基于CLA-8000的加热炉氧化烧损研究

 基于CLA-8000的加热炉氧化烧损研究

满磊磊

（江苏省沙钢集团有限公司，钢板总厂热卷板一车间，江苏张家港， 215625）

摘要：针对热卷板车间加热炉气体浓度测量不准确的问题，本文介绍了一款CLA-8000激光燃烧分析仪，阐述其仪器结构组成、工作原理、实施方案。该设备自动测量分析加热炉内气体浓度，通过自动控制优化工艺参数，达到节约燃气消耗、减少氧化烧损、提高成材率的目的。

关键词：热连轧；加热炉；氧化烧损；

Research on oxidation and burning loss of heating furnace based on CLA-8000

Man Leilei

（Jiangsu Shagang Group Co., Ltd., Zhangjiagang, Jiangsu 215625）

Abstract:In response to the issue of inaccurate gas concentration measurement in the heating furnace of the hot coil workshop, this article introduces a CLA-8000 laser combustion analyzer, and explains its instrument structure, working principle, and implementation plan. This equipment automatically measures and analyzes the gas concentration in the heating furnace, optimizes process parameters through automatic control, and achieves the goal of saving gas consumption, reducing oxidation burning loss, and improving yield.

Keywords：hot continuous rolling; heating furnace; Oxidation burning loss;

钢坯进行加热处理时，由于表层暴露在空气中，会引起氧化反应[1]。这种氧化反应不仅会影响到钢材的性能，还会引发烧损。烧损对钢材的质量造成很大的影响，因此需要采取措施降低烧损的发生[2]。此外，在生产过程中带钢表面的氧化铁皮逐步加热，厚度会逐渐增加，质量增大从而导致脱落，脱落的氧化铁皮会降低炉底耐火材料的寿命，甚至会对正常的生产过程造成影响[3]，增加处理成本。为了降低氧化烧损量，可通过使用CLA-8000来实现浓度的精准测定，分析加热炉内燃烧气体的气氛[4]，对加热炉内情况有一个精准的把控。

1 概述

1.1 CLA-8000 激光燃烧分析仪的单元组成

1)发射单元

发射单元由不同的部件构成，各部件都有不同的作用。其中，界面部件主要负责将操作员的指令传输给仪器的其他部件。驱动模块则可以驱动激光器，确保能够稳定运行。处理模块则负责对激光信号进行处理和调整，以确保信号的质量和稳定性。激光器是发射激光信号的主要部件，其质量影响到仪器的测量准确。光学元件则是将激光束传输到样品上的关键组件，包括镜片、棱镜、光纤等。

2)接收单元

接收单元也是由多个部件组成。传感器为获取样品辐射的部件，负责将样品的辐射信号转成电信号，以供后续处理、分析。信号处理，用于处置传感器获取的信号。电源，则为接收单元提供所需的供电，确保其运行。而光学元件则负责将样品辐射转换成电信号，包括光纤、光束分束器、接收棱镜等。

3)吹扫单元

主要负责提供吹扫气源。过滤器主要用于过滤吹扫气源中的杂质，减压阀用于控制吹扫气源的压力，稳流装置则能够提供稳定的吹扫气体流量。这些部件共同作用，确保吹扫气体能够在仪器中得到正确和稳定的使用。

4)安装法兰和维护切断阀

安装法兰与切断阀是连接的关键部件。安装法兰主要用于连接仪器的各个部件，确保其正常工作。切断阀门则用于控制仪器的样品流，以便进行适当的样品准备和测量。此外，还包括吹扫接口和光路调整等功能，确保仪器能够正常运作。

5)正压单元

其为核心部件之一，内嵌正压控制模块，并采用隔爆设计，能够实时检测和控制防爆气体，从而确保仪器在高压环境下的安全和稳定运行。正压单元包括压力传感器、压力调节器、高压电源和隔爆设计等部分，通过这些部分的协作，确保仪器能够在高压环境下稳定运行。

1.2 CLA-8000 激光燃烧分析仪的测量原理

DLAS技术是一种利用激光选频吸收测量气体浓度的技术，其原理是利用激光的高精度频率锁定和气体分子之间的光谱吸收，测量激光传输过程中的强度变化来确定浓度。具体而言，当激光通过烟道时，会与气体分子相互作用，导致激光强度发生衰减。结合函数关系，测量衰减后的强度，就可计算出浓度。

先发出激光，经过光学元件聚焦并穿过烟道，最后被光电传感模块接收。转成电信号，并传输到分析控制模块中。对电信号开展处理，最终获得浓度数据。整个测量过程精确可靠，可以用于工业领域的气体浓度测量和环保领域的气体污染监测等。

图1 CLA-8000原理图

2CLA-8000激光燃烧分析仪实施方案

2.1光程测量

2CLA-8000实施方案的第一个步骤是光程测量，该步骤用于测量激光在被测气体中传播的距离，这个距离被称为测量光程。同时，吹扫光程指的是激光传播距离。在测量过程中，分析光束的传播路径与吹扫气体的速度来计算光程。这种方法可确定温度等数据，进而提供可靠的浓度测量值。

图2 光程说明示意图

2.2气体温度和气体压力测量

在现场进行温度和压力的测量时，可以通过手动输入等进行处理。这种方式可以用于许多现场测量的应用，例如在工业过程中监测流体或气体的温度和压力，或在实验室中进行科学研究。然而，对于使用激光技术的仪器，需要对气体的温度和压力变化进行修正。

这是因为气体的温度等变动，可能会对激光的传输和测量产生一定的影响。激光仪器可以通过利用光学原理进行测量，但在实际应用中，气体的折射率、散射、吸收等特性也会影响激光信号的传输和测量。因此，在进行测量之前，需要对气体的温度等开展测定，保障参数的精度。通常，这种修正可以通过在仪器中添加特殊的传感器或计算机算法来实现。进行实时测量和修正，可以减小激光测量的误差。此外，在进行测量时，还需要注意避免干扰因素的影响，例如光线、电磁场等，以保证测量结果的可靠性。

2.3输入、输出设置

输入输出参量如下表所示：

表1 分析仪输入输出信号

2.4仪表标定

标定有在线与离线，实际流程详见下图4、图5所述：

图4在线标定

其中，当维护阀被关闭后，二次仪表将会自动断电；当零点气源被接通后，生产过程中要保证气体被充分置换；当要进入发射端参数后进行设置标定时，必须修改标定气体浓度和气体温度。

图5离线标定

当进行离线标定时，须将标定管装到测量现场，要注意必须确认标定参数。具体离线标定操作如图5所示：

3CLA-8000激光燃烧分析仪技改效果

3.1 成材率提升

针对氧化烧损问题，虽然难以完全避免，但可以通过优化加热和轧制等工艺措施，有效控制其影响。利用激光燃烧分析仪（CLA-8000），实施技术改造，可以更加精确地控制炉内氛围。根据关于生产的统计资料可得出，在采取改造措施后，成材率明显增长。

3.2年经济效益提升

年经济效益的计算具体如下：

在热卷板车间单台加热炉年产量150万吨的情况下，按板坯价格3300元/吨，氧化铁回收价格65.元/吨计算，采用该项目可以在加热炉原有1.2%的氧化烧损率的基础上降低19.6%，可产生的年效益为：150万吨*1.2%*19.6%*（3300-650）元=934.92万元。此系统经过较长时间仍正常运行，经济利益的改善是显著的。

4结论

根据以上资料分析，在加热炉停炉期间，采用CLA-8000激光燃烧分析仪测量加热炉气体浓度，再通过自动调节阀门，改善炉内气体成分，从而优化车间生产流程，提高生产效益，改善成品质量。 报表分析结果表明，CLA-8000 激光燃烧分析仪投入使用后，钢卷成材率有了明显提升，年度经济效益取得了显著的提高。

参考文献

[1] 陆焱.  降低蓄热式板坯加热炉氧化烧损率的探索[J]. 中国高新技术企业. 2014(15)

[2]王乃帅,温治,楼国锋,刘利军,冯霄红,张道明.  富氧燃烧加热炉内钢坯氧化烧损影响因素分析[J]. 金属热处理. 2014(03)

[3]齐丽英,苍大强,洪流,杨静波,王宝军.  富氧燃烧加热炉钢坯氧化烧损的主要影响因素[J]. 冶金能源. 2013(03)

[4] 刘占增,宋中华,丁翠娇.  炉内气氛对钢坯氧化烧损影响的试验研究[J]. 武汉工程职业技术学院学报. 2015(03) .