基于拉曼光谱的转炉烟气中多组分气体在线分析方法研究.pdfVIP

第45卷，第1期光谱学与光谱分析Vol.45,No.1,pp146-151

2025年1月SpectroscopyandSpectralAnalysisJanuary,2025

基于拉曼光谱的转炉烟气中多组分气体在线分析方法研究

郑传新1，刘晓萌2*，李泉，孟征3，王恩宁3，司星宇4，王健年4，李振林4，王红球4

1.鞍钢集团本钢板材股份有限公司炼钢厂厂部，辽宁本溪117021

2.中国计量科学研究院计量科学研究所，北京100029

3.大连艾尔科技发展有限公司技术部，辽宁大连116021

4.北京鉴知技术有限公司技术开发部，北京100083

摘要冶金行业中，转炉烟气的在线分析普遍采用激光吸收光谱法等单组分气体分析技术，实践中需使

用多传感器的组合以同时监测CO、CO2、O2、H2等多组分，分析系统整体的复杂程度和成本高，响应速度

慢，逐个传感器的日常校正维护工作量大。为简化在线分析系统的复杂度，提高分析效率，实现炼钢流程的

降本增效，首创性的建立了一种转炉烟气中多组分气体实时在线分析的拉曼光谱方法，并首次研制了专用

于炉气检测的多组分气体分析系统。通过检测CO、CO2、N2、O2、H2五组分的拉曼光谱特征峰强，对五组

分含量进行同时定量分析。检测范围0.1%～100%，检测精密度RSD值均0.1%。分析系统中，样气处理

模块采用耐高温探头和大功率抽气泵，快速、有效去除进入分析仪的样气中水分和灰尘，保证测试条件稳

定；分析模块采用窄线宽532nm激光器和透射式光谱仪，并通过空间光路设计以提高检测灵敏度，满足气

体检测需求。相比于现有的单组分在线分析技术，所提出的多组分检测方法可同时给出五组分的定量结果，

不受样气压力、测试条件变化影响，样气前处理难度低，检测准确度高，系统维护简单。N²标准气体的拉曼

散射信号特征峰强在24h内波动≤0.48%。经标准样品验证，该方法检测误差≤0.3%，达到转炉烟气实时

检测的需求。该方法不仅在冶金行业有广阔应用前景，还可通过模型扩展以拓展到其他多组分气体实时在

线分析监测领域。

关键词拉曼光谱；在线气体分析；转炉烟气；多元标准曲线模型；冶金

文献标识码：AD0l:10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0146-06

中图分类号：0659.2

copy，TDLAS）、磁氧分析仪等单/双组分分析监测技

引言术[2.5]。在冶金实践中，必须使用多个基于上述技术的传感

器组合来实现多组分气体同时分析监测。分析系统复杂、成

在转炉炼钢流程中，转炉烟气的实时分析对于炼钢过程本高，响应速度慢（≥10s）。日常校正维护需对多个传感器

中转炉熔池内反应的动态监控、干法除尘泄爆预防和评估烟逐个进行，程序繁琐，在原理上无法实现对N²等组分的直

气回收价值至关重要[1-5]。转炉烟气通常含有CO、CO2、N2、接分析。多组分气体分析检测方法和仪器模块的研究，对于

O2、H2等主要成分，其中CO和CO2浓度变化与转炉炼钢简化转炉烟气在线分析系统的复杂度，提高分析实时性，降

脱碳趋势、炉内渣况密切相关，CO和O2浓度与烟气热值和低检测成本，实现炼钢流程的降本增效具有重大意义。近年

回收价值密切相关，而H²浓度过高则与转炉烟道锅炉管道来，质谱仪逐渐在转炉烟气多组分实时分析中得到应用，但

水汽泄露有关2-3.51。通过实时分析转炉炼钢过程炉气组分质谱仪本质上仍是一种离线检测的精密仪器，对样气前处理

可快速评估转炉炼钢过程工艺情况，确定炼钢脱碳终点，降系统的要求很高，仪器操作难度大，在长期使用中仪器内部

低生产成本，提高产品质量。易被炉气污染，维护工作量和成本很高[4