含量，可以确保回收高质量的气体作为二次能源。

（3）气柜内仍有空间存放煤气。对于整个煤气的回收控制，O2、CO 的分析结果至关重要，必须满足准确、快速的要求，这不仅是从工艺控制优化的角度出发，更关系到安全生产。

LDS6 原位式激光气体分析仪直接在待侧管线分析，无需采样、样气输送、预处理系统等，响应速度可达1 秒。图4 为传统抽取式红外分析仪与LDS6 激光气体分析仪的分析结果比对图。从图中不难发现：

（1）LDS6 响应速度远优于抽取式分析仪，数十秒钟的差异对于整个工艺过程（15-20分钟）有着天壤之别。

（2）LDS6 的结果更能体现工艺过程中气体含量变化的细节。LDS6 激光气体分析仪是激光分析仪是典型的线测量仪表，激光束所穿过区域内的气体均参与分析。比传统抽取式分析的点采样方式更能反映待测成分的真正浓度。

LDS6 基于TDLAS（Tunable Diode Laser Absorption Spectros copy，可调谐二极管激光吸收谱）技术，以谱吸收原理为基本，实现快速的高精检测。激光区别于普通光源的最重要特性之一是它良好的单色性能。单色性能越好，光源的频谱线宽越窄。因为激光卓越的单色性能，激光吸收谱又被称为单线吸收谱，从根本上排除了传统气体吸收谱技术测量某一气体成分时受到气体中其它成分吸收谱干扰的可能，更能反映待侧成分的实际含量及微小变化。

同样，快速的响应与更能反映待侧成分真实浓度的线测量方式对转炉气体回收中氧含量的监测也具有重要意义。

                                  图4. 激光分析仪与传统分析仪响应时间的比较

LDS6 分析仪内置了标定单元，将分析仪器常需的人工外部标定工作内置在分析仪内部，由分析仪自动在每个测量周期都执行一次标定和校准工作。此功能设计从根本上减轻了LDS6 的维护工作量，也确保LDS6 每时每刻均被校准与纠正，提高分析仪的测量精度。传统的人工标定是一个周期性的工作（例如：每三个月标定一次），只有在每次标定时，使用者才可以确认仪表的偏差情况。在标定的间隙，使用者对于仪表的偏差情况根本无从考证，这对于痕量分析而言，误差可能是巨大的。LDS6 每个测量周期都在自我校准，每秒钟进行数十次。可以确保每个测量数据都是“真实的”。每个历史数据均可被放心用于性能对比研究，无需担心仪表漂移等带来的影响。LDS6 的内置参比池自标定技术已获得德国TUV、美国EPA 等权威机构的认可。准确无漂的分析值对于转炉气体实时监测CO、CO2 含量，以及O2 含量监测等涉及工艺优化控制、安全监控等应用意义重大。

西门子LDS6 激光分析仪采用了自动增益控制（AGC）技术，可对粉尘进行动态补偿，亦可适用于气体组分剧烈变化的应用。无论是粉尘含量变化还是气体组分变化，或是探头对准度发生一定偏差的情况下，AGC 技术都可以自动根据接收的信号强度控制增益，使得中央处理单元接收到的信号经光缆传输后不至失真，为进一步信号处理提供足够强度的信号。在转炉气体实时监测过程中，CO、CO2 的含量随着脱碳进程而不断快速、剧烈变化，AGC技术可以确保LDS6 激光气体分析仪可以完全适应整个转炉脱碳过程以及转炉煤气回收的分析要求。