澳大利亞NOVATECH氧化鋯在鋼鐵行業中的應用

1．1 概述 

   目前中國希望大幅度降低每萬元GDP的能源消耗,期望達到先進發達國家的同等水平.中國大鋼鐵公司是能源消耗的最大用戶,因為國民經濟飛速發展的需要中國的八大鋼鐵企業生產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行退火處理.一般的情況下要在800~900度左右的高溫下連續加熱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氫退火爐里及連續退火爐里都采用了世界上獨一無二由澳大利亞NOVATECH公司生產的1638高溫露點儀，這樣既大幅度的提高了產品質量標準又節省了大量的能源,目前該公司所有的全氫和氮氫退火爐上必須在該儀器的監測下才能運行.按照該公司測算的結果，一臺氮氫退火爐在運行3個月后就可回收投資該設備所需的全部成本,如果在中國所有的加熱退火處理的全氫和氮氫退火爐里及連續退火爐里安裝此設備,可相當建設了幾十個大電廠或少挖掘幾千個小煤礦.有效的保護地球資源. 

   1638高溫露點儀是一臺綜合測試儀器,可以測量常氧,微氧,以及高溫下的露點值.特別是在鋼鐵行業中的退火工藝,為保證板材在高溫退火時不被氧化在退火前,退火爐都要在爐內進行氣氛置換,用氮氣來置換爐內的氧氣,等氧氣置換干凈后才進行退火爐的升溫操作.如按傳統方式,會在無監測的情況下用大量多于的氮氣來置換氧氣,這樣就會使氮氣的用量大大提高,浪費的是企業的有效資源.另外在高溫退火時也無法有效的監測爐內的氧含量而無法控制產品的質量，有時必須重新退火處理或產品降級處理.在失去時間的同時也失去了大量的能源從而降低企業經濟效益.如果在退火爐中安裝上澳大利亞NOVATECH公司1638高溫露點儀和1231高溫型探頭,就可直接監測到退火爐內氧氛置換的整個過程，以及在爐溫升到工作溫度時及運行時爐內微氧變化情況.這樣可大大降低能耗和控制了薄鋼板材退火后產品的質量.為企業在短期內帶來的是直接經濟效益.

   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、檢測系統多，一臺儀器帶有獨立的雙通道，大大降低了投資成本，在檢測微氧時可達到10的負三十次方，是目前世界上唯一一臺在高溫，高水汽時，強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用于鍋爐、煉爐、窖爐、加熱爐、連軋爐、環型爐、罩式退火爐、井式爐等燃燒時氧含量百分比的監測。NOVATECH氧化鋯分析儀在國際鋼鐵行業的節能、環保、產品質量的提高、氧化層的降低起到了積極特殊效應，得到了國際鋼鐵行業很高的口碑。

1．2 減低能耗

   鋼鐵行業的加熱爐的加熱都是通過煤氣加空氣進行燃燒加溫，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能源，所以只有有效地控制好氧量，才能達到降低能耗的目的。根據有關國際專業部門測定，從40℃加熱到1000℃，每減少1.5%的過氧燃燒，就能節省1.0%的熱能，一般情況下可節能4%~6%所以有效控制好過氧燃燒的氧含量，才能真正達到節能的效果。

1.3 環保 

   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、與雨水結合后，就會變為硝酸，硫酸等酸雨，酸雨對環境和人類有極大的危害，所以控制氧量燃燒是對人類環保的貢獻。 

1.4 安全 

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

1.5 提高產品質量

   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量和企業的經濟效益，過氧燃燒時，加熱爐中有大量的氧份，氧會與鋼板起反映，將會產生大量的氧化層，在鋼板表面產生很厚的氧化層，氧化層的厚薄直接影響到鋼板的質量。經國際鋼鐵集團BHP公司測定，在加熱爐中40℃加到1000℃時，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量和給企業帶來經濟效益。

1.6 提高設備使用壽命 

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

   由此之外，燃燒時氧含量的監控非常重要，這也是為什么國外非常重視氧的監測。

2.1全氫和氮氫退火爐1638高溫露點儀節能特性和具體的介紹

   退火爐或者熱處理過程都使用氮氣和氫氣的混合氣體作為爐內保護氣氛，過去由于技術上的原因無法直接監測爐內的微氧，通常是通過測露點（在高溫時氫和氧會形成水汽)。 

   空氣中金屬在高溫時非常容易氧化，從而影響了被處理金屬的質量。例如（中碳鋼材）氧化后會產生藍斑，這時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都需用氮氣作為保護氣氛來避免氧化發生。

   在退火處理時首先要用足夠的氮氣來清除爐內原有的氧氣（通過不斷的置換過程）但是此過程化費十分昂貴。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。技術人員會根據需要用適當比例的氮氫混合氣體充入爐內。爐內的氫在高溫時與氧結合形成水況，有關人員通過霧鏡或稱露點來確定和判斷氧氣的含量。

   不幸的是霧鏡（露點儀)不能提供標準的數據，因此無法準確判定爐內氧的含量，此外測定時必需抽出爐內的氣體，因此不能提供連續的數據，實時監控爐內的情況，經常由于監控的失誤而影響到爐內產品的質量。

   一般退火爐用水冷系統加速冷卻過程（此方法可控制不同板材的硬度）。但如水管泄漏會造成爐內產品損害，由此化費很高的問題。爐內高溫循環（冷熱交替）會引起水管的泄漏。使用NOVATECH公司生產的 1638型高溫露點儀（測微氧)儀器可實時監測爐內水管泄漏的情況，操作人員可迅速發現情況，關閉泄漏的水管避免問題的發生。一般情況下采用此項新技術，一臺爐子在三個月左右時間可收回全部投資。 

   高溫露點儀通過一專用電纜與探頭連接，探頭直接插入爐內，從探頭處取得的電信號（一般氧氣含量在百分之十的負十五次方至十的負二十次方左右）, 分析儀輸出兩路4-20mA標準電流來指示相應露點值或氧氣值。 也可以用此信號輸入到有關的控制設備（如PLC）等。另儀器可按預定值設置報警信號，使用者也可通過儀器的顯示屏獲取有關的數據?？赏ㄟ^計算機通訊接口RS232或網絡接口RS485 連機輸出， 輸入，和控制相關的設備。

   根據鋼鐵廠加熱爐的設計原理，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，不但可監測氧量，還可監測爐中的露點值。

2.3 監測煙氣氧含量

   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，監測爐膛的氧量和露點值的變化。儀器可安裝在加熱爐的過道邊，并通過儀器的輸出端，把采集的數據送到中央控制室。 

   加熱爐——進、出氣排放口管導，爐膛監測點。 

   連軋爐——分段控溫，爐膛監測點，煙氣排放口。

   罩式退火爐——進氣總管口和排氣管口。

   環型退火爐——環型分段溫控監測點和煙氣排放口。

   井式爐——井口監測點。

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，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到200mm~300mm就可。 

2.6 回報周期計算公式 

           每月有質量問題的爐數（A） 

 （1）———————————— = 每月損耗率（C） 

每月總開爐數（B） 

 

     （2）每月總能耗（D）×每月損耗率（C）= 每月損耗費用（E）

 

           每月損耗費用（E） 

     （3）————————— = 每臺月損耗費用（F） 

總爐數（G） 

 

每套儀器價格（L） 

 （4）—————————— = 回報周期（月）（X） 

每臺月損耗費用（F） 

 

   注: 每月總能耗（D）=（每臺燃料費（I）+ 每臺氮氫費用(K)+人工費用(J)+爐子維修費用(Q)）×每月總開爐數（B）