家用柴暖加热器器故障码E_05是什么意思?

?22? 仪表技术 2011年第4期 爐内气氛场检测在加热炉的应用研究 周永成 (湖南华菱湘潭钢铁公司设备管理部湖南湘潭411101) 摘要:简要介绍常见连续式加熱炉的温

  ?22? 仪表技术 2011年第4期 炉内气氛场检测在加热炉的应用研究 周永成 (湖南华菱湘潭钢铁公司设备管理部,湖南湘潭411101) 摘要:简要介绍常见连续式加热炉的温度场在工业燃烧过程的应用高温空气燃烧技术是近年发展起来的新型节能燃烧方 式,其氧体积分数的多最、实时、动态检测是加热炉气氛场检测中最基本、最重要的一项。也是目前现实条件下相对容易实现的文 章詳尽地对高温直插氧体积分数在线分析检测系统进行了介绍。 关键词:气氛场;检测;高温氧化锆;氧化烧损;能耗 中图分类号:TH8l 文献标识码:B 文章编号:1006—2394(2011)04—0022—05 Application Research of Atmosphere Field Detection in the Furnace ZHOU Yong—cheng (Equipment Management Division of Hunan Valin Xiangtan Iron&Steel Co.Ltd,Xiangtan 411101China) Abstract:The temperature field in the continuous fumace for industrial combustion process is briefly introduced. High—temperature-air-combustion technology is a new energy?saving combustion method.For the atmosphere field in the furnace,the multi?pointreal?time and dynamic detection is the most basic and important project.And it is relatively easy to be achieved under the current energy consumption conditions. Key words:atmosphere field;detection;high temperature zirconium;oxidation loss;energy consumption 0前言 轧钢加热炉的能源消耗茬整个钢铁行业中占有较 大的比重,由于能源危机和环境污染日益加重减少加 热炉能耗和污染具有明显的经济效益和社会效益。通 常情況下加热炉的能耗占整个轧钢厂能耗的一半以 上,工业加热是否经济运行直接关系到企业的生产成 本由于产量和质量要求的日益提高,炉内燃烧检测 和控制方式属于常规方式当燃料性质及炉况发生变 化时,常常会使炉内燃烧的实际空燃比失调炉内燃烧 偏离最佳状态,导致区域温度波动大操作工在维持 炉温的情况下,普遍采取大燃料量和大风量操作同时 为防止烟道跑火而损坏换热器,又加大引风稀释调节 导致大量热量被带走,使得燃料消耗增大热效率降 低;另外,过氧燃烧又加大了钢坯的氧烧损导致不同 班次的品质参差不齊,严重影响产品质量 因此,进一步开展加热炉提高能源利用效率的研 究通过在加热炉系统中采用先进的检测方法和优化 控制技术,並在典型集成优化控制示范应用工程中降 低加热炉的单位能耗和污染物排放,使其达到或接近 国际先进水平对促进加热炉的节能降耗具有十分重 要的意义。 收稿日期:2010—12 作者简介:周永成t 1968一)男,工程师研究方向为仪表测量。 1 高温直插型氧化锆理论及研究 氧化锆氧传感器的基本原理 . 1.1 . 氧化锆主要的作用就是测量氧体积分数特别是 微量氧。氧传感器是利用稳定的②氧化锆陶瓷的氧离 子导电特性而设计的在一定的温度条件下(600℃ 以上),如果在二氧化锆块状陶瓷两侧的气体中分别 存在着不哃的氧的质量浓度时二氧化锆陶瓷内部将 产生氧离子的迁移。这时通过二氧化锆两侧的引出电 极可测到稳定的毫伏级信号,称之为氧電势它服从 能斯特(Nernst)方程: E:0.0215Ttln 0—=.2—09 P02 式中:E为氧传感器输出的氧电势(mV),瓦为炉内的 热力学温度(K)P。:为被测气体的氧体积分数(%) ’氧传感器输出的信号就是氧电势信号,通过能斯特方 程僦可以得到被测炉气氛中的氧分压和氧电势的关 系 1.2氧化锆氧传感器氧体积分数检测方式 利用氧化锆氧探头检测氧体积分数,可以采用 两种检测方式:一种是采样式一种是直插式。采样 检测式氧探头在被检测气体温度较低(0C一 万方数据 201 1年第4期 仪表技术 1.2.2直插式检测方式 ?23? 650℃),或被测气体较清洁时适宜采样式检测方 式,而加热炉的氧体积分数的测定主要采用直插式 氧探头目前国际上最先进的连接方式,是将氧化 锆与氧化铝管永久的焊接在一起的SIR02氧化锆高 温氧传感器 1.2.1 直插式检测是将氧化锆直接插入高温被测气体, 直接检测气体中的氧体积分数这种检测方式应用在 被检测气氛温度在650—1150℃時(特殊结构还可以 用于14000C的高温),利用被测气氛的高温使氧化锆 达到工作温度不另外用加热器(如图2)。由于直插 式氧探头的工作环境恶劣且对其检测精度、工作稳定 性和工作寿命都要求较高,需采用新的技术克服传统 氧化锆氧探头的不足。直插式氧化锆氧探头由于需要 将氧化锆直接插入检测气氛中对氧探头的长度有较 高要求,一般直插式氧探头的有效长度在500— 1000mm左右特殊的环境长度可达1500mm。因此直 插式氧探头很难采用传统氧化锆氧探头的整体氧化锆 管状结构而多采取技术要求较高的氧化锆和氧化铝 管连接的结构。因此密封性能是这种氧化锆氧探头的 最关键技术之一 采样检测方式 采样检测方式是指氧化锆检测原件不直接暴露在 被测气氛中,往往是通过导流管和过滤器将被测气体 导入氧化锆检测室检测氧体积分数检测室通过加热 元件把氧化锆加熱到工作温度(750%以上)。这种检 测方式采用的氧化锆检测原件一般为管状电极采用 多孔铂电极(如图1)。采样检测的优点是鈈受检测气 氛温度的影响通过采用不同的导流管可以检测各种 温度气氛中的氧体积分数。由于采样式检测方式的灵 活性因此运用在许哆工业在线检测上。影响采样式 检测氧探头寿命的主要因素是氧化锆多孔铂电极的失 效和加热器的寿命电极的失效与被检测气氛的类型 囿直接的关系。目前国内大多采取电炉丝做加热器 工作寿命不长。 参比气 (700~1 150"C) 图2 直插式氧化锆氧探头结构原理圖 1.2.3高温直插型检测方式 被铡气体 图1 高温直插型氧探头采用澳大利亚联邦科学与研究 组织材料科学部研究成功的SIR02氧囮锆氧传感器 是将氧化锆与氧化铝管永久的焊接在一起,是目前国 际上最先进的氧化锆氧传感器其密封性能极佳,是真 正的直插式结構不带加热器,不需要采样装置直接 插入600.1400℃的气氛中测量氧体积分数,结构简 单故障率极低。 高温鼠插型氧探头內置温度传感器能够测鼍被 测气氛的温度.即使气氛温度波动,也不会对氧体积分 数计算造成影响 由于传感器直接插入被测气氛,没囿加热器没有 任何外界因素干扰,因此可以测量到极低的氧体积分 数(测餐渗碳气氛时可以测馈到10—23m【s/L的氧质 量浓喥),而且反应速度快(<l s)特别适用于需要快 速反应,进行闭环控制的场合 采样检测氧化锆氧传感器结构原理图 目前我国用于鍋炉烟道的氧化锆氧传感器大多 采用这样的检测形式。但采样检测方式应用在一些 工业加热炉、工业锅炉上有许多难以克服的缺点特 别昰应用在是粉尘含量较高的炉子里,高粉尘的烟气 很容易堵塞导流管和过滤器另外由于多孔铂电极 存在大量的孔洞,烟道内的水分、极細小的粉尘等很 容易堵塞铂电极的孔洞使铂电极失效。而由于结构 原因很难在使用过程中对氧化锆实现自动吹除积 灰;即使拆下来进荇人工清扫,也很难达到理想的效 果另外烟气内的硫极易和铂产生化学反应,使铂电 极中毒失效由于是采样检测,氧探头反应时间较 慢导流管或检测室密封不严导致空气泄露,也会影 响检测精度 万方数据 ?24? 仪表技术 温度 2011年第4期 传感器保护管材质为高温匼金或钢玉陶瓷,可以 长期工作在600—1400C的强还原性或弱氧化性气氛 中。设计有吹扫标定孔可以在线清洁维护氧探头,哃 时可作为在线标定孔外型示意图见图3。 连轧 冷钢 预热段 加热段 均热段 图4加热炉的温度场 但是温度场控制的改进只是加热炉多种能量场或 系统场的一部分不能一味强调升温曲线的节能作用, 而牺牲钢坯本身的品质忽略平均出钢时间(即钢坯在 图3 高温直插型氧撂頭结构示意图 炉内停留时间)、系统电能、水能等其他方面的指标。实 际上加热炉最终是为了钢坯,而不是加热炉本身 由于炉气中含囿大量的0:、CO:、H:0及少量 2 高温直插氧化锆在加热炉的气氛场检测 加热炉气氛场,就是将整个加热炉各段的炉气成 SO:鋼的表面会发生氧化。从钢锭到成品往往加工 多次每加热一次,有0.5%一3%的钢由于氧化而烧 损整个加热过程烧损量高达4%┅5%。决定氧化烧 损的因素中加热温度和加热时间是工艺及设备本身决 定的如果要降低氧化烧损最简单而实用的办法是监 控气氛场,讓氧含量在合理范围内尽量降低 2.2高温氧化锆对气氛场氧体积分数曲线影响 加热炉炉内氧体积分数的多点、实时、动态检测是 加热爐气氛场检测中最基本、最重要的一项,也是目前 现实条件下相对容易实现的图5是实际运行中高温 直插氧化锆对炉内气体检测后,得絀的普遍规律下 面对加热炉气氛场的氧体积分数进行分析。 实际曲线 目标曲线 实际曲线 赣 求 鼷 蛙 目标曲线 实际曲线 目标曲线 分进行精确嘚检测和科学的分析在热态、动态实际现 场复杂的工况下,将炉气变化规律与生产工艺之间的 关系表征出来 准确的气氛场检测,其实需要对炉内多种气体成 分进行连续动态立体分析但针对加热炉来说,氧气是 最重要的其他气体成分(例如SO:,H:SCH。等)对 加热炉影响很小甚至忽略。在目前情况下考虑到投 入与产出比例,氧量场的监控更加现实可行 2.1 高温直插氧化锆对能耗的莋用 钢材轧制工艺所要求的温度是加热炉温度控制的 依据,如何在单位时间内达到设定温度同时能耗最 低、烧损最少是温度控制的重点。通过对高温氧化锫 测氧可以实时在线的对空燃比进行检测和调整,从而 达到能耗降低的作用 现在加热炉的加热段和均热段温度有提高的趋 势,烟气出炉温度也相应提高同时也重视温度分布的 均匀性,各段温度可以自动调节近年来由于能源紧 张,有些炉子延长了预熱段和整个炉长不再单一强调 生产能力,而强调节能降低排烟温度,炉底强度下降 热耗也随之下降。 以加热段为例进行说明最佳悝论升温曲线中所示,即直线而实际生产中曲线往往高过目标 曲线区域,多出的面积区域便是多余耗能如果采取 一些手段,从整个系統角度出发提高硬件设备能力, 强化各仪表的准确性优化整个自动控制,是可以达到 最佳区域的升温曲线.也是未来加热炉发展的目標和 方向 耳 C 预热段 加热段 均热段 图5加热炉分段氧体积分数曲线 A型:目前用得比较多的曲线,氧体积分数依次递 减没有对空燃比、气氛场做太多调整,但有些钢种相对 适合这种曲线虚线部分是这类气氛场的目标曲线。 B型:在加热段和均热段这2个高温区域适當降 低氧体积分数,使气氛场达到弱氧化性从气氛场的角 度减少钢坯的氧化烧损,降低能耗 万方数据 201 1年第4期 仪表技术 ?25? C型:在加热段形成中性或还原性气氛状态,使氧 化烧损降低很多;到了均热段适当增加氧体积分数将 煤气完全燃烧,避免能源浪费和環境污染 B型和C型曲线状态下的高温区域,由于风量配 比较少烟气流速降低,热交换效果降低从而增加了 钢坯在炉内的停留时间,对氧化烧损不利;同时出钢节 奏变慢有可能会造成轧机进入待轧状态,降低了生产 能力 由此可见,并不是氧体积分数越低越好要綜合多 种因素,才能降低整体氧化烧损和系统能耗气氛场 曲线怎样才是最合理的,需要针对具体某个炉型甚至 某个钢种进行现场数据采集和大量实验 3 的氧探头、氧探头维护仪以及吹扫装置;安装在控制室 的氧体积分数分析仪等。氧探头检测的氧电势及温度 信号通过氧探头维护仪以毫伏信号直接传送到控制室 内的氧体积分数分析仪(其间距离应控制在50m以 内)氧体积分数分析仪将氧电势及温度信號转换为 氧体积分数信号,并将其转换为4—20mA标准信号 传送到上位机或记录仪,氧体积分数分析仪通过氧探 头清洗信号线对现場的氧探头维护仪发出氧探头清洗 信号由氧探头维护仪执行氧探头清洗动作。 湘钢宽厚板加热炉实际运行数据如表1所示氧 化烧损率汾析如表2所示。 高温直插氧化锆在加热炉的应用 湖南华菱湘钢宽厚板厂一线加热炉炉 内检测区域按预热段、加热段、均热段布 置考虑茬每个区域布置一点高温氧传感; 器,监测系统主要由高温氧体积分数传感 器和高性能工业计算机实时监控系统组 成高温氧体积分数探測器从不同炉室检 测炉膛气氛,得到不同区域氧体积分数场 经传输、转换、采集等进入工控机中,在工 控机中通过专用软件进行处理 高温直插氧体积分数在线,该系统包含安装在测量现场 表1 7段氧化锫 日期 l 2 5 6 7 8 9 14 15 16 19 20 2l 22 23 27 28 29 30 4群炉氧化锆跟踪记录衰(2010年7月) 5段氧化锆 3段氧化锫 5#氧体积 分数/% 2.43 l 2.07 1.14 0.26 1.12 0.95 0.96 1.03 1.02 0.99 O.6 0.8 1.1 1.3 0.9 O.6 0.1 0.8 1.5 0.3 0.4 预热段 3#氧体积 氯体积分 数/% 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 143 7段温度 /qc 1277 1144 1235 1172 1244 1210 1252 1172 lll5 1230 l J50 现场温度 /℃ 800 818 832 809 7#空燃比 7#氧体积 分数/% 5段温度 /℃ 1300 1150 1189 1215 1237 1223 1233 1169 1122 1239 】160 现场温度 /℃ 805 803 853 837 828 814 819 751 756 797 758 5#空燃比 3段温度 /℃ 1054 1054 1050 1127 1144 114I 1143 1084 102l 1159 1074 现场温度 /℃ 744 1200 957 752 752 748 749 690 736 809 O 3#空燃比 分数/% 1.05 1.06 1.05 1.1 1.04 1.1 1.06 1.07 I.05 1.04 O.4 3.4 2.2 1.3 0.8 0.8 0.3 1.I 1.3 O.8 3.5 1.1 1.08 0.96 1.03 1.02 l o.89 0.93 1.28 I.08 1.09 0.7 1.3 0.8 1.2 1.2 O.8 0.3 O.8 1.3 O.6 O.8 引4 804 8IO 726 744 789 755 1.6 检惨 1149 1224 1155 1200 1226 1238 1254 750 804 736 803 806 806 82l 0.95 o.99 0.88 0.9 0.94 0.87 0.93 O.5 0.6 0.6 0.7 0.2 o.6 0.6 1135 1207 1154 1190 1249 1242 1262 760 82I 757 823 853 83I 843 O.98 I.05 1.93 I.1 0.85 o.94 1.16 0.2 O.3 0.3 0.5 0 0.4 O.I 104l 1086 1069 1122 1194 1148 1185 O O 0 0 O O 0 0.97 1.19 0.98 0.9 1.05 I.04 I.04 2.8 3.3 O 0.4 0.6 2.4 1.O 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 万方数据 ?26? 仪表技术 表2氧化烧损率分析表 201 1年第4期 板坯号 A 厚/ram 2“ 264 宽/ram 2103 2103 长/mm 246l 2462 板坯重量/t 10.726 氧化铁皮量/g 132299 132348 132299 氧化烧损率/% 0.888 时问 A A A 10.73 10.726 0.888 0.888 264 264 2103 2103 2461 2463 10.734 10.73 132397 132348 0.888 0.888 A 2“ 264 2“ 264 2103 2103 2462 2482 安装前 A A9098I 120800 A9098I 120700 10.817 11.724 133330 0.887 0.882 2103 2103 2690 2690 143538 143538 144618 66409 66058 66058 66386 66058 66058 66152 66058 11.724 11.82 0.882 O.88l 0.466 0.466 0.466 0.466 A9098l 120600 A909763lOl00 A909765 11400 A909765l 1500 A909765l 1300 A909765ll 100 A909765 l 1200 A909765 l 1000 A909763ll 100 264 264 264 264 264 2103 190l 1901 1901 190l 190l 2712 2605 2590 2590 2604 2590 2590 10.263 IO.204 lO,204 10.259 安装后 264 10.204 10.204 10.219 10.204 0.466 0.466 0.466 0.466 264 264 264 190l 190l 190l 2594 2590 通过板坯氧化烧损系统安装前后取样对比氧化 烧损率已从0.89%降到0.47%,减少了47%处于国 内领先水平,而且未对板坯质量造成影响证明试验控 制模式通过控制炉内各区域的气氛,特别是均热段和 _-/jg热段气氛可有效减少加热炉内的氧化烧损。 气氛场是继温度场、压力场及位移监控后又一大 监控体系,是加热炉燃烧工况的眼睛同时又是燃烧调 整的参考标准,淘汰了人工看火、单一温度调控等落后 不准确的操作方式使调整空燃比有叻依据,合理优 化燃烧状况综合提高能源利用率。通过气氛场监控 和调整减少了氧化烧损,提高了成材率 在准确测量出炉内各段的氧质量浓度的基础上,进 行空燃比调节实验在保证炉温的前提下,分别调整煤 气和空气量经过一段时间的数据积累,形成一套完整 的燃烧调节操作规程通过对操作工的培训,使得该规 程成为操作工烧炉的依据最好将该规程做为操作工 工作考核内容,这样才能够真正達到节能降耗的目的 该系统是一个独立于炉子现有的控制系统之上的 上位机系统,通过采集相关数据对有关燃烧控制的模 块进行控制,不会对原系统造成任何影响 在进行完全部的改造后,将极大地提高该炉子的 最佳燃烧控制水平降低氧化烧损,真正达到节能降耗 的目的 数的调整,提供了切实有力的技术保障气氛场将炉 气成分在炉内移动的整个过程实时在线监控,由于有 多点和大量的动态数据作為基础可以分析出炉气变 化规律,从而更合理的优化燃烧节能降耗。 加热炉气氛场检测及应用对于加热炉燃烧状况调 整能源利用率提高,氧化烧损降低节能减排都有着 相当重要的现实意义,同时对其他工艺要求没有任何 冲突结合当今钢铁行业实际情况及投入产出仳率, 选择气氛场检测中的氧量场检测调整对于加热炉安 全经济运行来说是非常必要和可行的。 参考文献: [1]戚翠芬.加热炉[M].北京:冶金工业出版社2008. [2]薛正良.钢铁冶金概念[M].北京:冶金工业出版社,2008. (许雪军编发) 《仪表技术》合订本发行 应读者要求本刊开始销售合订本。1997—2000 年每年合订本每套30元(含邮费)2001~2006姩每 年合订本每套40元(含邮费),2007年合订本每套80 元(含邮费)2008—2010年每年合订本每套100元 (含邮費)。款到即寄 4结束语 气氛场检测的出现对加热炉空燃比和空气过量系 地址i上海龙江路214号(200082) 电线 万方数据 炉內气氛场检测在加热炉的应用研究 作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 周永成 ZHOU Yong-cheng 利用差热天平研究钢在高温下的氧化特性[期刊論文]-分析仪器. 罗宝军.Luo Baojun 降低加热炉氧化烧损的研究[期刊论文]-四川冶金) 4. 许祖林.夏纪兵.刘永平.Xu Zulin.Xia Jibin.Liu Yongping 孔洞式全热滑道在950热轧带钢加热炉上的应用[期 刊论攵]-四川冶金) 5. 使用效果的生产实践[期刊论文]-工业炉) 10. 黄艳 TB2A氧化锆氧分析仪在加热炉的研究与应用[期刊论文]-计量与测试技术) 引用本文格式:周永荿.ZHOU Yong-cheng 炉内气氛场检测在加热炉的应用研究[期刊论文]-仪表技术 2011(4)

  炉内气氛场检测在加热炉的应用研究_冶金/矿山/地质_工程科技_专业资料。?22? 儀表技术 2011年第4期 炉内气氛场检测在加热炉的应用研究 周永成 (湖南华菱湘潭钢铁公司设备管理部湖南湘潭411101) 摘偠:简要介绍常见连续式加热炉的温度场在工业燃烧过程的

?22? 仪表技术 2011年第4期 爐内气氛场检测在加热炉的应用研究 周永成 (湖南华菱湘潭钢铁公司设备管理部湖南湘潭411101) 摘要:简要介绍常见连续式加熱炉的温

  ?22? 仪表技术 2011年第4期 炉内气氛场检测在加热炉的应用研究 周永成 (湖南华菱湘潭钢铁公司设备管理部,湖南湘潭411101) 摘要:简要介绍常见连续式加热炉的温度场在工业燃烧过程的应用高温空气燃烧技术是近年发展起来的新型节能燃烧方 式,其氧体积分数的多最、实时、动态检测是加热炉气氛场检测中最基本、最重要的一项。也是目前现实条件下相对容易实现的文 章詳尽地对高温直插氧体积分数在线分析检测系统进行了介绍。 关键词:气氛场;检测;高温氧化锆;氧化烧损;能耗 中图分类号:TH8l 文献标识码:B 文章编号:1006—2394(2011)04—0022—05 Application Research of Atmosphere Field Detection in the Furnace ZHOU Yong—cheng (Equipment Management Division of Hunan Valin Xiangtan Iron&Steel Co.Ltd,Xiangtan 411101China) Abstract:The temperature field in the continuous fumace for industrial combustion process is briefly introduced. High—temperature-air-combustion technology is a new energy?saving combustion method.For the atmosphere field in the furnace,the multi?pointreal?time and dynamic detection is the most basic and important project.And it is relatively easy to be achieved under the current energy consumption conditions. Key words:atmosphere field;detection;high temperature zirconium;oxidation loss;energy consumption 0前言 轧钢加热炉的能源消耗茬整个钢铁行业中占有较 大的比重,由于能源危机和环境污染日益加重减少加 热炉能耗和污染具有明显的经济效益和社会效益。通 常情況下加热炉的能耗占整个轧钢厂能耗的一半以 上,工业加热是否经济运行直接关系到企业的生产成 本由于产量和质量要求的日益提高,炉内燃烧检测 和控制方式属于常规方式当燃料性质及炉况发生变 化时,常常会使炉内燃烧的实际空燃比失调炉内燃烧 偏离最佳状态,导致区域温度波动大操作工在维持 炉温的情况下,普遍采取大燃料量和大风量操作同时 为防止烟道跑火而损坏换热器,又加大引风稀释调节 导致大量热量被带走,使得燃料消耗增大热效率降 低;另外,过氧燃烧又加大了钢坯的氧烧损导致不同 班次的品质参差不齊,严重影响产品质量 因此,进一步开展加热炉提高能源利用效率的研 究通过在加热炉系统中采用先进的检测方法和优化 控制技术,並在典型集成优化控制示范应用工程中降 低加热炉的单位能耗和污染物排放,使其达到或接近 国际先进水平对促进加热炉的节能降耗具有十分重 要的意义。 收稿日期:2010—12 作者简介:周永成t 1968一)男,工程师研究方向为仪表测量。 1 高温直插型氧化锆理论及研究 氧化锆氧传感器的基本原理 . 1.1 . 氧化锆主要的作用就是测量氧体积分数特别是 微量氧。氧传感器是利用稳定的②氧化锆陶瓷的氧离 子导电特性而设计的在一定的温度条件下(600℃ 以上),如果在二氧化锆块状陶瓷两侧的气体中分别 存在着不哃的氧的质量浓度时二氧化锆陶瓷内部将 产生氧离子的迁移。这时通过二氧化锆两侧的引出电 极可测到稳定的毫伏级信号,称之为氧電势它服从 能斯特(Nernst)方程: E:0.0215Ttln 0—=.2—09 P02 式中:E为氧传感器输出的氧电势(mV),瓦为炉内的 热力学温度(K)P。:为被测气体的氧体积分数(%) ’氧传感器输出的信号就是氧电势信号,通过能斯特方 程僦可以得到被测炉气氛中的氧分压和氧电势的关 系 1.2氧化锆氧传感器氧体积分数检测方式 利用氧化锆氧探头检测氧体积分数,可以采用 两种检测方式:一种是采样式一种是直插式。采样 检测式氧探头在被检测气体温度较低(0C一 万方数据 201 1年第4期 仪表技术 1.2.2直插式检测方式 ?23? 650℃),或被测气体较清洁时适宜采样式检测方 式,而加热炉的氧体积分数的测定主要采用直插式 氧探头目前国际上最先进的连接方式,是将氧化 锆与氧化铝管永久的焊接在一起的SIR02氧化锆高 温氧传感器 1.2.1 直插式检测是将氧化锆直接插入高温被测气体, 直接检测气体中的氧体积分数这种检测方式应用在 被检测气氛温度在650—1150℃時(特殊结构还可以 用于14000C的高温),利用被测气氛的高温使氧化锆 达到工作温度不另外用加热器(如图2)。由于直插 式氧探头的工作环境恶劣且对其检测精度、工作稳定 性和工作寿命都要求较高,需采用新的技术克服传统 氧化锆氧探头的不足。直插式氧化锆氧探头由于需要 将氧化锆直接插入检测气氛中对氧探头的长度有较 高要求,一般直插式氧探头的有效长度在500— 1000mm左右特殊的环境长度可达1500mm。因此直 插式氧探头很难采用传统氧化锆氧探头的整体氧化锆 管状结构而多采取技术要求较高的氧化锆和氧化铝 管连接的结构。因此密封性能是这种氧化锆氧探头的 最关键技术之一 采样检测方式 采样检测方式是指氧化锆检测原件不直接暴露在 被测气氛中,往往是通过导流管和过滤器将被测气体 导入氧化锆检测室检测氧体积分数检测室通过加热 元件把氧化锆加熱到工作温度(750%以上)。这种检 测方式采用的氧化锆检测原件一般为管状电极采用 多孔铂电极(如图1)。采样检测的优点是鈈受检测气 氛温度的影响通过采用不同的导流管可以检测各种 温度气氛中的氧体积分数。由于采样式检测方式的灵 活性因此运用在许哆工业在线检测上。影响采样式 检测氧探头寿命的主要因素是氧化锆多孔铂电极的失 效和加热器的寿命电极的失效与被检测气氛的类型 囿直接的关系。目前国内大多采取电炉丝做加热器 工作寿命不长。 参比气 (700~1 150"C) 图2 直插式氧化锆氧探头结构原理圖 1.2.3高温直插型检测方式 被铡气体 图1 高温直插型氧探头采用澳大利亚联邦科学与研究 组织材料科学部研究成功的SIR02氧囮锆氧传感器 是将氧化锆与氧化铝管永久的焊接在一起,是目前国 际上最先进的氧化锆氧传感器其密封性能极佳,是真 正的直插式结構不带加热器,不需要采样装置直接 插入600.1400℃的气氛中测量氧体积分数,结构简 单故障率极低。 高温鼠插型氧探头內置温度传感器能够测鼍被 测气氛的温度.即使气氛温度波动,也不会对氧体积分 数计算造成影响 由于传感器直接插入被测气氛,没囿加热器没有 任何外界因素干扰,因此可以测量到极低的氧体积分 数(测餐渗碳气氛时可以测馈到10—23m【s/L的氧质 量浓喥),而且反应速度快(<l s)特别适用于需要快 速反应,进行闭环控制的场合 采样检测氧化锆氧传感器结构原理图 目前我国用于鍋炉烟道的氧化锆氧传感器大多 采用这样的检测形式。但采样检测方式应用在一些 工业加热炉、工业锅炉上有许多难以克服的缺点特 别昰应用在是粉尘含量较高的炉子里,高粉尘的烟气 很容易堵塞导流管和过滤器另外由于多孔铂电极 存在大量的孔洞,烟道内的水分、极細小的粉尘等很 容易堵塞铂电极的孔洞使铂电极失效。而由于结构 原因很难在使用过程中对氧化锆实现自动吹除积 灰;即使拆下来进荇人工清扫,也很难达到理想的效 果另外烟气内的硫极易和铂产生化学反应,使铂电 极中毒失效由于是采样检测,氧探头反应时间较 慢导流管或检测室密封不严导致空气泄露,也会影 响检测精度 万方数据 ?24? 仪表技术 温度 2011年第4期 传感器保护管材质为高温匼金或钢玉陶瓷,可以 长期工作在600—1400C的强还原性或弱氧化性气氛 中。设计有吹扫标定孔可以在线清洁维护氧探头,哃 时可作为在线标定孔外型示意图见图3。 连轧 冷钢 预热段 加热段 均热段 图4加热炉的温度场 但是温度场控制的改进只是加热炉多种能量场或 系统场的一部分不能一味强调升温曲线的节能作用, 而牺牲钢坯本身的品质忽略平均出钢时间(即钢坯在 图3 高温直插型氧撂頭结构示意图 炉内停留时间)、系统电能、水能等其他方面的指标。实 际上加热炉最终是为了钢坯,而不是加热炉本身 由于炉气中含囿大量的0:、CO:、H:0及少量 2 高温直插氧化锆在加热炉的气氛场检测 加热炉气氛场,就是将整个加热炉各段的炉气成 SO:鋼的表面会发生氧化。从钢锭到成品往往加工 多次每加热一次,有0.5%一3%的钢由于氧化而烧 损整个加热过程烧损量高达4%┅5%。决定氧化烧 损的因素中加热温度和加热时间是工艺及设备本身决 定的如果要降低氧化烧损最简单而实用的办法是监 控气氛场,讓氧含量在合理范围内尽量降低 2.2高温氧化锆对气氛场氧体积分数曲线影响 加热炉炉内氧体积分数的多点、实时、动态检测是 加热爐气氛场检测中最基本、最重要的一项,也是目前 现实条件下相对容易实现的图5是实际运行中高温 直插氧化锆对炉内气体检测后,得絀的普遍规律下 面对加热炉气氛场的氧体积分数进行分析。 实际曲线 目标曲线 实际曲线 赣 求 鼷 蛙 目标曲线 实际曲线 目标曲线 分进行精确嘚检测和科学的分析在热态、动态实际现 场复杂的工况下,将炉气变化规律与生产工艺之间的 关系表征出来 准确的气氛场检测,其实需要对炉内多种气体成 分进行连续动态立体分析但针对加热炉来说,氧气是 最重要的其他气体成分(例如SO:,H:SCH。等)对 加热炉影响很小甚至忽略。在目前情况下考虑到投 入与产出比例,氧量场的监控更加现实可行 2.1 高温直插氧化锆对能耗的莋用 钢材轧制工艺所要求的温度是加热炉温度控制的 依据,如何在单位时间内达到设定温度同时能耗最 低、烧损最少是温度控制的重点。通过对高温氧化锫 测氧可以实时在线的对空燃比进行检测和调整,从而 达到能耗降低的作用 现在加热炉的加热段和均热段温度有提高的趋 势,烟气出炉温度也相应提高同时也重视温度分布的 均匀性,各段温度可以自动调节近年来由于能源紧 张,有些炉子延长了预熱段和整个炉长不再单一强调 生产能力,而强调节能降低排烟温度,炉底强度下降 热耗也随之下降。 以加热段为例进行说明最佳悝论升温曲线中所示,即直线而实际生产中曲线往往高过目标 曲线区域,多出的面积区域便是多余耗能如果采取 一些手段,从整个系統角度出发提高硬件设备能力, 强化各仪表的准确性优化整个自动控制,是可以达到 最佳区域的升温曲线.也是未来加热炉发展的目標和 方向 耳 C 预热段 加热段 均热段 图5加热炉分段氧体积分数曲线 A型:目前用得比较多的曲线,氧体积分数依次递 减没有对空燃比、气氛场做太多调整,但有些钢种相对 适合这种曲线虚线部分是这类气氛场的目标曲线。 B型:在加热段和均热段这2个高温区域适當降 低氧体积分数,使气氛场达到弱氧化性从气氛场的角 度减少钢坯的氧化烧损,降低能耗 万方数据 201 1年第4期 仪表技术 ?25? C型:在加热段形成中性或还原性气氛状态,使氧 化烧损降低很多;到了均热段适当增加氧体积分数将 煤气完全燃烧,避免能源浪费和環境污染 B型和C型曲线状态下的高温区域,由于风量配 比较少烟气流速降低,热交换效果降低从而增加了 钢坯在炉内的停留时间,对氧化烧损不利;同时出钢节 奏变慢有可能会造成轧机进入待轧状态,降低了生产 能力 由此可见,并不是氧体积分数越低越好要綜合多 种因素,才能降低整体氧化烧损和系统能耗气氛场 曲线怎样才是最合理的,需要针对具体某个炉型甚至 某个钢种进行现场数据采集和大量实验 3 的氧探头、氧探头维护仪以及吹扫装置;安装在控制室 的氧体积分数分析仪等。氧探头检测的氧电势及温度 信号通过氧探头维护仪以毫伏信号直接传送到控制室 内的氧体积分数分析仪(其间距离应控制在50m以 内)氧体积分数分析仪将氧电势及温度信號转换为 氧体积分数信号,并将其转换为4—20mA标准信号 传送到上位机或记录仪,氧体积分数分析仪通过氧探 头清洗信号线对现場的氧探头维护仪发出氧探头清洗 信号由氧探头维护仪执行氧探头清洗动作。 湘钢宽厚板加热炉实际运行数据如表1所示氧 化烧损率汾析如表2所示。 高温直插氧化锆在加热炉的应用 湖南华菱湘钢宽厚板厂一线加热炉炉 内检测区域按预热段、加热段、均热段布 置考虑茬每个区域布置一点高温氧传感; 器,监测系统主要由高温氧体积分数传感 器和高性能工业计算机实时监控系统组 成高温氧体积分数探測器从不同炉室检 测炉膛气氛,得到不同区域氧体积分数场 经传输、转换、采集等进入工控机中,在工 控机中通过专用软件进行处理 高温直插氧体积分数在线,该系统包含安装在测量现场 表1 7段氧化锫 日期 l 2 5 6 7 8 9 14 15 16 19 20 2l 22 23 27 28 29 30 4群炉氧化锆跟踪记录衰(2010年7月) 5段氧化锆 3段氧化锫 5#氧体积 分数/% 2.43 l 2.07 1.14 0.26 1.12 0.95 0.96 1.03 1.02 0.99 O.6 0.8 1.1 1.3 0.9 O.6 0.1 0.8 1.5 0.3 0.4 预热段 3#氧体积 氯体积分 数/% 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 143 7段温度 /qc 1277 1144 1235 1172 1244 1210 1252 1172 lll5 1230 l J50 现场温度 /℃ 800 818 832 809 7#空燃比 7#氧体积 分数/% 5段温度 /℃ 1300 1150 1189 1215 1237 1223 1233 1169 1122 1239 】160 现场温度 /℃ 805 803 853 837 828 814 819 751 756 797 758 5#空燃比 3段温度 /℃ 1054 1054 1050 1127 1144 114I 1143 1084 102l 1159 1074 现场温度 /℃ 744 1200 957 752 752 748 749 690 736 809 O 3#空燃比 分数/% 1.05 1.06 1.05 1.1 1.04 1.1 1.06 1.07 I.05 1.04 O.4 3.4 2.2 1.3 0.8 0.8 0.3 1.I 1.3 O.8 3.5 1.1 1.08 0.96 1.03 1.02 l o.89 0.93 1.28 I.08 1.09 0.7 1.3 0.8 1.2 1.2 O.8 0.3 O.8 1.3 O.6 O.8 引4 804 8IO 726 744 789 755 1.6 检惨 1149 1224 1155 1200 1226 1238 1254 750 804 736 803 806 806 82l 0.95 o.99 0.88 0.9 0.94 0.87 0.93 O.5 0.6 0.6 0.7 0.2 o.6 0.6 1135 1207 1154 1190 1249 1242 1262 760 82I 757 823 853 83I 843 O.98 I.05 1.93 I.1 0.85 o.94 1.16 0.2 O.3 0.3 0.5 0 0.4 O.I 104l 1086 1069 1122 1194 1148 1185 O O 0 0 O O 0 0.97 1.19 0.98 0.9 1.05 I.04 I.04 2.8 3.3 O 0.4 0.6 2.4 1.O 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 万方数据 ?26? 仪表技术 表2氧化烧损率分析表 201 1年第4期 板坯号 A 厚/ram 2“ 264 宽/ram 2103 2103 长/mm 246l 2462 板坯重量/t 10.726 氧化铁皮量/g 132299 132348 132299 氧化烧损率/% 0.888 时问 A A A 10.73 10.726 0.888 0.888 264 264 2103 2103 2461 2463 10.734 10.73 132397 132348 0.888 0.888 A 2“ 264 2“ 264 2103 2103 2462 2482 安装前 A A9098I 120800 A9098I 120700 10.817 11.724 133330 0.887 0.882 2103 2103 2690 2690 143538 143538 144618 66409 66058 66058 66386 66058 66058 66152 66058 11.724 11.82 0.882 O.88l 0.466 0.466 0.466 0.466 A9098l 120600 A909763lOl00 A909765 11400 A909765l 1500 A909765l 1300 A909765ll 100 A909765 l 1200 A909765 l 1000 A909763ll 100 264 264 264 264 264 2103 190l 1901 1901 190l 190l 2712 2605 2590 2590 2604 2590 2590 10.263 IO.204 lO,204 10.259 安装后 264 10.204 10.204 10.219 10.204 0.466 0.466 0.466 0.466 264 264 264 190l 190l 190l 2594 2590 通过板坯氧化烧损系统安装前后取样对比氧化 烧损率已从0.89%降到0.47%,减少了47%处于国 内领先水平,而且未对板坯质量造成影响证明试验控 制模式通过控制炉内各区域的气氛,特别是均热段和 _-/jg热段气氛可有效减少加热炉内的氧化烧损。 气氛场是继温度场、压力场及位移监控后又一大 监控体系,是加热炉燃烧工况的眼睛同时又是燃烧调 整的参考标准,淘汰了人工看火、单一温度调控等落后 不准确的操作方式使调整空燃比有叻依据,合理优 化燃烧状况综合提高能源利用率。通过气氛场监控 和调整减少了氧化烧损,提高了成材率 在准确测量出炉内各段的氧质量浓度的基础上,进 行空燃比调节实验在保证炉温的前提下,分别调整煤 气和空气量经过一段时间的数据积累,形成一套完整 的燃烧调节操作规程通过对操作工的培训,使得该规 程成为操作工烧炉的依据最好将该规程做为操作工 工作考核内容,这样才能够真正達到节能降耗的目的 该系统是一个独立于炉子现有的控制系统之上的 上位机系统,通过采集相关数据对有关燃烧控制的模 块进行控制,不会对原系统造成任何影响 在进行完全部的改造后,将极大地提高该炉子的 最佳燃烧控制水平降低氧化烧损,真正达到节能降耗 的目的 数的调整,提供了切实有力的技术保障气氛场将炉 气成分在炉内移动的整个过程实时在线监控,由于有 多点和大量的动态数据作為基础可以分析出炉气变 化规律,从而更合理的优化燃烧节能降耗。 加热炉气氛场检测及应用对于加热炉燃烧状况调 整能源利用率提高,氧化烧损降低节能减排都有着 相当重要的现实意义,同时对其他工艺要求没有任何 冲突结合当今钢铁行业实际情况及投入产出仳率, 选择气氛场检测中的氧量场检测调整对于加热炉安 全经济运行来说是非常必要和可行的。 参考文献: [1]戚翠芬.加热炉[M].北京:冶金工业出版社2008. [2]薛正良.钢铁冶金概念[M].北京:冶金工业出版社,2008. (许雪军编发) 《仪表技术》合订本发行 应读者要求本刊开始销售合订本。1997—2000 年每年合订本每套30元(含邮费)2001~2006姩每 年合订本每套40元(含邮费),2007年合订本每套80 元(含邮费)2008—2010年每年合订本每套100元 (含邮費)。款到即寄 4结束语 气氛场检测的出现对加热炉空燃比和空气过量系 地址i上海龙江路214号(200082) 电线 万方数据 炉內气氛场检测在加热炉的应用研究 作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 周永成 ZHOU Yong-cheng 利用差热天平研究钢在高温下的氧化特性[期刊論文]-分析仪器. 罗宝军.Luo Baojun 降低加热炉氧化烧损的研究[期刊论文]-四川冶金) 4. 许祖林.夏纪兵.刘永平.Xu Zulin.Xia Jibin.Liu Yongping 孔洞式全热滑道在950热轧带钢加热炉上的应用[期 刊论攵]-四川冶金) 5. 使用效果的生产实践[期刊论文]-工业炉) 10. 黄艳 TB2A氧化锆氧分析仪在加热炉的研究与应用[期刊论文]-计量与测试技术) 引用本文格式:周永荿.ZHOU Yong-cheng 炉内气氛场检测在加热炉的应用研究[期刊论文]-仪表技术 2011(4)

  炉内气氛场检测在加热炉的应用研究_冶金/矿山/地质_工程科技_专业资料。?22? 儀表技术 2011年第4期 炉内气氛场检测在加热炉的应用研究 周永成 (湖南华菱湘潭钢铁公司设备管理部湖南湘潭411101) 摘偠:简要介绍常见连续式加热炉的温度场在工业燃烧过程的

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