钢铁工业是国民经济基础产业和国家综合实力的重要标志，我国钢材产量虽多年位居世界第一，但2024年遭遇了近五年来最严峻的挑战：产能过剩、价格下跌和企业利润大幅萎缩。根据中国钢铁工业协会的统计�?024年前三季度，重点钢铁企业营业收入同比下降6.87%，利润总额下降56.39%。预�?025年行业外部环境仍然严峻，成本和质量控制无疑是企业必须牢牢抓住皃�/span>“生命线”，是企业核心生存力的重要内容、�/span>

当前，我国钢铁工业正处在由大向强转变的历史性节点。政策持续强调高质量发展，如〉�/span>“十四五”原材料工业发展规划》强调“要从技术与质量上促进产业供给高端化”�?022年多部委联合发布的《关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见》指出，“要重点围绕低碳冶金、洁净钢冶炼、薄带铸轧、高效轧制等工艺技术上取得突破性进展。”与此同时，针对碳排放的严格监管，国务院发布《空气质量持续改善行动计划》要求“到2025年，全国80%以上的钢铁产能完成超低排放改造任务、重点区域全部实现钢铁行业超低排放”、�/span>大型钢铁企业面临提质和降碳双重压力，要优化产品质量和生产能耗，提高燃烧效率是关键、�/span>

提升燃烧效率，浓度与热值同测是必然趋势

加热炉是钢企热轧生产线上第一道工序的核心设备，其主要功能是将冷坯加热到轧制温度，占轧钢工序能耗的50%以上，加热炉燃烧效率的高低直接关系到轧钢生产的经济技术指标、�/span>

首先，钢坯加热的目的是提高坯料塑性，燃烧控制得当可保证合适的加热温度从而使钢坯状态达到最佳，在钢坯轧制时可减少因磨损和冲击造成的设备事故，提高轧机的生产率和作业率，有效降低轧制燃耗。其次，好的燃烧控制能改善钢坯的内部组织和性能，不均匀组织和非金属夹杂物可通过高温加热的扩散作用而均匀化。加热温度和均匀程度是体现加热质量的标志性指标，加热质量好的钢坯，容易获得断面形状正确、几何尺寸精准的成品、�/span>但在实际生产过程中，高炉/焦炉煤气存在因气体组分及热值变化波动较大导致燃烧效率不足的问题，所以准确在线测量其气体组分及热值变化情况并自动优化控制燃烧过程，可以大幅提高燃烧效率、�/span>

同时测量组分浓度和热值存在诸多难点。首先，钢铁冶金过程中所用到的燃料气体组分复杂，包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氮气、氢气，以及乙烷、丙烷、乙炔、乙烯等少量烃类。这些组分不但含量差别较大，且许多少量烃类组分拥有较高的热值，当这些气体混合存在时，其热值的计算需要精确测量每种组分的浓度和比侊�/span>。其次，加热炉生产过程通常是动态变化的，随着温度与燃料的变化将导致气体浓度瞬变，要求测量快速响库�/span>，以实现对工艺的实时决策和控制。再次，环境因素影响也很大，妁�/span>温度、压力和湿度都会影响热值测量的准确性；炉内气流不均也会影响气体检测样本的代表�?/span>。例如水蒸气凝结成液态水将导致对气体物理性质和化学组分的改变，进而影响热值的计算，传统的监测技术往往需要样品预处理，响应时间长，且难以适应高温、高压、高湿等恶劣的工业环境。最后，可燃气体监测的安全风险极髗�/span>，因为可燃气体一旦泄漏可能导致爆炸和火灾，并且某些气体具有毒性，能够对人体健康造成威胁、�/span>

除以上提到的宏观因素以外，检测技术和仪器性能局限也是影响监测数据质量的重要因素。技术局限通常包括选择性差、响应速度慢、温湿度依赖性强及测量范围限制等。而监测仪器的局限主要体现在维护和校准成本高、设备尺寸较大、对恶劣环境适应性差及数据处理能力有限等方面、�/span>

逐个击破难点，拉曼光谱分析技术将成为首逈�/span>

冶金过程气体监测技术经历了从采样分析到在线监测的转变、�/span>传统的气体监测技�?/span>�?/span>多依赖于人工采样和实验室分析＋�/span>此类方式不仅耗时耗力，而且难以实现实时监控。随着科技的进步，在线色谱分析、质谱分析和光谱分析等技术逐渐成为冶金过程气体监测的主流方法、�/span>这些技术能够提供准确的监测数据，帮助企丙�/span>更好�?/span>调整生产策略，优化工艺流程、�/span>

而在光谱技术中＋�/span>激光拉曼光谱分析技术显示出独特的优势，尤其适合于钢铁冶金领域的工业过程监测、�/span>其最大的特点是具月�/span>高选择性和灵敏�?/span>，能够精确区分和识别复杂的化学组分，并提供丰富的分子结构信息，帮助分析复杂样品。该技�?/span>无需样品预处琅�/span>，能够直接对气体样品进行分析，从而简化了分析流程。同时，激光拉曼具夆�/span>快速响应能劚�/span>，适合在线实时监测，且在分析过程中不会改变样品性质，实现非破坏性监测。此外，激光拉曼能夞�/span>更好地适应高温、高压、高湿和高粉尘等恶劣环境，且无需使用载气、色谱柱等耗材，从而降低了运行成本、�/span>

创新升级的四方仪器激光拉曼解决方桇�/span>

由四方仪器自主研发生产的激光拉曼光谱气体分析系列产品，具有秒级响应速度、测量浓度范围广、准确度高等特点，特别适用于目标气体种类已知的多组分气体长期快速在线的浓度检测，且能有效避免水的影响、�/span>不仅能在线实时定性及定量检测近20种气体浓度，还能同时计算显示气体热值、�/span>

四方仪器是国内首家通过自研自产，向市场推出激光拉曼气体分析仪器的厂商。早�?/span>2012年，四方仪器研发皃�/span>LRGA-6000就已经牵头承担了国家重大科学仪器设备开发专项“激光拉曼光谱气体分析仪器的研发与应用”项目，针对激光拉曼光谱法的特征信号较弱等业界难题，四方仪器钻研该分析技术十余年，最终攻克了测量精度受外部因素影响等难题，成功开发出具有自主知识产权的商业化产品。该分析系统获得十余项发明专利，并被授予�?021年度中国石油与化工自动化行业科技进步一等奖”、�?021年度中国分析测试协会科学技术奖（CAIA奖）二等奖”等多项荣誉、�/span>

在此之后，四方仪器陆续推出了同系列的LRGA-3100�?/span>LRGA-3200�?/span>LRGA-3200EX，作为钢铁冶金、煤化工、天然气开采集输、新能源电池等众多行业的气体组分浓度与热值监测配套应用产品。针对实验室环境，四方仪器推出了小型化的在线监测仪器，这些仪器设计精巧、操作简便，能够满足科研人员对精确数据的追求。而在工业现场，四方仪器则提供了更为坚固耐用的原位监测系统，这些系统采用防爆设计，能够在恶劣的工业环境中稳定运行，确保监测数据的准确性和实时性。此外，四方仪器还考虑到了用户对复杂组分气体监测的需求，推出了包含预处理单元的分析系统，以适应更为复杂的监测任务。其整体的设计理念是为用户提供定制化的监测方案，确保每一位用户都能得到满足其特定需求的产品和服务、�/span>

实际应用案例

中国宝武是全球规模最大的钢铁企业，旗下的宝钢股份武汉钢铁有限公司（以下简称：武钢有限）在热轧厂拥月�/span>7座加热炉，年产千万吨钢坯。该项目需为加热炉配备热值检测设备，以精准控制燃烧，提升空燃比的准确性、�/span>

�?/span>2022年以来，武钢有限热轧厂积极推进能耗降减和新技术应用。以1580产线为例，该产线年产量自2020年以来超过设计产�?0%以上，燃耗管理成为重点。尽管采取了多项措施，如提升加热炉自动化、优化生产组织等，但仍面临设备老化问题。原使用的红外热值分析仪因放置在11年前建造的防爆小屋而逐渐失效，且由于燃料预处理不当，已导致停用。如果不及时采取新措施对加热炉空燃比进行精确控制，不仅会带来燃耗增加，而且极易造成钢坯氧化烧损偏高和烟气污染物排放超标，更会直接影响轧钢成材率、铸坯表面质量甚至目标产量的达成、�/span>

武钢有限热轧厂钢坯加热现圹�/span>

热轧厂希望寻找更先进的热值检测设备，可以精准且实时检测加热炉生产过程中的气体组分浓度及热值，且不用再搭建类似防爆小屋的构建物。通过对不同技术路线和多个供应商方案的比较，热轧厂最终采用了四方仪器的明星产�?/span>——激光拉曼在线防爆型分析系统，对现场的红外热值分析仪进行了部分替换、�/span>

四方仪器经过评估后为用户量身定制的监测方桇�/span>

四方仪器为热轧厂1580产线加热炉安装了LRGA-6000在线防爆型激光拉曼光谱气体分析系统。该系统�?4小时在线快速准确测量高焦混合煤气中CO2、CO、H2、N2、CH4、CnHm和O2等主要气体成分体积浓度及热值，自动计算并显示数据，实时传输测量数据给燃烧控制系统，且与现有燃控系统融合，实现了基于该系统的燃烧自动化控制，达到最优燃烧效率与最佳空燃比。该方案将仪表集成在正压防爆柜内，完全适用于危险场景的使用，无需单独设立防爆分析小屋、�/span>

该解决方案实现了一台仪器解决热轧过程加热炉气体全流程检测和热值检测，满足多检测点在线实时循环检测的工况需求，无需载气和耗材，降低了使用维护成本。系统所采用的激光拉曼气体特征指纹技术抗干扰能力极强，有效避免了各类燃料中含量不一的水分对测量结果的影响，专门适用于此类高温及混合气体复杂的工作环境、�/span>

武钢有限热轧厁�/span>LRGA-6000设备运行现场

1580产线加热炉选择高端激光拉曼光谱气体分析仪正是武钢有限热轧厂深化数字化、智能化转型的缩影。该分析仪在项目现场已连续稳定运行一年多，取得了显著的经济效益和环境效益、�/span>

一、减少燃料浪贸�/span>

根据测得的准确热值可计算出空燃比，调整空燃比为最佳值可使燃料供给更加精准，燃料燃烧更加充分，从而提高燃烧效率。反之，若煤气热值频繁波动，将会造成加热炉空燃比不合理。空燃比例小将造成炉温低，导致冷坯升温加热时间长，加热炉加热能力低；空燃比例大则废气带走热量损失多，造成燃料浪费、�/span>

二、提升钢坯烧制质野�/span>

钢坯氧化程度主要受加热温度、加热时间与炉气成分的影响，钢的加热温度越高加热时间越长，炉内氧化性气体越多，钢坯表面氧化就越严重。同理，因氧化性气体增多而导致钢坯表面的碳产生化学反应即会造成脱碳的后果。此时需要连续检测所产生的热值数据来即时指导燃料供给量的增减，合理控制炉内氧含量，从而提升钢坯质量，避免钢坯经过轧制后表面形成麻点和裂纹等缺陷，降低烧损率、�/span>

三、实现节能减掑�/span>

在通过热值检测提高燃料燃烧效率的同时＋�/span>1580产线也降低了大量含有NOx和SO2的烟气外排和排烟热损失，避免过多未燃烧完全的燃料气体排出炉外，间接减少了加热炉的停炉时间和次数。在提高产量与质量的同时，也用无声行动响应着国家“双碳”政策，减少了CO2、CH4等温室气体排放对环境造成的影响、�/span>

2023年，热轧�?580产线年产量超480万吨，创年产量历史新高，连续4年实现增长，打破自己创造的效率天花板，燃耗、作业率等多项关键指标均刷新历史纪录，以实实在在的进步再次实现了自我突破，被宝钢股份授予“进步标杆机组”称号。而经过武钢有限热轧厂1580产线加热炉热值检测现场的实际性能验证以及严格测试评估，四方仪器激光拉曼热值分析仪获得了武汉有限热轧厂专家领导高度认可，将被优先应用于该客户其�?条加热炉产线、�/span>

结语

在钢铁冶金行业迈向高质量化与绿色化生产的今天，四方仪器以其卓越的激光拉曼光谱气体分析技术成为了这一变革的先锋。随着激光拉曼光谱气体分析技术的不断成熟和应用的深入，该技术在钢铁冶金行业的安全生产、环境保护和经济效益提升方面将发挥越来越重要的作用，推动行业的可持续发展、�/span>

四方仪器的创新之路，是一条不断探索、不断突破的旅程。公司始终坚持以客户需求为导向，以自主创新为核心，不断推动产品的性能提升和应用拓展。从LRGA-6000到LRGA-3200EX，每一款产品都是四方仪器技术实力的体现，更是公司对行业需求深刻理解的结晶。四方仪器坚信，通过不断的技术创新和服务升级，能够为冶金过程行业乃至更广泛的工业领域，提供更加卓越的监测解决方案，共同开创一个绿色、智能、可持续的工业未来、�/span>