西门子LDS激光分析仪在钢厂RH精炼炉的应用

发布时间：2013-07-13 www.cechina.cn

        项目背景
        RH精炼全称为RH真空循环脱气精炼法，是一种用于生产优质钢的钢水二次精炼工艺装备。经RH处理的钢水品质优异，纯净度高，有利于连铸生产的多炉连浇。
        项目合作方尤为注重RH精炼技术研究，是国内领先的RH精炼工程设计、承包机构。在其承建的此次RH炉项目中采用了西门子LDS6激光气体分析仪，用于实时监测RH炉气体中CO和O2的含量，参与工艺控制，以提高炉外精炼的效率。
        此前，BSEE精炼部一直采用红外分析法对精炼炉废气进行分析。红外分析仪是传统的过程分析仪器容易造成测量精度的不准确和延迟。
        应用原理
        LDS6 激光气体分析仪采用原位测量（in-situ）方式，无需采样与样气处理系统，直接在安装点完成分析。整个系统由中央处理单元、发射探头、接收探头与复合光缆组成。
        激光光源位于中央处理单元中，所发激光由光缆传至发射探头，激光穿过被测气体后被接收探头检测。检测信号传回中央处理单元进行处理、分析与显示。中央处理单元还承担人机工作界面和输入输出的功能。LDS6的发射探头与接收探头直接安装于现场分析管线的两侧。本次RH炉气体监测项目中共采用四套LDS6设备，分别监测1#和2#RH炉气中的CO和O2，用于RH炉工艺的优化与控制。安装点为RH炉的排气管道（图1）。

图1 RH炉排气管道

        为了排除环境空气中氧含量的干扰，以及最大限度的降低系统维护量，激光分析仪的探头安装需要使用洁净的氮气进行吹扫（见图2）。

图2 LDS探头安装与吹扫

        西门子的优势
        铁矿石炼钢需经过炼铁与炼钢两个步骤，在第一步在铁矿石由高炉熔成铁水过程中，需要清除铁水里含有氧、硫、磷等杂质。RH炉精炼是短时间周期性的过程，LDS激光分析仪可在铁水脱氢、脱碳、脱氧过程中，精准提供分析结果，便于钢厂控制和优化整个工艺。
        在该项目RH炉气体监测、反馈优化工艺的应用中，分析仪的安装选点位于1#和2#RH炉的排气管道上，分析RH炉气体的CO和O2含量。CO的含量用于反映RH炉的脱碳信息，O2作为脱氧信息的反馈。
        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。LDS6基于TDLAS（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，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。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RH炉气体的监测也具有重要意义。
        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分析以及系统的维护工作量，也确保分析仪的测量精度。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”，无需担心仪表漂移等带来的影响。准确无漂的分析值对于RH炉气体实时监测CO以及O2含量等涉及工艺优化控制、安全监控等应用意义重大。
        在RH炉精炼的过程中，气体内部会含有一些粉尘或是液滴，对于光谱分析仪器而言，必须确保发射的光能够被有效地吸收。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，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RH炉气体实时监测过程中，CO、O2的含量随着脱碳、脱氧进程而不断快速、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RH炉脱碳、脱氧过程的分析要求。
        用户反馈
        该项目四套LDS6系统调试投运至今总体运行情况良好。在运行初期曾出现吹扫效果不佳的现象，经过对探头吹扫管改进，问题已得到妥善解决。LDS6的测量分析结果准确，响应快速。
        相比于传统的抽取式分析仪，原位测量的激光气体分析仪LDS6响应快速，测量准确。十分适合RH炉气体监测等对分析仪响应时间有高要求的应用。
        传统的抽取式红外分析仪受到采样、传输以及预处理的时间限制，整个系统的分析周期远比原位式激光分析仪长。在RH炉气体监测的应用中，要求系统的分析周期短，这就决定了抽取式分析仪必须就近安装，也意味着在现场必须考虑土建、公用工程等着多方面的因素，从工程角度上增加了施工量与成本。而LDS6激光分析仪探头在现场直接安装，只需考虑探头采用氮气吹扫以保护透光镜片、减少维护量，其余方面并无更多要求，简化现场的施工及成本要求。
        引用LDS6的分析结果参与工艺优化和控制，可起到提高效率，降低成本，增加安全性等一系列作用，使用户得到切实的利益。