澳大利亚NOVATECH氧化锆在钢铁行业中的应用

1．1 概述 

   目前中国希望大幅度降低每万元GDP的能源消耗,期望达到先进发达国家的同等水平.中国大钢铁公司是能源消耗的最大用户,因为国民经济飞速发展的需要中国的八大钢铁企业生产巨量的冷轧薄钢板材.各种冷轧薄钢板材为满足不同的加工需要必须要先进行退火处理.一般的情况下要在800~900度左右的高温下连续加热4-5天左右.消耗大量的能源.如果能有效的控制加热退火处理过氧,就可节约大量的能源.世界上最大的BHP(BLUE-SCOOPE)钢铁公司在所有加热退火处理的全氢和氮氢退火炉里及连续退火炉里都采用了世界上独一无二由澳大利亚NOVATECH公司生产的1638高温露点仪，这样既大幅度的提高了产品质量标准又节省了大量的能源,目前该公司所有的全氢和氮氢退火炉上必须在该仪器的监测下才能运行.按照该公司测算的结果，一台氮氢退火炉在运行3个月后就可回收投资该设备所需的全部成本,如果在中国所有的加热退火处理的全氢和氮氢退火炉里及连续退火炉里安装此设备,可相当建设了几十个大电厂或少挖掘几千个小煤矿.有效的保护地球资源. 

   1638高温露点仪是一台综合测试仪器,可以测量常氧,微氧,以及高温下的露点值.特别是在钢铁行业中的退火工艺,为保证板材在高温退火时不被氧化在退火前,退火炉都要在炉内进行气氛置换,用氮气来置换炉内的氧气,等氧气置换干净后才进行退火炉的升温操作.如按传统方式,会在无监测的情况下用大量多于的氮气来置换氧气,这样就会使氮气的用量大大提高,浪费的是企业的有效资源.另外在高温退火时也无法有效的监测炉内的氧含量而无法控制产品的质量，有时必须重新退火处理或产品降级处理.在失去时间的同时也失去了大量的能源从而降低企业经济效益.如果在退火炉中安装上澳大利亚NOVATECH公司1638高温露点仪和1231高温型探头,就可直接监测到退火炉内氧氛置换的整个过程，以及在炉温升到工作温度时及运行时炉内微氧变化情况.这样可大大降低能耗和控制了薄钢板材退火后产品的质量.为企业在短期内带来的是直接经济效益.

   NOVATECH公司的氧化锆探头具有耐高温（-30~1400℃）、抗腐蚀、不漂移、精度高的特性，仪器具备功能全、智能性强、检测系统多，一台仪器带有独立的双通道，大大降低了投资成本，在检测微氧时可达到10的负三十次方，是目前世界上唯一一台在高温，高水汽时，强腐蚀性气体下能测到高精度的仪器。NOVATECH氧化锆分析仪广泛应用于锅炉、炼炉、窖炉、加热炉、连轧炉、环型炉、罩式退火炉、井式炉等燃烧时氧含量百分比的监测。NOVATECH氧化锆分析仪在国际钢铁行业的节能、环保、产品质量的提高、氧化层的降低起到了积极特殊效应，得到了国际钢铁行业很高的口碑。

1．2 减低能耗

   钢铁行业的加热炉的加热都是通过煤气加空气进行燃烧加温，空气中含有21%的氧，而79%是不参与燃烧过程，等于说是把79%的其他气份加热后排放到大气中，一般的操作都采用过氧燃烧，而过氧燃烧会大大浪费能源，所以只有有效地控制好氧量，才能达到降低能耗的目的。根据有关国际专业部门测定，从40℃加热到1000℃，每减少1.5%的过氧燃烧，就能节省1.0%的热能，一般情况下可节能4%~6%所以有效控制好过氧燃烧的氧含量，才能真正达到节能的效果。

1.3 环保 

   综所周知，空气从40℃加温到1000℃，只有21%的氧参与燃烧，而79%的其他气份排放到大气中。在空气中79%的其他气份加温燃烧后就会变成二氧化氮、三氧化氮、二氧化硫、三氧化硫、与雨水结合后，就会变为硝酸，硫酸等酸雨，酸雨对环境和人类有极大的危害，所以控制氧量燃烧是对人类环保的贡献。 

1.4 安全 

   过氧燃烧对环境和能源都有影响，而缺氧燃烧也有危害。当氧气不足时，燃烧中的碳元素不能充分与氧结合燃烧，从而产生大量的一氧化碳，可能引起爆炸。所以控制好氧量是解决各种情况的关键因素。

1.5 提高产品质量

   氧在加热炉是不但参与了燃烧，而且还直接影响到钢板的质量和企业的经济效益，过氧燃烧时，加热炉中有大量的氧份，氧会与钢板起反映，将会产生大量的氧化层，在钢板表面产生很厚的氧化层，氧化层的厚薄直接影响到钢板的质量。经国际钢铁集团BHP公司测定，在加热炉中40℃加到1000℃时，1.5%~2%氧参与燃烧，氧钢板的氧化层可减少70%~80%，氧化层的减少直接提高了钢板质量和给企业带来经济效益。

1.6 提高设备使用寿命 

   由于加热炉中有大部分的构造部件都是金属，当过氧燃烧时，同样过氧燃烧产生的酸性气体与炉内的水（20%左右小蒸汽）结合，对金属部件造成很大的破坏和损坏。一般情况下，国内的炉子使用寿命比国外短，另外，维修更换部件的费用比国外高，其维修的费用是巨大的。 

   由此之外，燃烧时氧含量的监控非常重要，这也是为什么国外非常重视氧的监测。

2.1全氢和氮氢退火炉1638高温露点仪节能特性和具体的介绍

   退火炉或者热处理过程都使用氮气和氢气的混合气体作为炉内保护气氛，过去由于技术上的原因无法直接监测炉内的微氧，通常是通过测露点（在高温时氢和氧会形成水汽)。 

   空气中金属在高温时非常容易氧化，从而影响了被处理金属的质量。例如（中碳钢材）氧化后会产生蓝斑，这时要么重新再退火处理，要么降级销售处理。有许多这样的热处理过程。例如：1。中碳钢板材冷轧后退火处理。2.不锈钢的光亮退火处理。3.铜棒的退火处理,等等在高温退火处理时都需用氮气作为保护气氛来避免氧化发生。

   在退火处理时首先要用足够的氮气来清除炉内原有的氧气（通过不断的置换过程）但是此过程化费十分昂贵。一般加入适量比例的氢气来中和炉中剩余的微氧和由于炉子漏气而渗入炉中的氧。技术人员会根据需要用适当比例的氮氢混合气体充入炉内。炉内的氢在高温时与氧结合形成水况，有关人员通过雾镜或称露点来确定和判断氧气的含量。

   不幸的是雾镜（露点仪)不能提供标准的数据，因此无法准确判定炉内氧的含量，此外测定时必需抽出炉内的气体，因此不能提供连续的数据，实时监控炉内的情况，经常由于监控的失误而影响到炉内产品的质量。

   一般退火炉用水冷系统加速冷却过程（此方法可控制不同板材的硬度）。但如水管泄漏会造成炉内产品损害，由此化费很高的问题。炉内高温循环（冷热交替）会引起水管的泄漏。使用NOVATECH公司生产的 1638型高温露点仪（测微氧)仪器可实时监测炉内水管泄漏的情况，操作人员可迅速发现情况，关闭泄漏的水管避免问题的发生。一般情况下采用此项新技术，一台炉子在三个月左右时间可收回全部投资。 

   高温露点仪通过一专用电缆与探头连接，探头直接插入炉内，从探头处取得的电信号（一般氧气含量在百分之十的负十五次方至十的负二十次方左右）, 分析仪输出两路4-20mA标准电流来指示相应露点值或氧气值。 也可以用此信号输入到有关的控制设备（如PLC）等。另仪器可按预定值设置报警信号，使用者也可通过仪器的显示屏获取有关的数据。可通过计算机通讯接口RS232或网络接口RS485 连机输出， 输入，和控制相关的设备。

   根据钢铁厂加热炉的设计原理，可选择几种澳大利亚NOVATECH公司不同型号的探头和仪器型号组合。

2.2 直接监测加热炉炉膛 

   可选用NOVATECH公司的1231高温型探头，仪器为1638。因1638型，不但可监测氧量，还可监测炉中的露点值。

2.3 监测烟气氧含量

   可选用NOVATECH公司的1231型探头和1632型仪器。

2.4 安装位置

   选用1231高温型探头和1638型仪器，探头可直接安装在炉壁上，探头直接插入炉膛内，监测炉膛的氧量和露点值的变化。仪器可安装在加热炉的过道边，并通过仪器的输出端，把采集的数据送到中央控制室。 

   加热炉——进、出气排放口管导，炉膛监测点。 

   连轧炉——分段控温，炉膛监测点，烟气排放口。

   罩式退火炉——进气总管口和排气管口。

   环型退火炉——环型分段温控监测点和烟气排放口。

   井式炉——井口监测点。

2.5 探头的长度尺寸

   由于加热炉的炉膛壁厚在400mm~500mm，外加连接喉管150mm~200mm，所以一般选用探头的长度，L=1000mm的比较适合，那么插入炉膛的深度为200mm~300mm左右。 

   如放在排放烟气口管导，一般选用250mm~350mm左右，因排放烟气口的管壁较薄，所以一般探头插入深度达到200mm~300mm就可。 

2.6 回报周期计算公式 

           每月有质量问题的炉数（A） 

 （1）———————————— = 每月损耗率（C） 

每月总开炉数（B） 

 

     （2）每月总能耗（D）×每月损耗率（C）= 每月损耗费用（E）

 

           每月损耗费用（E） 

     （3）————————— = 每台月损耗费用（F） 

总炉数（G） 

 

每套仪器价格（L） 

 （4）—————————— = 回报周期（月）（X） 

每台月损耗费用（F） 

 

   注: 每月总能耗（D）=（每台燃料费（I）+ 每台氮氢费用(K)+人工费用(J)+炉子维修费用(Q)）×每月总开炉数（B）