科普PrimaPro在线质谱仪一钢铁行业应用（2）

使用Prima PRO对高炉炉顶煤气分析

Prima PRO可对CO，CO₂，N₂，H₂进行精确测定。若炉顶煤气中CO含量过多，导致炉内热量会流失及焦炭消耗过高。如果CO₂含量过多，则意味着热量会通过放热反应2CO>C+CO₂而产生并导致炉温升高。

N₂测量是保持质量平衡、热量平衡、燃料储备及钢铁产物过程动力学模型的重要参数。

对H₂的测量是出于安全考虑。如果测量结果太大表明有水漏入高炉，这样就很危险，严重时可能会发生爆炸。发生在进行高炉重建和重新布置衬里之前的最后吹炼前过程中气体成分测量尤其重要，因为这时会生成容易爆炸的混合气体。

高炉探针可用于采集周期温度和气体成分曲线。这些数据点用于监测高炉布料情况

Prima PRO气体成分分析的优点

　　焦炭使用量最小化、铁产量最大化、铁的生产质量更加稳定、改善高炉热值控制、运行更安全。

　　转炉初级钢生产

　　使用Prima PRO分析转炉废气

　　使用Prima PRO分析CO和CO₂确保了精确的工艺终点判定，最小化了氧气消耗，加快了工艺生产速度，避免了喷溅发生而伤害到熔炉的现象出现。当一种工艺同时使用N和或Ar来减少铭的氧化时，Prima PRO的气体组成数据通过精确控制最佳切换点有助于最大限度地减少昂贵Ar的消耗。然而，减少不重复吹氧的次数才是首要目的。快速、精确的气体分析无需对钢水进行在线取样，否则会使加热时间长达6分钟或使冶炼周期延长6%。此外，在切换至采样过程时，空气会加入炉内；这种再吹风将导致5至10 ppm的N₂加入到钢水中。

　　二次精炼钢生产

　　再循环脱气(R-H工艺)

　　脱气过程是在真空条件下除去H₂，N₂，O₂。及真空条件下与O₂反应的碳元素。此工艺减少了杂质，改善了钢铁的韧性、疲劳强度和切削加工性。脱气还能更好的控制钢铁清洁度。所有钢铁制造工艺中，氧化铝是影响钢铁清洁度的主要因素。使用与氧化铝有亲和力的炉渣可以生产非常清洁的钢铁产品。在R-H工艺中，一个真空容器被放进钢包，铁水通过一对通气管中的一个被拉入脱气真空室。将Ar注入其中另一个管道，在保持铁水沸腾的状况下，以启动循环脱气过程。

　　真空氧脱碳(VOD工艺)

　　VOD工艺将未精炼的钢转换为不锈钢或其他高品质钢、超低碳钢。钢包装料后，转炉炉顶关闭，炉顶由一个带氧枪的真空罩和一个用于脱硫、渣处理和合金元素的料斗组成。通过采用大型多级蒸汽喷射器或三级干式抽合系统将容器内压力由大气压(1000mbar)降至1mbal或更低。当氩气(Ar)从底部鼓入时，氧枪将O₂吹向熔化的铁，以排除碳的氧化物并除去杂质。将Prima PRO的采样口放进真空系统可直接监测脱碳和脱气过程以优化过程控制。Prima Pro还可以通过精确测量的氨气注入量来计算容器内的总气体流量，这一安排为动力学控制模型提供了全面的数据。在超低碳钢（碳含量小于或等于30ppm)生产过程中，Prima PRO所特有的扫描磁扇质谱仪技术为先进过程控制(APC)系统提供数据，使碳含量的平均误差低至1ppm。

　　Prima PRO气体分析的优点

　　提高了“命中率”，增加了钢产量、确保了钢铁质量的连续性、提供了更加精确的动力学性能模型，因为：一最佳的测量速度与精确度、示踪氦气(He)通过气体总流量计算碳氧比(c/o)、提供快速的投资回报。

直接还原铁

在竖炉中直接还原过程通过还原气体将铁矿石转化为金属铁。还原气体，包括焦炉煤气(COG)，可由外部气体蒸汽变换器或化石燃料气化而产生。在DRI过程中，通过H，和CO的参与化学反应，将O,从铁矿石中除去，从而生产出DRI球团矿。在电炉炼钢过程中，使用DRI球团或团矿来稀释废铁中的污染物。当DRI热送至炉子时，能耗可减少20%。

Prima PRO气体分析的优点

优化还原性气体的生产、优化直接还原工艺、优化燃气混合过程、减少能耗、快速收回成本、极低运维成本。

焦炉煤气

在焦化厂，煤经干馏转换为焦炭。为了开始这一过程煤在2000C(3600F)或更高的无气炉或烘箱中干遛以提取挥发性成分，包括水、粗煤气和煤焦油。通过循环利用或燃烧煤所排放的气体，巨大焦炉运行中会产生大量热值(CV值)较高的气体。对这种高热值气体的分析主要有两方面:一是准确分析其能量特征。对能量特征的分析可使气体不管是作为焦炉燃料还是其他炉燃料均可被高效使用。这些气体特征值诸如热值(CV)密度、比重(SG)、沃泊指数(WI) 和理论空气要求指数(SAR)可由Prima PRO进行测量或计算。这些变量便于对燃烧过程的进行严格控制，确保以最大限度使用能源并延长燃烧器寿命。气体分析的第二个方面是气体处理。在气体净化过程中，为防止与气体处理有关的问题出现，并限制有害排放，需要在多个测点对气体进行快速而完整的检测使得净化过程实现闭环控制。这些测点分布在多个位置，包括在二次冷却器，氨吸收器，最终冷却器和苯洗涤器。一个具备多流路分析能力的Prima PRO可对燃料燃烧和气体净化过程进行优化，以较低投入成本而获得高的投资收益.

Prima PRO气体分析的优点

优化气体净化、保证安全运行、保护环境。

燃料气分析

一般而言，炉子工作在恒温状态(理论上以恒定速率向燃气炉加入组份固定的气体并按充分燃烧条件以正确速率连续通气可保证温度恒定》。但实际上，钢铁厂提供的气体成分是变化的。通入空气的速率也必须是变化着的，以过少或过多使用空气确保最大限度减少能量浪费。此外，过量的空气会导致金属表面氧化带来缺陷在一个典型的综合性钢铁厂中，表4所列气体要么单独使用，要么以混合物作为燃料气体。该表说明了典型的CV值和对应的最佳燃烧所需的SAR指数。

Prima PRO气体分析的优点

减少天然气的消耗、延长燃烧器寿命、减少因O₂过量导致金属表面氧化的形成、确保满足环境法规排放。