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高爐出鐵主溝是高爐生產的關鍵設備之一，直接關系著高爐冶煉生產的渣鐵排放、分離以及安全生產。鐵水主溝型式改為儲鐵式、工作層襯體由傳統的搗打型升級為澆注型后，通鐵量得以顯著提高。同時，由于儲鐵式鐵水主溝的耐火內襯幾乎完全被高溫渣鐵所掩蔽，不能直接觀察到工作層襯體的侵蝕形態，主溝燒穿漏鐵的發生幾率也同時上升。尤其在超高強度冶煉、一次出鐵量大幅增加、采用內襯承包服務的模式場合，持續提高主溝通鐵量以改善經濟效益為常態，常見因未能及時準確探查到工作層襯體的侵蝕形態而出現燒穿漏鐵的安全事故。

鐵水主溝通鐵量與內襯耐火材料的結構和技術性能、工藝設計特征、渣鐵成分、施工制作等因素密切相關，其中的內襯結構與技術性能是獲得高鐵量的基礎。傳統鐵水主溝采用澆注型工作襯體時，工作層襯體與鋼殼之間的永久層一般均采用標普型小塊耐火磚砌成，同時在鋼殼熱面砌筑一層隔熱磚以降低鋼殼的溫度；有的超大型高爐的鐵水主溝為防止渣鐵意外接觸鋼殼出現瞬間燒穿，在鋼殼內面還砌筑一層高鋁-碳化硅磚。由于鐵水主溝使用過程中存在振動、冷-熱循環、工作層襯體解體沖擊等，這種小塊耐火磚永久層襯體不可避免地存在移位、松動、磚縫松脫等現象，導致工作層襯體不能獲得良好的背部支撐而出現應力裂紋；移位、松動的永久層也不能較好地限制空氣從工作層背部滲入，進而影響工作層冷端的耐材抗侵蝕性能，降低了工作層的有效厚度。

傳統爐前維護中，由于鐵水主溝內襯處于高溫渣鐵完全遮蔽不可見的狀態，操作者多采用人工棒探的方式在鐵后探測工作層襯體的侵蝕深度、是否出現溝槽等；為了保險，有的高爐采用放殘鐵檢查工作層襯體的侵蝕形態，但此時會降低鐵水主溝的通鐵量。人工棒探的探查方式既不能全面地探查到工作層襯體的侵蝕形態，又難以及時準確地發現工作層襯體的裂縫、孔洞等危險點，因而埋下鐵水主溝燒穿漏鐵的危險隱患。

上述可見，改進鐵水主溝永久層襯體結構、提高通鐵量，利用先進成熟的數字化智慧工業技術實時監控主溝內襯侵蝕進程應該是提高高爐爐前裝備水平的重要內容之一。

永久層襯體的結構改進

某公司針對標普型小塊耐火磚、隔熱磚砌成鐵水主溝永久層的技術不足，早在2009 年即在超大型高爐的鐵水主溝上開始采用特異型大塊耐火制品永久層，近年又連續為中國寶武集團超大型高爐的多條鐵水主溝上提供了特異型大塊制品永久層項目，斷面結構見圖1。

圖1 所示的鐵水主溝永久層中，側壁采用高鋁-碳化硅質大塊耐火制品，底角采用高鋁質大塊耐火制品，側壁大塊耐火制品與鋼殼之間設有隔熱緩沖墊與澆注襯。這種鐵水主溝永久層襯體中，側壁大塊制品具有抵抗熔融渣鐵侵蝕的能力，當出現鐵水意外鉆透工作層襯體時可阻礙鐵水迅速接觸、燒損側壁鋼殼；大塊耐火制品之間均設有細部密閉結構，強化了永久層襯體對熔融鐵水、空氣的阻斷能力；永久層中設置膨脹縫，消除熱膨脹對鋼殼與工作層襯體的不利影響；鋼殼工作溫度低、壽命長、能在整個工作周期中為工作層襯體提供有力支撐；根據工作層侵蝕特征，分區設置可更換的測溫熱電偶與溫度監視系統，建立工作層侵蝕形貌的推測模型，實時監視內襯溫度、工作層侵蝕量、侵蝕速率等。

內襯溫度監視與侵蝕推測系統

該公司在提供圖1 所示的鐵水主溝大塊制品永久層時，同時整體提供由熱電偶測溫、溫度采集、數據庫、PLC、

數學模型構成的溫度監視與內襯侵蝕形貌推測系統。利用此數字化智慧管理系統，操作人員通過終端顯示的大塊制品實時溫度，能夠及時掌握工作層的侵蝕情況。同時，該系統根據傳熱原理，采用有限元方法建立了大塊耐火制品溫度、工作層侵蝕深度之間的數學關系，利用溝襯三維掃描技術提高推測模型精度，從而實時將工作層侵蝕深度、侵蝕趨勢直觀地提供給管理員，使其能夠及時、準確地掌握鐵水主溝的安全狀態。無疑，這種數字化智慧管理較傳統人工棒探方式提高了時效與精度，將工作層內襯的利用控制在了合理的冗余程度。

上述內襯溫度監視與侵蝕推測系統的主要功能包括：鐵水主溝內襯溫度的自動采集、分析、存儲和顯示，結構材料特性修正與自學習，自動繪制、顯示各溫度測點數據的趨勢曲線，溫度管理值設定與二級自動報警，統計報表功能，圖形、數據、報表的輸出功能，工作層襯體侵蝕形貌判斷與推測。

與普通場合應用的溫度監視系統比較，上述系統的最大特點在于系統能夠對構成鐵水主溝的物理體系特性進行自學習、修正，從而提高了工作層襯體侵蝕形貌的推測速度與精度，使得該系統能夠為管理員提供更加接近實際的推測結果。該公司已經開發成功基于矩陣測溫、神經網絡算法的鐵水主溝數字化智慧管理系統，利用此系統能夠獲得更高精度的鐵水主溝工作層襯體侵蝕形貌。

應用概況

近幾年，該公司已經完成了國內外8 條、正在進行6 條超大型高爐的鐵水主溝大塊制品永久層和數字化智慧改造，主要改造內容包括：鐵水主溝大塊制品永久層襯體、溫度監視系統與工作層侵蝕形貌推測數學模型。其中，國內某鋼鐵公司4700m3高爐已經于2020 年11 月份順利投產，截至目前，鐵水主溝在各運行周期中未出現異常膨脹、渣鐵滲漏、空氣串漏、鋼殼溫度超限等現象。

結 語

由標普型小塊耐火磚、隔熱磚構成的鐵水主溝永久層、人工棒探檢查方式，在現代超高冶煉強度高爐上存在通鐵量提升效率與安全保障能力的不足，應該予以有效改進。

采用特異型大塊耐火制品構筑的鐵水主溝永久層襯體，在穩定性、密閉性、對工作層襯體的支撐能力等方面優于傳統型式的永久層，對降低工作層襯體、提高鐵水主溝通鐵量具有明顯效果。

利用大塊制品永久層襯體中預置的熱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主溝數字化智慧管理的實時性、準確度等優于傳統的人工棒探，可實時、直觀地為管理員提供鐵水主溝工作層襯體的侵蝕形貌與趨勢，指導管理員進行鐵水主溝運行、休止的準確管理，提高了爐前安全生產保障能力。

裝備特異型大塊制品永久層、數字化智慧管理系統的鐵水主溝已經在多條超大型高爐的鐵水主溝得到實際應用，獲得預期使用效果。