利用VG PRIMA实现VOD工艺的动态控制

　　1 前言

　　VGPRIMA6B是英国VG公司生产的TliermoONIX工艺分析系统系列过程质谱仪，它可以快速、准确地在不同气体流量中进行多组分分析，并将分析数据远传到控制室，满足工业在线气体分析的要求。该质谱仪可广泛应用于具有腐蚀、危险的环境中，尤其适用于钢铁工业。使用VGPRIMA阳可以缩短成分分析时间，实现连续在线分析，并具有非常高的分析精度，依据所要分析的气体成分和混合物的复杂程度，VGPRIMA阳可以达到优于四极杆质谱仪2一10倍的分析精度。

　　2组成及原理

　　VPRIMA6B的核心部件是磁扇式分析仪。它由离子源、质量过滤器、检测系统等组成。

　　该分析仪是按照不同气体成分的离子质量与电荷之比即质荷比，对物质进行分离的。气体分子经过电子轰击而被电离，随后阳离子以速度v射入磁场，由电磁学中洛仑兹力公式知，带电荷e的运动离子在磁场中所受的作用力为:

　　当磁感应强度B的方向与离子的运动速度方向垂直时，有:

　　当离子从无磁场空间射人均匀磁场空间后，它做圆运动，这时磁场对离子的作用力为向心力，它和离心力相平衡。离心力为:

　　简化，得:

　　式中:

　　m为离子质量;

　　e为离子电荷;

　　B为磁场强度;

　　r为离子运动半径;

　　v为离子运动速度。

　　利用磁场对运动电荷的作用，对离子按质荷比或质量进行分离，如公式(4)，这使得仪器可以选择不同种类的气体，得到高稳定的、能被测量的质谱用以确定气体混合物的成分。

　　由于离子是从高能量的离子源(10O0ev)中提取的，所以对低分子重量的化合物，例如氢和氦能获得极好的稳定性。离子探测和放大信号被编码，通过光纤电缆传到本地处理器。浓度在10PPm一100%范围内时，采用标准法拉第探测器，利用微通道盘式二次电子倍增器能测量低至1外Pb的浓度。

　　Fastscan检测系统，消除了增益切换，并在每次分析之后进行零点读取，减少了校验的频度，降低了系统标定漂移，能更可靠地测量混合物中低含量的成分。

　　3特种钢生产的VOD工艺中的应用

　　VOD (Vacuum Oxygen Decarburization)真空吹氧脱碳，是炼制特种钢的典型工艺，主要用于冶炼不锈钢。其特点是用深人真空室内的氧枪吹氧精炼钢液，通过真空降低压力来实现脱碳率高而铬损失小。质谱仪在炼钢过程中碳成分在线分析上具有显著的优点，在真空一脱碳过程中使用VG PRIMA SB能够提高10%的生产能力。

　　3.1控制吹炼过程

　　在传统吹炼过程中，一般采用以氧浓差电池为主，废气温度计和真空计为辅的废气检测系统。在备有红外气体分析仪和热磁式定氧仪的VOD炉上利用吹炼过程中炉气的C0, COZ和Oz含量变化来判断吹炼终点，需要较长时间。而采用质谱仪只需几秒钟，能极大提高分析速度，提高产量。