電弧爐煉鋼爐況實時監(jiān)控技術(shù)

    2.1測溫取樣新技術(shù)

    電弧爐煉鋼過程中，鋼液的溫度測量和取樣一直是制約電弧爐電能消耗和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。針對傳統(tǒng)人工測溫取樣安全性差、成本高等問題，一系列自動化測溫取樣新技術(shù)得以開發(fā)并推廣應(yīng)用。

    2.1.1自動測溫取樣

    目前，普遍使用的取樣和測溫方式是通過人工將取樣器或熱電偶，從爐門插入鋼水中來完成的。SIEMENSVAI公司設(shè)計的SimetalLiquiRob自動測溫取樣機器人，外層涂有特殊防塵隔熱纖維，具有6個自由度的運動、自動更換取樣器和測溫探頭、檢測無效測溫探頭等功能，可以通過人機界面全自動控制。美國PTI公司開發(fā)的PTITempBoxTM自動測溫取樣系統(tǒng)，穿過爐壁進入熔池測溫取樣。該裝置的傳動機構(gòu)和冷卻系統(tǒng)，經(jīng)過特殊的設(shè)計，滿足電弧爐冶煉的惡劣環(huán)境和工藝要求，改善了爐內(nèi)傳熱效率，從而降低了冶煉過程的能量消耗。

    目前，國內(nèi)大部分電弧爐煉鋼企業(yè)仍采用傳統(tǒng)的人工取樣測溫方式，先進的自動測溫取樣裝置，近年來開始引入到國內(nèi)電弧爐實際生產(chǎn)。

    2.1.2非接觸式連續(xù)測溫

    鋼液溫度的實時準確監(jiān)測能夠?qū)υ炫菽撘好摿住?yōu)化供電等相關(guān)工藝的優(yōu)化操作起指導性作用。鑒于電弧爐煉鋼過程高溫惡劣的冶煉環(huán)境，一直以來難以實現(xiàn)對鋼液溫度的連續(xù)性監(jiān)測。SIEMENSVAI開發(fā)了一套創(chuàng)新型方案——基于組合式超音速噴槍的非接觸式連續(xù)鋼液溫度測量系統(tǒng)（SimetalRCBTemp）。區(qū)別于傳統(tǒng)的測溫方法，該系統(tǒng)能夠在短時間內(nèi)，準確地測出鋼液溫度及出鋼時間，使電弧爐煉鋼過程的通電時間和斷電時間均為最佳。該系統(tǒng)實現(xiàn)了非接觸鋼液的連續(xù)測溫，提高了電弧爐煉鋼的生產(chǎn)能力。但該系統(tǒng)溫測的可靠性和使用壽命須進一步驗證和完善。

    2.2泡沫渣監(jiān)測控制技術(shù)

    電弧爐煉鋼過程的泡沫渣操作，能夠?qū)撘和諝飧綦x，覆蓋電弧，減少輻射到爐壁、爐蓋的熱損失，高效地將電能轉(zhuǎn)換為熱能向熔池輸送，提高加熱效率，縮短冶煉周期。冶煉過程中造泡沫渣是低消耗和高生產(chǎn)率電爐煉鋼的關(guān)鍵。近年來，泡沫渣操作的相關(guān)監(jiān)測控制技術(shù)得到研究和應(yīng)用。

    SIEMENS開發(fā)了SimeltFSM泡沫渣監(jiān)控系統(tǒng)。針對泡沫渣的高度和分布對爐內(nèi)聲音傳播的影響，能夠定性地測定爐內(nèi)泡沫渣的存在狀態(tài)，調(diào)節(jié)泡沫渣操作和穩(wěn)定電弧，以改善電弧爐能量供應(yīng)，提高生產(chǎn)效率。

    美國PTI公司開發(fā)的電弧爐爐門清掃和泡沫渣控制系統(tǒng)PTISwingDoorTM減少了外界空氣的進入，提高了煉鋼過程的密封性。從而保證冶煉過程中爐膛內(nèi)渣層的厚度，減少了能源消耗，提高電弧傳熱效率，改善能量利用效率。

    目前，國內(nèi)大部分鋼廠仍采用人工方式控制泡沫渣的制作，部分鋼廠采用了電弧爐爐門系統(tǒng)進行優(yōu)化，能量利用效率明顯提高。而由于電弧爐煉鋼爐況的復雜性，基于爐內(nèi)發(fā)聲的泡沫渣監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性有待驗證。

    2.3煙氣連續(xù)分析系統(tǒng)

    現(xiàn)代電弧爐煉鋼集高效、安全和環(huán)保于一體，對于煉鋼過程煙氣檢測、控制和工藝優(yōu)化的要求越來越高。現(xiàn)代電弧爐煙氣分析系統(tǒng)，能夠準確地測量煙氣的溫度、流量以及煙氣中CO、CO2、H2、O2、H2O和CH4等成分。煙氣分析系統(tǒng)利用采集的信息和自身的控制模型，對冶煉過程分析、判斷并控制。煙氣的在線探測傳感器一般安裝在電弧爐第四孔處，須進行特殊的設(shè)計以適應(yīng)第四孔苛刻的高溫和煙塵環(huán)境，增加其可靠性和使用壽命。

    國內(nèi)江蘇淮鋼采用美國Praxair公司開發(fā)的基于爐氣分析的二次燃燒系統(tǒng)進行二次燃燒用氧控制，取得了明顯的節(jié)能效果，噸鋼電耗下降28kWh，冶煉時間縮短7.5min。

    煙氣分析系統(tǒng)在國內(nèi)外電弧爐上已有廣泛應(yīng)用，效果良好。就目前實際應(yīng)用情況而言，耐高溫和粉塵的氣體探測傳感器需繼續(xù)研究開發(fā)，以進一步降低使用成本，提高氣體分析的準確性。