利用VG质谱仪监测高炉生产

　　随着国际钢铁市场竞争越来越激烈,要求不断地提高效益,减少消耗,以获得竞争优势。多年来,过程质谱仪优于传统分析技术已在钢铁行业得到证实。VG质谱分析仪能够测量范围较宽的成分,并且具有先进的校验、数据传输和软件自诊断的功能。

　　它不仅可以监测CO、CO2,还可以用于监测H2、N2、Ar、甲烷、乙烷、丙烷,并可以连续、实时地提供气体分析数据。在高炉应用方面,质谱仪提供的信息对于计算煤气效率和质量平衡、热平衡以及早期探测渗漏都是必不可少的,可以大幅度节约燃料成本。

　　1　VG质谱仪检测原理

　　检测原理[1]:分析仪按照质荷比对物质进行分离。气体分子经过电子轰击而被电离,阳离子以速度v射入磁场,由洛仑兹力公式知,当磁感应强度B的方向与离子的运动速度方向垂直时,带电荷e的运动离子在磁场中所受的作用力为:

　　离子从无磁场空间射入均匀磁场空间后,做圆周运动,这时磁场对离子的作用力为向心力,它和离心力相平衡:

　　其中m:离子质量,e:离子电荷,B:磁场强度,r:离子运动半径,v: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。这样仪器的离子探测系统可以选择出不同种类的气体,根据高稳定的能被测量的质谱可以确定气体混合物的成分。

　　2　利用质谱仪对高炉工艺进行实时监测

　　2·1　CO、CO2监测

　　高炉生产中通过提高焦比来提高高炉的效率,在高效的高炉操作中,焦碳消耗必须控制在最少。还原过程的效率可以表示为:η=100%×CO₂/(CO+CO₂)。在恒定直接还原情况下,气体效率每增加1%,每t铁就能降低8kg的焦炭耗量,并且铁水的收得率增加3_·5%。高炉顶气的数据反映了控制变量的效应,这是由于CO₂和CO的水平代表了高炉的还原情况。在炼铁过程中,利用质谱仪对CO和CO₂含量进行实时的连续测量可以将焦碳消耗每吨铁减少100kg。

　　与传统的红外分析技术相比,VG PRIMAδB质谱仪的优势在于:取样分析时间短,通过自动和广泛的校验而提高了精度。由单台分析仪提供所有成分分析,兼有自动自检查功能(按照一个已经认证的校验标准来执行),并具有长期稳定性,为高炉生产提供了可靠而适用的气体分析手段。

　　2·2　质量平衡

　　炉顶气体流量对测量冶炼强度、燃料比和生铁产量是必不可少的。在使用离散式分析仪时,煤气中氮的百分含量(对此计算是必不可少的)只能从下式推算:

　　这要依赖于三台离散的分析仪的精度,质谱仪能够测量所有的关键成分,并且仪表的精度通过与一个已经认证的气体标准的对比而保持恒定。通过物料平衡和热平衡建立的数学模型可用于防止炉缸过热。