79-paper-a1電爐爐氣的連續(xù)分析和能量平衡

1、1電爐爐氣的連續(xù)分析和能量平衡電爐爐氣的連續(xù)分析和能量平衡ContinuousoffgasanalysisenergybalancefelectricsteelmakingAuths:Dr.IngJianxiongDeng(鄧健雄)Dr.IngRobertKuehnGegsmarienhuetteGmbHGermanyAbstract:Theinhomogeneousvaryingscrapmixtureactsasadisturban

2、cevariableftheelectricarcsteelmakingprocess.Thusauniversalconstantstrategyftheadditionofoxygenfossilenergiescannotbetheoptimumfeacheveryheat.Acontinuousoffgasanalysiswithhighavailabilitypermitsthecalculationofkeyfiguresf

3、romadifferentialenergybalanceoftheprocess.Ftheoperattheprocesstransparencyincreasesreactingtodifferentoperatingconditionsbecomespossible.Keywds:ContinuousoffgasanalysisEnergybalance德國(guó)喬治瑪林鋼廠(Gegsmarienhuette)利用爐氣分析技術(shù)來監(jiān)控和優(yōu)

4、化氧氣底吹轉(zhuǎn)爐，真空爐脫氫脫碳過程和直流電弧爐冶煉已連續(xù)進(jìn)行了20年的實(shí)際應(yīng)用。對(duì)現(xiàn)在的電爐冶煉優(yōu)化系統(tǒng)(取名為GONGON系統(tǒng))也進(jìn)行了9年的研制工作，在對(duì)電爐爐氣測(cè)量的研究工作中目前最主要地完成了三件關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)：1)電爐爐氣的連續(xù)取樣和爐氣分析，2)能驗(yàn)證和能確保所取到的爐氣樣是爐內(nèi)均勻混合的爐氣，3)能測(cè)定電爐爐氣流量及進(jìn)入電爐的二次空氣量。另外，還使用了紅外測(cè)溫技術(shù)測(cè)定電爐爐氣溫度。在這些先決條件下，再加上在電爐設(shè)備上的其他

5、連續(xù)測(cè)量數(shù)據(jù)，如電氣參數(shù)，音頻信號(hào)，水冷系統(tǒng)，氧氣和天然氣的輸入，噴吹爐塵和碳粉及電爐和除塵設(shè)備的各個(gè)不同操作步驟，則使GON系統(tǒng)現(xiàn)在能對(duì)電爐冶煉過程進(jìn)行全面的各種物料和能量平衡計(jì)算，這是目前世界上第一個(gè)能在冶煉中對(duì)電爐熱力學(xué)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)定量計(jì)算的冶煉優(yōu)化系統(tǒng)。通過多年的實(shí)踐和開發(fā)，現(xiàn)已在GON系統(tǒng)中逐步地建立了200多個(gè)可以直接觀察，理解和跟蹤電爐各種特殊冶煉現(xiàn)象和各種計(jì)算結(jié)果的單獨(dú)畫面，進(jìn)而可以對(duì)電爐冶煉進(jìn)行多種可能的實(shí)時(shí)優(yōu)化操作指

6、導(dǎo)，提高電爐綜合節(jié)能工藝技術(shù)，提高冶煉強(qiáng)度，縮短冶煉周期，提高生產(chǎn)效率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。例如，為提高電爐中化學(xué)能的利用，爐前冶煉操作員可以根據(jù)GON系統(tǒng)在有關(guān)的優(yōu)化操作畫面上給出的信號(hào)，相應(yīng)地改變各輸氧和噴吹碳粉的操作，在同樣的供電條件下，如果使總的二次燃燒率提高10%，每爐(125噸)即能平均節(jié)約電能3000千瓦時(shí)，縮短冶煉時(shí)間2分鐘，并且還不同程度地減少了總輸氧量和輔助燃料的使用，不增大廢鋼燒損。如果，在冶煉中大量的化學(xué)能沒能利

7、用，即離開了冶煉爐，這樣不但加大了爐氣量和爐氣及水冷熱損失，還直接增大了電能消耗，增加了除塵設(shè)備運(yùn)行成本，還不必要地加重了環(huán)境保護(hù)負(fù)擔(dān)。所以，使用GON系統(tǒng)可以對(duì)所有的電爐冶煉參數(shù)和操作環(huán)節(jié)進(jìn)行仔細(xì)地觀察和優(yōu)化。每一項(xiàng)具體的冶煉操作對(duì)提高電爐的生產(chǎn)效率，節(jié)能降耗都有重要的影響。3圖22GONGON系統(tǒng)中設(shè)備運(yùn)行參數(shù)測(cè)量的第一個(gè)組的第一個(gè)畫面系統(tǒng)中設(shè)備運(yùn)行參數(shù)測(cè)量的第一個(gè)組的第一個(gè)畫面由于電弧爐煉鋼是個(gè)高溫，多相，快速的冶金過程，至今，各

8、鋼鐵廠和研究所都還不能對(duì)電弧爐冶煉過程通過用爐氣分析來進(jìn)行在線的能量和功率的測(cè)量和計(jì)算，所以只能使用模型計(jì)算的方法，在冶煉前，或在冶煉后用統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)來進(jìn)行，比如，冶煉所需吹氧量計(jì)算，冶煉所需能量計(jì)算，冶煉能量損耗計(jì)算，冶煉能量供應(yīng)計(jì)算及鋼水溫度預(yù)報(bào)計(jì)算，等等，來模擬和描述生產(chǎn)情況。這些方法的最大缺點(diǎn)是不能實(shí)際指導(dǎo)生產(chǎn)，因?yàn)槊恳粻t的冶煉情況都始終在變化的這些方法就更不能具體地實(shí)時(shí)優(yōu)化每一爐的電爐冶煉操作了。而Gegsmarienhuett

9、e公司的GON系統(tǒng)則能完全根據(jù)通過用爐氣實(shí)際測(cè)定的情況，來進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)各種計(jì)算來指導(dǎo)生產(chǎn)。在圖_1_1中第三欄上半部的三個(gè)畫面組中，根據(jù)前面二欄中各8個(gè)組測(cè)定的數(shù)據(jù)，在這兒實(shí)時(shí)進(jìn)行了各種各樣的在電爐冶煉過程中所涉及到的物料平衡，能量平衡和冶煉成本及單位熱成本的計(jì)算。為了能仔細(xì)地觀察和研究各種因素對(duì)冶煉實(shí)際過程中各個(gè)方面的作用和影響，在這三個(gè)組中已建立了60多個(gè)專為實(shí)時(shí)觀察各個(gè)特定現(xiàn)象和某種計(jì)算的單獨(dú)畫面，盡管如此，這方面的開發(fā)研究工作

10、還只是處在開始階段，還有很多工作應(yīng)該做。圖_1_1中第三欄下半部的四個(gè)畫面組都是用來對(duì)電爐冶煉過程作最佳化操作指導(dǎo)的，即在此試用了四種不同的方法，來引導(dǎo)冶煉操作。這個(gè)部分是整個(gè)GON系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，也就是說，怎樣把實(shí)際測(cè)量到的結(jié)果，直接應(yīng)用到指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)際中去，并要能隨時(shí)解釋冶煉過程中的各種現(xiàn)象。由于電爐冶煉的復(fù)雜性，GON系統(tǒng)采用的一直是開路控制法，并且爐前操作者在操作爐子時(shí)看到的只是GON優(yōu)化操作指導(dǎo)系統(tǒng)中的幾個(gè)畫面，在這些畫面中，