瑞爾動(dòng)態(tài)
高爐出鐵主溝永久層襯體的改進(jìn)與數(shù)字化智慧管理
2022-05-24 | 數(shù)字化智慧管理
（ 此圖為中國(guó)冶金報(bào)截圖）
高爐出鐵主溝是高爐生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，直接關(guān)系著高爐冶煉生產(chǎn)的渣鐵排放、分離以及安全生產(chǎn)。鐵水主溝型式改為儲(chǔ)鐵式、工作層襯體由傳統(tǒng)的搗打型升級(jí)為澆注型后，通鐵量得以顯著提高。同時(shí)，由于儲(chǔ)鐵式鐵水主溝的耐火內(nèi)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(tài)，主溝燒穿漏鐵的發(fā)生幾率也同時(shí)上升。尤其在超高強(qiáng)度冶煉、一次出鐵量大幅增加、采用內(nèi)襯承包服務(wù)的模式場(chǎng)合，持續(xù)提高主溝通鐵量以改善經(jīng)濟(jì)效益為常態(tài)，常見因未能及時(shí)準(zhǔn)確探查到工作層襯體的侵蝕形態(tài)而出現(xiàn)燒穿漏鐵的安全事故。
鐵水主溝通鐵量與內(nèi)襯耐火材料的結(jié)構(gòu)和技術(shù)性能、工藝設(shè)計(jì)特征、渣鐵成分、施工制作等因素密切相關(guān)，其中的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)與技術(shù)性能是獲得高鐵量的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)鐵水主溝采用澆注型工作襯體時(shí)，工作層襯體與鋼殼之間的永久層一般均采用標(biāo)普型小塊耐火磚砌成，同時(shí)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(xiàn)瞬間燒穿，在鋼殼內(nèi)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(dòng)、冷-熱循環(huán)、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(dòng)、磚縫松脫等現(xiàn)象，導(dǎo)致工作層襯體不能獲得良好的背部支撐而出現(xiàn)應(yīng)力裂紋；移位、松動(dòng)的永久層也不能較好地限制空氣從工作層背部滲入，進(jìn)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(tǒng)爐前維護(hù)中，由于鐵水主溝內(nèi)襯處于高溫渣鐵完全遮蔽不可見的狀態(tài)，操作者多采用人工棒探的方式在鐵后探測(cè)工作層襯體的侵蝕深度、是否出現(xiàn)溝槽等；為了保險(xiǎn)，有的高爐采用放殘鐵檢查工作層襯體的侵蝕形態(tài)，但此時(shí)會(huì)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(tài)，又難以及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)工作層襯體的裂縫、孔洞等危險(xiǎn)點(diǎn)，因而埋下鐵水主溝燒穿漏鐵的危險(xiǎn)隱患。
上述可見，改進(jìn)鐵水主溝永久層襯體結(jié)構(gòu)、提高通鐵量，利用先進(jìn)成熟的數(shù)字化智慧工業(yè)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控主溝內(nèi)襯侵蝕進(jìn)程應(yīng)該是提高高爐爐前裝備水平的重要內(nèi)容之一。
永久層襯體的結(jié)構(gòu)改進(jìn)
某公司針對(duì)標(biāo)普型小塊耐火磚、隔熱磚砌成鐵水主溝永久層的技術(shù)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(xù)為中國(guó)寶武集團(tuán)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(xiàng)目，斷面結(jié)構(gòu)見圖1。
圖1 所示的鐵水主溝永久層中，側(cè)壁采用高鋁-碳化硅質(zhì)大塊耐火制品，底角采用高鋁質(zhì)大塊耐火制品，側(cè)壁大塊耐火制品與鋼殼之間設(shè)有隔熱緩沖墊與澆注襯。這種鐵水主溝永久層襯體中，側(cè)壁大塊制品具有抵抗熔融渣鐵侵蝕的能力，當(dāng)出現(xiàn)鐵水意外鉆透工作層襯體時(shí)可阻礙鐵水迅速接觸、燒損側(cè)壁鋼殼；大塊耐火制品之間均設(shè)有細(xì)部密閉結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化了永久層襯體對(duì)熔融鐵水、空氣的阻斷能力；永久層中設(shè)置膨脹縫，消除熱膨脹對(duì)鋼殼與工作層襯體的不利影響；鋼殼工作溫度低、壽命長(zhǎng)、能在整個(gè)工作周期中為工作層襯體提供有力支撐；根據(jù)工作層侵蝕特征，分區(qū)設(shè)置可更換的測(cè)溫熱電偶與溫度監(jiān)視系統(tǒng)，建立工作層侵蝕形貌的推測(cè)模型，實(shí)時(shí)監(jiān)視內(nèi)襯溫度、工作層侵蝕量、侵蝕速率等。
內(nèi)襯溫度監(jiān)視與侵蝕推測(cè)系統(tǒng)
該公司在提供圖1 所示的鐵水主溝大塊制品永久層時(shí)，同時(shí)整體提供由熱電偶測(cè)溫、溫度采集、數(shù)據(jù)庫(kù)、PLC、
數(shù)學(xué)模型構(gòu)成的溫度監(jiān)視與內(nèi)襯侵蝕形貌推測(cè)系統(tǒng)。利用此數(shù)字化智慧管理系統(tǒng)，操作人員通過終端顯示的大塊制品實(shí)時(shí)溫度，能夠及時(shí)掌握工作層的侵蝕情況。同時(shí)，該系統(tǒng)根據(jù)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(shù)學(xué)關(guān)系，利用溝襯三維掃描技術(shù)提高推測(cè)模型精度，從而實(shí)時(shí)將工作層侵蝕深度、侵蝕趨勢(shì)直觀地提供給管理員，使其能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握鐵水主溝的安全狀態(tài)。無疑，這種數(shù)字化智慧管理較傳統(tǒng)人工棒探方式提高了時(shí)效與精度，將工作層內(nèi)襯的利用控制在了合理的冗余程度。
上述內(nèi)襯溫度監(jiān)視與侵蝕推測(cè)系統(tǒng)的主要功能包括：鐵水主溝內(nèi)襯溫度的自動(dòng)采集、分析、存儲(chǔ)和顯示，結(jié)構(gòu)材料特性修正與自學(xué)習(xí)，自動(dòng)繪制、顯示各溫度測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的趨勢(shì)曲線，溫度管理值設(shè)定與二級(jí)自動(dòng)報(bào)警，統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能，圖形、數(shù)據(jù)、報(bào)表的輸出功能，工作層襯體侵蝕形貌判斷與推測(cè)。
與普通場(chǎng)合應(yīng)用的溫度監(jiān)視系統(tǒng)比較，上述系統(tǒng)的最大特點(diǎn)在于系統(tǒng)能夠對(duì)構(gòu)成鐵水主溝的物理體系特性進(jìn)行自學(xué)習(xí)、修正，從而提高了工作層襯體侵蝕形貌的推測(cè)速度與精度，使得該系統(tǒng)能夠為管理員提供更加接近實(shí)際的推測(cè)結(jié)果。該公司已經(jīng)開發(fā)成功基于矩陣測(cè)溫、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的鐵水主溝數(shù)字化智慧管理系統(tǒng)，利用此系統(tǒng)能夠獲得更高精度的鐵水主溝工作層襯體侵蝕形貌。
應(yīng)用概況
近幾年，該公司已經(jīng)完成了國(guó)內(nèi)外8 條、正在進(jìn)行6 條超大型高爐的鐵水主溝大塊制品永久層和數(shù)字化智慧改造，主要改造內(nèi)容包括：鐵水主溝大塊制品永久層襯體、溫度監(jiān)視系統(tǒng)與工作層侵蝕形貌推測(cè)數(shù)學(xué)模型。其中，國(guó)內(nèi)某鋼鐵公司4700m3高爐已經(jīng)于2020 年11 月份順利投產(chǎn)，截至目前，鐵水主溝在各運(yùn)行周期中未出現(xiàn)異常膨脹、渣鐵滲漏、空氣串漏、鋼殼溫度超限等現(xiàn)象。
結(jié) 語
由標(biāo)普型小塊耐火磚、隔熱磚構(gòu)成的鐵水主溝永久層、人工棒探檢查方式，在現(xiàn)代超高冶煉強(qiáng)度高爐上存在通鐵量提升效率與安全保障能力的不足，應(yīng)該予以有效改進(jìn)。
采用特異型大塊耐火制品構(gòu)筑的鐵水主溝永久層襯體，在穩(wěn)定性、密閉性、對(duì)工作層襯體的支撐能力等方面優(yōu)于傳統(tǒng)型式的永久層，對(duì)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(yù)置的熱電偶實(shí)時(shí)檢測(cè)襯體溫度，并集成溫度采集、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)學(xué)模型建立的鐵水主溝數(shù)字化智慧管理的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確度等優(yōu)于傳統(tǒng)的人工棒探，可實(shí)時(shí)、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(shì)，指導(dǎo)管理員進(jìn)行鐵水主溝運(yùn)行、休止的準(zhǔn)確管理，提高了爐前安全生產(chǎn)保障能力。
裝備特異型大塊制品永久層、數(shù)字化智慧管理系統(tǒng)的鐵水主溝已經(jīng)在多條超大型高爐的鐵水主溝得到實(shí)際應(yīng)用，獲得預(yù)期使用效果。