高(gao)爐(lu)(lu)出鐵主(zhu)溝是高爐生(sheng)產的關(guan)鍵設備(bei)之一，直接(jie)關系著高爐(lu)冶(ye)煉(lian)生產(chan)的渣鐵排放、分(fen)離以及安全(quan)生產。鐵水(shui)主(zhu)溝(gou)型(xing)式(shi)(shi)改為(wei)儲鐵式(shi)、工(gong)作層襯(chen)體由(you)傳(chuan)統的(de)搗打(da)型(xing)升(sheng)級(ji)為(wei)澆注型后，通(tong)鐵量得以顯著提(ti)高(gao)。同時，由于儲鐵(tie)式鐵水主溝的耐(nai)火內襯幾乎完全(quan)被高溫渣鐵所掩蔽，不能直(zhi)接觀察到(dao)工作(zuo)層(ceng)(ceng)襯體的(de)侵蝕形態(tai)，主溝(gou)燒(shao)穿漏(lou)鐵的(de)發生(sheng)幾率(lv)也同時上升。尤(you)其在(zai)超(chao)高強度冶(ye)煉、一次出(chu)鐵量大幅增加(jia)、采用內襯承包服務(wu)的模式場(chang)合，持續提(ti)高(gao)(gao)主溝通鐵(tie)量以(yi)改善經(jing)濟效益(yi)(yi)為常(chang)態(tai)，常見(jian)因(yin)未能及(ji)時準確探查到工作層襯體的侵(qin)蝕形態而出現燒穿漏鐵的安全事故。

鐵水主(zhu)(zhu)溝通鐵量(liang)與內襯耐火材(cai)料的(de)結構和技(ji)術性能、工藝設(she)計特征、渣(zha)鐵(tie)成(cheng)分、施(shi)工制(zhi)作(zuo)(zuo)等因素密(mi)切相關(guan)，其中(zhong)的內襯(chen)結(jie)構與技(ji)術性能(neng)是(shi)獲得高鐵量的基礎(chu)(chu)。傳統(tong)(tong)鐵(tie)水(shui)主(zhu)溝(gou)采用澆注型工作襯體時，工作層襯體(ti)與(yu)鋼殼之間的永久層(ceng)一般均(jun)采(cai)用標普(pu)型小塊(kuai)耐火(huo)磚砌成(cheng)，同時在鋼殼熱面砌筑一(yi)(yi)層隔熱磚(zhuan)以降(jiang)低鋼(gang)殼(ke)的(de)(de)溫度；有的(de)超(chao)大(da)型高爐的鐵水(shui)(shui)主(zhu)溝為防止渣鐵意(yi)(yi)外(wai)接觸鋼(gang)(gang)殼出(chu)現瞬(shun)間燒穿(chuan)(chuan)，在鋼(gang)殼(ke)內(nei)(nei)面還砌筑一層高(gao)鋁(lv)-碳化硅(gui)磚。由(you)于鐵(tie)水(shui)主(zhu)溝使用過程(cheng)中存在(zai)振(zhen)動、冷(leng)-熱循環、工作(zuo)層(ceng)襯(chen)體解體沖擊(ji)等，這種(zhong)小(xiao)塊耐火磚(zhuan)永久層(ceng)襯(chen)體不可避免地存(cun)在(zai)移位、松(song)(song)動、磚縫(feng)松脫等現象，導致(zhi)工作(zuo)層(ceng)襯(chen)(chen)體(ti)不(bu)能獲得(de)良好的(de)背部(bu)(bu)支撐而出現應力裂紋；移(yi)位、松動(dong)的永(yong)久層也不(bu)能較好(hao)地限制空氣從(cong)工作層背(bei)部滲入，進而影(ying)響工作層冷端的耐材抗侵(qin)(qin)蝕性能(neng)，降(jiang)低了(le)工(gong)作(zuo)層(ceng)的有效厚(hou)度。

傳統爐前維護中，由于鐵(tie)水(shui)主(zhu)溝內襯(chen)處于高溫(wen)(wen)渣鐵(tie)完(wan)全遮(zhe)蔽(bi)不可見(jian)的(de)狀態，操作者(zhe)多采用人工(gong)棒(bang)探(tan)的方式在(zai)鐵后(hou)探測工作(zuo)層襯體的侵蝕深度、是否(fou)出現(xian)溝(gou)槽等；為(wei)了保(bao)險(xian)(xian)，有的高爐(lu)采用放殘鐵(tie)檢查(cha)工作層襯體的侵蝕形態，但此(ci)時會(hui)(hui)降低鐵(tie)水主溝(gou)的通(tong)鐵量。人工棒探的探(tan)查方式(shi)既不(bu)能全面地(di)探查(cha)到工作(zuo)層(ceng)襯體的侵蝕形態(tai)，又難(nan)以及時準確(que)地(di)發現工作層襯體(ti)的裂(lie)縫、孔洞(dong)(dong)等(deng)危(wei)險點，因(yin)而(er)埋下鐵水(shui)主溝燒穿漏(lou)鐵的危險隱(yin)患(huan)。

上(shang)述可(ke)見，改(gai)進鐵(tie)水(shui)主(zhu)溝永(yong)久層(ceng)襯(chen)體結構、提高通鐵量，利(li)用先進(jin)成熟的數字化(hua)智慧(hui)工業技術實時監控(kong)(kong)主溝(gou)內(nei)襯侵(qin)(qin)蝕(shi)進(jin)程應該是提高(gao)(gao)高爐爐(lu)前(qian)裝備水平(ping)的(de)重要內容之(zhi)一(yi)。

永(yong)久層(ceng)襯體(ti)的結(jie)構改進

某公(gong)司針對(dui)標普(pu)型小(xiao)塊耐火磚(zhuan)(zhuan)、隔熱磚砌成(cheng)鐵水主(zhu)溝(gou)永久層(ceng)的技(ji)術(shu)不(bu)足，早在2009 年(nian)即(ji)在(zai)超大(da)型高爐的(de)鐵(tie)水主溝(gou)上開始采用特異型大(da)塊耐火制品(pin)永久層(ceng)，近(jin)年(nian)又連續為(wei)中國寶武集團(tuan)超大型高爐(lu)的(de)多(duo)條鐵(tie)水主(zhu)溝上(shang)提供(gong)了(le)(le)特異型大塊制(zhi)品永久(jiu)層(ceng)(ceng)項(xiang)目，斷面結構見(jian)圖1。

圖1 所示(shi)的鐵水主溝(gou)永(yong)久層(ceng)中，側壁采用高(gao)鋁-碳化硅(gui)質大(da)(da)塊耐火制(zhi)品，底(di)角采用高鋁質大(da)塊(kuai)耐火(huo)制(zhi)品(pin)，側壁大塊耐火制品(pin)與鋼殼(ke)之(zhi)間設(she)有隔(ge)熱緩沖墊(dian)與澆注襯。這種鐵水主溝永久層襯體中(zhong)，側壁(bi)(bi)大塊(kuai)制(zhi)品具有抵抗熔(rong)(rong)融渣(zha)鐵侵(qin)蝕的(de)能(neng)力(li)，當出現(xian)鐵(tie)水意(yi)外鉆透工作層(ceng)襯(chen)體(ti)時(shi)可阻礙鐵水迅速接(jie)觸、燒(shao)損側壁(bi)鋼殼；大(da)塊(kuai)耐火(huo)制品之(zhi)間(jian)(jian)均設(she)有細部(bu)密閉(bi)結(jie)構，強化了永(yong)久(jiu)層襯體(ti)對熔融鐵(tie)(tie)水、空氣的阻斷(duan)能力(li)；永(yong)久層中設(she)置膨脹縫，消除熱(re)膨(peng)脹(zhang)對鋼殼與工作層(ceng)襯體的不利(li)影(ying)響；鋼殼工作溫度(du)低、壽命(ming)長、能(neng)在整(zheng)個工(gong)作周期中(zhong)為工作(zuo)層襯(chen)體(ti)提供(gong)有(you)力(li)支(zhi)撐；根據工作層侵蝕特(te)征，分(fen)區設置可更換(huan)的(de)測(ce)溫熱(re)電偶與溫度監(jian)視系統(tong)，建立工作(zuo)層(ceng)侵(qin)(qin)蝕形貌的推(tui)測模型，實(shi)時監(jian)視內(nei)襯(chen)(chen)溫度、工作層侵蝕(shi)(shi)量、侵蝕(shi)速率(lv)(lv)等。

內(nei)襯溫(wen)度監視(shi)與侵(qin)蝕推測系(xi)統

該(gai)公(gong)(gong)司在(zai)提(ti)(ti)供(gong)圖(tu)1 所(suo)(suo)示(shi)的(de)鐵(tie)水主溝(gou)(gou)大塊制品(pin)永久層時(shi)，同(tong)時(shi)整體(ti)提(ti)供由(you)熱電(dian)偶測溫、溫度(du)采(cai)集、數(shu)據庫(ku)、PLC、

數學(xue)模型構成的(de)溫度監(jian)視與內(nei)襯侵蝕形貌推(tui)測系(xi)統(tong)。利(li)用此(ci)數字(zi)化智慧管理系(xi)統，操(cao)作人(ren)員通(tong)過終端(duan)顯(xian)示的(de)大塊制品實時(shi)溫(wen)度(du)，能(neng)夠及時掌(zhang)握工作層(ceng)的(de)侵蝕(shi)情況(kuang)。同時，該系統根(gen)據傳熱原理(li)，采用(yong)(yong)有限元(yuan)方(fang)法(fa)(fa)建(jian)立了(le)大(da)塊耐(nai)火制(zhi)品(pin)溫度、工作層侵蝕(shi)深度之間的數學關系，利用溝襯三(san)維掃(sao)描技術(shu)提(ti)高推測模型(xing)精度，從而實時將(jiang)(jiang)工作層侵蝕深(shen)度、侵蝕(shi)趨(qu)勢直(zhi)(zhi)觀(guan)地(di)提供(gong)給(gei)管(guan)(guan)理員，使其能(neng)夠及時、準(zhun)確(que)地掌(zhang)握(wo)鐵(tie)水主溝的(de)(de)安(an)全狀(zhuang)(zhuang)態。無疑(yi)，這種(zhong)(zhong)數字(zi)化智(zhi)慧管理較(jiao)傳統(tong)人(ren)工棒(bang)探方式(shi)提(ti)高了時效(xiao)與精度(du)，將(jiang)工作層內(nei)(nei)襯(chen)的利用控制(zhi)在(zai)(zai)了合(he)理的(de)冗(rong)余程度(du)(du)。

上述內(nei)襯溫度監視(shi)與侵蝕(shi)推(tui)測(ce)系統(tong)(tong)的(de)主(zhu)要功(gong)能包括(kuo)：鐵水(shui)主溝內襯溫度的(de)自(zi)動采(cai)集、分析、存儲和顯示，結構材料特性修正與自學習(xi)，自動繪制、顯(xian)示(shi)各(ge)溫度(du)測點(dian)數據(ju)的(de)趨勢曲線(xian)，溫(wen)(wen)度管(guan)理值設(she)定(ding)與二級自動報警(jing)，統(tong)計(ji)報表功能，圖(tu)形、數(shu)據、報表的輸出功(gong)能(neng)，工作(zuo)層(ceng)襯體(ti)侵蝕(shi)形(xing)(xing)貌判(pan)斷(duan)與(yu)推(tui)測。

與(yu)普通(tong)場(chang)合應用的溫度監視(shi)(shi)系統比(bi)較，上述系統的最(zui)(zui)大特點(dian)在(zai)于(yu)系(xi)統(tong)能夠對(dui)構成(cheng)鐵水主溝的物(wu)(wu)理(li)體系特性進(jin)行自學(xue)習、修正，從而提(ti)高了(le)工作(zuo)層襯(chen)體侵蝕形貌(mao)的推測速度與(yu)精度，使得(de)該系統(tong)能(neng)夠為管理員(yuan)提供更(geng)加接近實際的推測(ce)結果。該(gai)(gai)公司(si)(si)已經開發(fa)成功基于(yu)矩(ju)陣測溫、神經網(wang)絡算(suan)法的鐵水(shui)主溝數字化智慧管理(li)系統，利用此(ci)系統能夠(gou)獲得更高精度的(de)鐵水主溝工作(zuo)(zuo)層襯(chen)體侵蝕形貌。

應用概況(kuang)(kuang)

近幾(ji)年(nian)，該(gai)公司(si)已(yi)經(jing)完(wan)成了(le)國內外8 條、正(zheng)在進行6 條(tiao)超(chao)大型高(gao)爐的鐵水主(zhu)溝大塊(kuai)制品(pin)永久層(ceng)和數(shu)字化智(zhi)慧(hui)(hui)改造，主要改造內容包(bao)括：鐵(tie)水(shui)主溝(gou)大(da)塊(kuai)制品(pin)永久層襯體、溫度監視(shi)系統與工作(zuo)層(ceng)侵蝕(shi)形(xing)貌推測數學模(mo)(mo)型。其(qi)中，國內(nei)某(mou)鋼(gang)鐵公(gong)司4700m3高(gao)爐(lu)(lu)已(yi)(yi)經(jing)于2020 年(nian)11 月份(fen)順(shun)利(li)(li)投產，截至目前(qian)，鐵(tie)水(shui)主(zhu)溝在各運行周(zhou)期中未出現(xian)異常膨脹、渣鐵滲漏、空(kong)氣串(chuan)(chuan)漏、鋼殼(ke)溫(wen)度(du)超限等(deng)現(xian)象。

結 語

由標(biao)普型(xing)小塊耐火磚(zhuan)、隔(ge)熱磚構成(cheng)的鐵水主(zhu)溝(gou)永久層、人工棒探檢(jian)查方式(shi)，在(zai)現代(dai)(dai)超(chao)高冶(ye)煉強度(du)高爐上存在通鐵量提升效率(lv)與安(an)全保障能力(li)的(de)不足(zu)，應(ying)(ying)該予以有(you)效改(gai)進(jin)。

采用(yong)(yong)特(te)異型大塊(kuai)耐火(huo)制品構(gou)筑(zhu)的鐵(tie)水(shui)主溝永久層襯(chen)體(ti)，在穩(wen)定性、密閉(bi)性、對工(gong)作層襯體的支撐能(neng)(neng)力(li)等方面(mian)優(you)于(yu)傳統(tong)型(xing)式的永久層，對降低工(gong)作層襯體、提(ti)高鐵水主溝通鐵量(liang)(liang)具有明顯效(xiao)果。

利(li)用大塊制品(pin)永久(jiu)(jiu)層襯體(ti)中(zhong)預(yu)置的(de)熱(re)電偶實時檢測襯體溫度，并集成溫度采集、數據庫、數學模型建立的鐵水(shui)主溝(gou)數字化(hua)智慧管(guan)理的實時性、準確(que)度(du)等優于傳統(tong)的人工(gong)棒探，可(ke)實時、直觀地為管理員(yuan)提供鐵水(shui)主(zhu)溝工(gong)作層襯(chen)體的侵蝕形(xing)貌(mao)與趨(qu)勢，指導管理員進(jin)行(xing)鐵水主溝運(yun)行、休止(zhi)的準(zhun)確管理(li)，提(ti)高了爐前(qian)安全(quan)生產(chan)保障(zhang)能(neng)力(li)。

裝(zhuang)備特異型大塊(kuai)制(zhi)品永(yong)久層、數字化(hua)智慧管理(li)系(xi)統的鐵水主溝(gou)已經(jing)在多條超大型高爐的(de)鐵水(shui)主(zhu)溝(gou)得到(dao)實際應(ying)用(yong)，獲得(de)(de)預期使(shi)用效果(guo)(guo)。