西門子LDS激光分析儀在鋼廠RH精煉爐的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2013-07-13 www.xstr.xyz
項(xiàng)目背景
RH精煉全稱為RH真空循環(huán)脫氣精煉法，是一種用于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼的鋼水二次精煉工藝裝備。經(jīng)RH處理的鋼水品質(zhì)優(yōu)異，純凈度高，有利于連鑄生產(chǎn)的多爐連澆。
項(xiàng)目合作方尤為注重RH精煉技術(shù)研究，是國內(nèi)領(lǐng)先的RH精煉工程設(shè)計(jì)、承包機(jī)構(gòu)。在其承建的此次RH爐項(xiàng)目中采用了西門子LDS6激光氣體分析儀，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測RH爐氣體中CO和O2的含量，參與工藝控制，以提高爐外精煉的效率。
此前，BSEE精煉部一直采用紅外分析法對(duì)精煉爐廢氣進(jìn)行分析。紅外分析儀是傳統(tǒng)的過程分析儀器容易造成測量精度的不準(zhǔn)確和延遲。
應(yīng)用原理
LDS6 激光氣體分析儀采用原位測量（in-situ）方式，無需采樣與樣氣處理系統(tǒng)，直接在安裝點(diǎn)完成分析。整個(gè)系統(tǒng)由中央處理單元、發(fā)射探頭、接收探頭與復(fù)合光纜組成。
激光光源位于中央處理單元中，所發(fā)激光由光纜傳至發(fā)射探頭，激光穿過被測氣體后被接收探頭檢測。檢測信號(hào)傳回中央處理單元進(jìn)行處理、分析與顯示。中央處理單元還承擔(dān)人機(jī)工作界面和輸入輸出的功能。LDS6的發(fā)射探頭與接收探頭直接安裝于現(xiàn)場分析管線的兩側(cè)。本次RH爐氣體監(jiān)測項(xiàng)目中共采用四套LDS6設(shè)備，分別監(jiān)測1#和2#RH爐氣中的CO和O2，用于RH爐工藝的優(yōu)化與控制。安裝點(diǎn)為RH爐的排氣管道（圖1）。
圖1 RH爐排氣管道
為了排除環(huán)境空氣中氧含量的干擾，以及最大限度的降低系統(tǒng)維護(hù)量，激光分析儀的探頭安裝需要使用潔凈的氮?dú)膺M(jìn)行吹掃（見圖2）。
圖2 LDS探頭安裝與吹掃
西門子的優(yōu)勢
鐵礦石煉鋼需經(jīng)過煉鐵與煉鋼兩個(gè)步驟，在第一步在鐵礦石由高爐熔成鐵水過程中，需要清除鐵水里含有氧、硫、磷等雜質(zhì)。RH爐精煉是短時(shí)間周期性的過程，LDS激光分析儀可在鐵水脫氫、脫碳、脫氧過程中，精準(zhǔn)提供分析結(jié)果，便于鋼廠控制和優(yōu)化整個(gè)工藝。
在該項(xiàng)目RH爐氣體監(jiān)測、反饋優(yōu)化工藝的應(yīng)用中，分析儀的安裝選點(diǎn)位于1#和2#RH爐的排氣管道上，分析RH爐氣體的CO和O2含量。CO的含量用于反映RH爐的脫碳信息，O2作為脫氧信息的反饋。
LDS6原位式激光氣體分析儀直接在待側(cè)管線分析，無需采樣、樣氣輸送、預(yù)處理系統(tǒng)等，響應(yīng)速度可達(dá)1秒。LDS6基于TDLAS（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，可調(diào)諧二極管激光吸收譜）技術(shù)，以譜吸收原理為基本，實(shí)現(xiàn)快速的高精檢測。激光區(qū)別于普通光源的最重要特性之一是它良好的單色性能。從根本上排除了傳統(tǒng)氣體吸收譜技術(shù)測量某一氣體成分時(shí)受到氣體中其它成分吸收譜干擾的可能，更能反映待側(cè)成分的實(shí)際含量及微小變化。
同樣，快速的響應(yīng)與更能反映待側(cè)成分真實(shí)濃度的線測量方式對(duì)RH爐氣體的監(jiān)測也具有重要意義。
LDS6分析儀內(nèi)置了標(biāo)定單元，將分析儀器常需的人工外部標(biāo)定工作內(nèi)置在分析儀內(nèi)部，由分析儀自動(dòng)在每個(gè)測量周期都執(zhí)行一次標(biāo)定和校準(zhǔn)工作。此功能設(shè)計(jì)從根本上減輕了分析以及系統(tǒng)的維護(hù)工作量，也確保分析儀的測量精度。LDS6每個(gè)測量周期都在自我校準(zhǔn)，每秒鐘進(jìn)行數(shù)十次。可以確保每個(gè)測量數(shù)據(jù)都是“真實(shí)的”，無需擔(dān)心儀表漂移等帶來的影響。準(zhǔn)確無漂的分析值對(duì)于RH爐氣體實(shí)時(shí)監(jiān)測CO以及O2含量等涉及工藝優(yōu)化控制、安全監(jiān)控等應(yīng)用意義重大。
在RH爐精煉的過程中，氣體內(nèi)部會(huì)含有一些粉塵或是液滴，對(duì)于光譜分析儀器而言，必須確保發(fā)射的光能夠被有效地吸收。西門子LDS6激光分析儀采用了自動(dòng)增益控制（AGC）技術(shù)，可對(duì)粉塵進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，亦可適用于氣體組分劇烈變化的應(yīng)用。無論是粉塵含量變化還是氣體組分變化，AGC技術(shù)都可以自動(dòng)根據(jù)接收的信號(hào)強(qiáng)度控制增益，使得中央處理單元接收到的信號(hào)經(jīng)光纜傳輸后不至失真，為進(jìn)一步信號(hào)處理提供足夠強(qiáng)度的信號(hào)。在RH爐氣體實(shí)時(shí)監(jiān)測過程中，CO、O2的含量隨著脫碳、脫氧進(jìn)程而不斷快速、劇烈變化，AGC技術(shù)可以確保LDS6激光氣體分析儀可以完全適應(yīng)整個(gè)RH爐脫碳、脫氧過程的分析要求。
用戶反饋
該項(xiàng)目四套LDS6系統(tǒng)調(diào)試投運(yùn)至今總體運(yùn)行情況良好。在運(yùn)行初期曾出現(xiàn)吹掃效果不佳的現(xiàn)象，經(jīng)過對(duì)探頭吹掃管改進(jìn)，問題已得到妥善解決。LDS6的測量分析結(jié)果準(zhǔn)確，響應(yīng)快速。
相比于傳統(tǒng)的抽取式分析儀，原位測量的激光氣體分析儀LDS6響應(yīng)快速，測量準(zhǔn)確。十分適合RH爐氣體監(jiān)測等對(duì)分析儀響應(yīng)時(shí)間有高要求的應(yīng)用。
傳統(tǒng)的抽取式紅外分析儀受到采樣、傳輸以及預(yù)處理的時(shí)間限制，整個(gè)系統(tǒng)的分析周期遠(yuǎn)比原位式激光分析儀長。在RH爐氣體監(jiān)測的應(yīng)用中，要求系統(tǒng)的分析周期短，這就決定了抽取式分析儀必須就近安裝，也意味著在現(xiàn)場必須考慮土建、公用工程等著多方面的因素，從工程角度上增加了施工量與成本。而LDS6激光分析儀探頭在現(xiàn)場直接安裝，只需考慮探頭采用氮?dú)獯祾咭员Ｗo(hù)透光鏡片、減少維護(hù)量，其余方面并無更多要求，簡化現(xiàn)場的施工及成本要求。
引用LDS6的分析結(jié)果參與工藝優(yōu)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，使用戶得到切實(shí)的利益。