澳大利亞NOVATECH氧化鋯在鋼鐵行業(yè)中的應(yīng)用

1．1 概述 

   目前中國希望大幅度降低每萬元GDP的能源消耗,期望達(dá)到先進(jìn)發(fā)達(dá)國家的同等水平.中國大鋼鐵公司是能源消耗的最大用戶,因?yàn)閲窠?jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的需要中國的八大鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)巨量的冷軋薄鋼板材.各種冷軋薄鋼板材為滿足不同的加工需要必須要先進(jìn)行退火處理.一般的情況下要在800~900度左右的高溫下連續(xù)加熱4-5天左右.消耗大量的能源.如果能有效的控制加熱退火處理過氧,就可節(jié)約大量的能源.世界上最大的BHP(BLUE-SCOOPE)鋼鐵公司在所有加熱退火處理的全氫和氮?dú)渫嘶馉t里及連續(xù)退火爐里都采用了世界上獨(dú)一無二由澳大利亞NOVATECH公司生產(chǎn)的1638高溫露點(diǎn)儀，這樣既大幅度的提高了產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)又節(jié)省了大量的能源,目前該公司所有的全氫和氮?dú)渫嘶馉t上必須在該儀器的監(jiān)測下才能運(yùn)行.按照該公司測算的結(jié)果，一臺氮?dú)渫嘶馉t在運(yùn)行3個(gè)月后就可回收投資該設(shè)備所需的全部成本,如果在中國所有的加熱退火處理的全氫和氮?dú)渫嘶馉t里及連續(xù)退火爐里安裝此設(shè)備,可相當(dāng)建設(shè)了幾十個(gè)大電廠或少挖掘幾千個(gè)小煤礦.有效的保護(hù)地球資源. 

   1638高溫露點(diǎn)儀是一臺綜合測試儀器,可以測量常氧,微氧,以及高溫下的露點(diǎn)值.特別是在鋼鐵行業(yè)中的退火工藝,為保證板材在高溫退火時(shí)不被氧化在退火前,退火爐都要在爐內(nèi)進(jìn)行氣氛置換,用氮?dú)鈦碇脫Q爐內(nèi)的氧氣,等氧氣置換干凈后才進(jìn)行退火爐的升溫操作.如按傳統(tǒng)方式,會在無監(jiān)測的情況下用大量多于的氮?dú)鈦碇脫Q氧氣,這樣就會使氮?dú)獾挠昧看蟠筇岣?浪費(fèi)的是企業(yè)的有效資源.另外在高溫退火時(shí)也無法有效的監(jiān)測爐內(nèi)的氧含量而無法控制產(chǎn)品的質(zhì)量，有時(shí)必須重新退火處理或產(chǎn)品降級處理.在失去時(shí)間的同時(shí)也失去了大量的能源從而降低企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益.如果在退火爐中安裝上澳大利亞NOVATECH公司1638高溫露點(diǎn)儀和1231高溫型探頭,就可直接監(jiān)測到退火爐內(nèi)氧氛置換的整個(gè)過程，以及在爐溫升到工作溫度時(shí)及運(yùn)行時(shí)爐內(nèi)微氧變化情況.這樣可大大降低能耗和控制了薄鋼板材退火后產(chǎn)品的質(zhì)量.為企業(yè)在短期內(nèi)帶來的是直接經(jīng)濟(jì)效益.

   NOVATECH公司的氧化鋯探頭具有耐高溫（-30~1400℃）、抗腐蝕、不漂移、精度高的特性，儀器具備功能全、智能性強(qiáng)、檢測系統(tǒng)多，一臺儀器帶有獨(dú)立的雙通道，大大降低了投資成本，在檢測微氧時(shí)可達(dá)到10的負(fù)三十次方，是目前世界上唯一一臺在高溫，高水汽時(shí)，強(qiáng)腐蝕性氣體下能測到高精度的儀器。NOVATECH氧化鋯分析儀廣泛應(yīng)用于鍋爐、煉爐、窖爐、加熱爐、連軋爐、環(huán)型爐、罩式退火爐、井式爐等燃燒時(shí)氧含量百分比的監(jiān)測。NOVATECH氧化鋯分析儀在國際鋼鐵行業(yè)的節(jié)能、環(huán)保、產(chǎn)品質(zhì)量的提高、氧化層的降低起到了積極特殊效應(yīng)，得到了國際鋼鐵行業(yè)很高的口碑。

1．2 減低能耗

   鋼鐵行業(yè)的加熱爐的加熱都是通過煤氣加空氣進(jìn)行燃燒加溫，空氣中含有21%的氧，而79%是不參與燃燒過程，等于說是把79%的其他氣份加熱后排放到大氣中，一般的操作都采用過氧燃燒，而過氧燃燒會大大浪費(fèi)能源，所以只有有效地控制好氧量，才能達(dá)到降低能耗的目的。根據(jù)有關(guān)國際專業(yè)部門測定，從40℃加熱到1000℃，每減少1.5%的過氧燃燒，就能節(jié)省1.0%的熱能，一般情況下可節(jié)能4%~6%所以有效控制好過氧燃燒的氧含量，才能真正達(dá)到節(jié)能的效果。

1.3 環(huán)保 

   綜所周知，空氣從40℃加溫到1000℃，只有21%的氧參與燃燒，而79%的其他氣份排放到大氣中。在空氣中79%的其他氣份加溫燃燒后就會變成二氧化氮、三氧化氮、二氧化硫、三氧化硫、與雨水結(jié)合后，就會變?yōu)橄跛?，硫酸等酸雨，酸雨對環(huán)境和人類有極大的危害，所以控制氧量燃燒是對人類環(huán)保的貢獻(xiàn)。 

1.4 安全 

   過氧燃燒對環(huán)境和能源都有影響，而缺氧燃燒也有危害。當(dāng)氧氣不足時(shí)，燃燒中的碳元素不能充分與氧結(jié)合燃燒，從而產(chǎn)生大量的一氧化碳，可能引起爆炸。所以控制好氧量是解決各種情況的關(guān)鍵因素。

1.5 提高產(chǎn)品質(zhì)量

   氧在加熱爐是不但參與了燃燒，而且還直接影響到鋼板的質(zhì)量和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，過氧燃燒時(shí)，加熱爐中有大量的氧份，氧會與鋼板起反映，將會產(chǎn)生大量的氧化層，在鋼板表面產(chǎn)生很厚的氧化層，氧化層的厚薄直接影響到鋼板的質(zhì)量。經(jīng)國際鋼鐵集團(tuán)BHP公司測定，在加熱爐中40℃加到1000℃時(shí)，1.5%~2%氧參與燃燒，氧鋼板的氧化層可減少70%~80%，氧化層的減少直接提高了鋼板質(zhì)量和給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益。

1.6 提高設(shè)備使用壽命 

   由于加熱爐中有大部分的構(gòu)造部件都是金屬，當(dāng)過氧燃燒時(shí)，同樣過氧燃燒產(chǎn)生的酸性氣體與爐內(nèi)的水（20%左右小蒸汽）結(jié)合，對金屬部件造成很大的破壞和損壞。一般情況下，國內(nèi)的爐子使用壽命比國外短，另外，維修更換部件的費(fèi)用比國外高，其維修的費(fèi)用是巨大的。 

   由此之外，燃燒時(shí)氧含量的監(jiān)控非常重要，這也是為什么國外非常重視氧的監(jiān)測。

2.1全氫和氮?dú)渫嘶馉t1638高溫露點(diǎn)儀節(jié)能特性和具體的介紹

   退火爐或者熱處理過程都使用氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚怏w作為爐內(nèi)保護(hù)氣氛，過去由于技術(shù)上的原因無法直接監(jiān)測爐內(nèi)的微氧，通常是通過測露點(diǎn)（在高溫時(shí)氫和氧會形成水汽)。 

   空氣中金屬在高溫時(shí)非常容易氧化，從而影響了被處理金屬的質(zhì)量。例如（中碳鋼材）氧化后會產(chǎn)生藍(lán)斑，這時(shí)要么重新再退火處理，要么降級銷售處理。有許多這樣的熱處理過程。例如：1。中碳鋼板材冷軋后退火處理。2.不銹鋼的光亮退火處理。3.銅棒的退火處理,等等在高溫退火處理時(shí)都需用氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣氛來避免氧化發(fā)生。

   在退火處理時(shí)首先要用足夠的氮?dú)鈦砬宄隣t內(nèi)原有的氧氣（通過不斷的置換過程）但是此過程化費(fèi)十分昂貴。一般加入適量比例的氫氣來中和爐中剩余的微氧和由于爐子漏氣而滲入爐中的氧。技術(shù)人員會根據(jù)需要用適當(dāng)比例的氮?dú)浠旌蠚怏w充入爐內(nèi)。爐內(nèi)的氫在高溫時(shí)與氧結(jié)合形成水況，有關(guān)人員通過霧鏡或稱露點(diǎn)來確定和判斷氧氣的含量。

   不幸的是霧鏡（露點(diǎn)儀)不能提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，因此無法準(zhǔn)確判定爐內(nèi)氧的含量，此外測定時(shí)必需抽出爐內(nèi)的氣體，因此不能提供連續(xù)的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控爐內(nèi)的情況，經(jīng)常由于監(jiān)控的失誤而影響到爐內(nèi)產(chǎn)品的質(zhì)量。

   一般退火爐用水冷系統(tǒng)加速冷卻過程（此方法可控制不同板材的硬度）。但如水管泄漏會造成爐內(nèi)產(chǎn)品損害，由此化費(fèi)很高的問題。爐內(nèi)高溫循環(huán)（冷熱交替）會引起水管的泄漏。使用NOVATECH公司生產(chǎn)的 1638型高溫露點(diǎn)儀（測微氧)儀器可實(shí)時(shí)監(jiān)測爐內(nèi)水管泄漏的情況，操作人員可迅速發(fā)現(xiàn)情況，關(guān)閉泄漏的水管避免問題的發(fā)生。一般情況下采用此項(xiàng)新技術(shù)，一臺爐子在三個(gè)月左右時(shí)間可收回全部投資。 

   高溫露點(diǎn)儀通過一專用電纜與探頭連接，探頭直接插入爐內(nèi)，從探頭處取得的電信號（一般氧氣含量在百分之十的負(fù)十五次方至十的負(fù)二十次方左右）, 分析儀輸出兩路4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流來指示相應(yīng)露點(diǎn)值或氧氣值。 也可以用此信號輸入到有關(guān)的控制設(shè)備（如PLC）等。另儀器可按預(yù)定值設(shè)置報(bào)警信號，使用者也可通過儀器的顯示屏獲取有關(guān)的數(shù)據(jù)?？赏ㄟ^計(jì)算機(jī)通訊接口RS232或網(wǎng)絡(luò)接口RS485 連機(jī)輸出， 輸入，和控制相關(guān)的設(shè)備。

   根據(jù)鋼鐵廠加熱爐的設(shè)計(jì)原理，可選擇幾種澳大利亞NOVATECH公司不同型號的探頭和儀器型號組合。

2.2 直接監(jiān)測加熱爐爐膛 

   可選用NOVATECH公司的1231高溫型探頭，儀器為1638。因1638型，不但可監(jiān)測氧量，還可監(jiān)測爐中的露點(diǎn)值。

2.3 監(jiān)測煙氣氧含量

   可選用NOVATECH公司的1231型探頭和1632型儀器。

2.4 安裝位置

   選用1231高溫型探頭和1638型儀器，探頭可直接安裝在爐壁上，探頭直接插入爐膛內(nèi)，監(jiān)測爐膛的氧量和露點(diǎn)值的變化。儀器可安裝在加熱爐的過道邊，并通過儀器的輸出端，把采集的數(shù)據(jù)送到中央控制室。 

   加熱爐——進(jìn)、出氣排放口管導(dǎo)，爐膛監(jiān)測點(diǎn)。 

   連軋爐——分段控溫，爐膛監(jiān)測點(diǎn)，煙氣排放口。

   罩式退火爐——進(jìn)氣總管口和排氣管口。

   環(huán)型退火爐——環(huán)型分段溫控監(jiān)測點(diǎn)和煙氣排放口。

   井式爐——井口監(jiān)測點(diǎn)。

2.5 探頭的長度尺寸

   由于加熱爐的爐膛壁厚在400mm~500mm，外加連接喉管150mm~200mm，所以一般選用探頭的長度，L=1000mm的比較適合，那么插入爐膛的深度為200mm~300mm左右。 

   如放在排放煙氣口管導(dǎo)，一般選用250mm~350mm左右，因排放煙氣口的管壁較薄，所以一般探頭插入深度達(dá)到200mm~300mm就可。 

2.6 回報(bào)周期計(jì)算公式 

           每月有質(zhì)量問題的爐數(shù)（A） 

 （1）———————————— = 每月?lián)p耗率（C） 

每月總開爐數(shù)（B） 

 

     （2）每月總能耗（D）×每月?lián)p耗率（C）= 每月?lián)p耗費(fèi)用（E）

 

           每月?lián)p耗費(fèi)用（E） 

     （3）————————— = 每臺月?lián)p耗費(fèi)用（F） 

總爐數(shù)（G） 

 

每套儀器價(jià)格（L） 

 （4）—————————— = 回報(bào)周期（月）（X） 

每臺月?lián)p耗費(fèi)用（F） 

 

   注: 每月總能耗（D）=（每臺燃料費(fèi)（I）+ 每臺氮?dú)滟M(fèi)用(K)+人工費(fèi)用(J)+爐子維修費(fèi)用(Q)）×每月總開爐數(shù)（B）