高炉出铁主沟是高炉生产的关键设备之一，直接关系着高炉冶炼生产的渣铁排放、分离以及安全生产。铁水主沟型式改为储铁式、工作层衬体由传统的捣打型升级为浇注型后，通铁量得以显著提高。同时，由于储铁式铁水主沟的耐火内衬几乎完全被高温渣铁所掩蔽，不能直接观察到工作层衬体的侵蚀形态，主沟烧穿漏铁的发生几率也同时上升。尤其在超高强度冶炼、一次出铁量大幅增加、采用内衬承包服务的模式场合，持续提高主沟通铁量以改善经济效益为常态，常见因未能及时准确探查到工作层衬体的侵蚀形态而出现烧穿漏铁的安全事故。

铁水主沟通铁量与内衬耐火材料的结构和技术性能、工艺设计特征、渣铁成分、施工制作等因素密切相关，其中的内衬结构与技术性能是获得高铁量的基础。传统铁水主沟采用浇注型工作衬体时，工作层衬体与钢壳之间的永久层一般均采用标普型小块耐火砖砌成，同时在钢壳热面砌筑一层隔热砖以降低钢壳的温度；有的超大型高炉的铁水主沟为防止渣铁意外接触钢壳出现瞬间烧穿，在钢壳内面还砌筑一层高铝-碳化硅砖。由于铁水主沟使用过程中存在振动、冷-热循环、工作层衬体解体冲击等，这种小块耐火砖永久层衬体不可避免地存在移位、松动、砖缝松脱等现象，导致工作层衬体不能获得良好的背部支撑而出现应力裂纹；移位、松动的永久层也不能较好地限制空气从工作层背部渗入，进而影响工作层冷端的耐材抗侵蚀性能，降低了工作层的有效厚度。

传统炉前维护中，由于铁水主沟内衬处于高温渣铁完全遮蔽不可见的状态，操作者多采用人工棒探的方式在铁后探测工作层衬体的侵蚀深度、是否出现沟槽等；为了保险，有的高炉采用放残铁检查工作层衬体的侵蚀形态，但此时会降低铁水主沟的通铁量。人工棒探的探查方式既不能全面地探查到工作层衬体的侵蚀形态，又难以及时准确地发现工作层衬体的裂缝、孔洞等危险点，因而埋下铁水主沟烧穿漏铁的危险隐患。

上述可见，改进铁水主沟永久层衬体结构、提高通铁量，利用先进成熟的数字化智慧工业技术实时监控主沟内衬侵蚀进程应该是提高高炉炉前装备水平的重要内容之一。

永久层衬体的结构改进

某公司针对标普型小块耐火砖、隔热砖砌成铁水主沟永久层的技术不足，早在2009 年即在超大型高炉的铁水主沟上开始采用特异型大块耐火制品永久层，近年又连续为中国宝武集团超大型高炉的多条铁水主沟上提供了特异型大块制品永久层项目，断面结构见图1。

图1 所示的铁水主沟永久层中，侧壁采用高铝-碳化硅质大块耐火制品，底角采用高铝质大块耐火制品，侧壁大块耐火制品与钢壳之间设有隔热缓冲垫与浇注衬。这种铁水主沟永久层衬体中，侧壁大块制品具有抵抗熔融渣铁侵蚀的能力，当出现铁水意外钻透工作层衬体时可阻碍铁水迅速接触、烧损侧壁钢壳；大块耐火制品之间均设有细部密闭结构，强化了永久层衬体对熔融铁水、空气的阻断能力；永久层中设置膨胀缝，消除热膨胀对钢壳与工作层衬体的不利影响；钢壳工作温度低、寿命长、能在整个工作周期中为工作层衬体提供有力支撑；根据工作层侵蚀特征，分区设置可更换的测温热电偶与温度监视系统，建立工作层侵蚀形貌的推测模型，实时监视内衬温度、工作层侵蚀量、侵蚀速率等。

内衬温度监视与侵蚀推测系统

该公司在提供图1 所示的铁水主沟大块制品永久层时，同时整体提供由热电偶测温、温度采集、数据库、PLC、

数学模型构成的温度监视与内衬侵蚀形貌推测系统。利用此数字化智慧管理系统，操作人员通过终端显示的大块制品实时温度，能够及时掌握工作层的侵蚀情况。同时，该系统根据传热原理，采用有限元方法建立了大块耐火制品温度、工作层侵蚀深度之间的数学关系，利用沟衬三维扫描技术提高推测模型精度，从而实时将工作层侵蚀深度、侵蚀趋势直观地提供给管理员，使其能够及时、准确地掌握铁水主沟的安全状态。无疑，这种数字化智慧管理较传统人工棒探方式提高了时效与精度，将工作层内衬的利用控制在了合理的冗余程度。

上述内衬温度监视与侵蚀推测系统的主要功能包括：铁水主沟内衬温度的自动采集、分析、存储和显示，结构材料特性修正与自学习，自动绘制、显示各温度测点数据的趋势曲线，温度管理值设定与二级自动报警，统计报表功能，图形、数据、报表的输出功能，工作层衬体侵蚀形貌判断与推测。

与普通场合应用的温度监视系统比较，上述系统的最大特点在于系统能够对构成铁水主沟的物理体系特性进行自学习、修正，从而提高了工作层衬体侵蚀形貌的推测速度与精度，使得该系统能够为管理员提供更加接近实际的推测结果。该公司已经开发成功基于矩阵测温、神经网络算法的铁水主沟数字化智慧管理系统，利用此系统能够获得更高精度的铁水主沟工作层衬体侵蚀形貌。

应用概况

近几年，该公司已经完成了国内外8 条、正在进行6 条超大型高炉的铁水主沟大块制品永久层和数字化智慧改造，主要改造内容包括：铁水主沟大块制品永久层衬体、温度监视系统与工作层侵蚀形貌推测数学模型。其中，国内某钢铁公司4700m3高炉已经于2020 年11 月份顺利投产，截至目前，铁水主沟在各运行周期中未出现异常膨胀、渣铁渗漏、空气串漏、钢壳温度超限等现象。

结 语

由标普型小块耐火砖、隔热砖构成的铁水主沟永久层、人工棒探检查方式，在现代超高冶炼强度高炉上存在通铁量提升效率与安全保障能力的不足，应该予以有效改进。

采用特异型大块耐火制品构筑的铁水主沟永久层衬体，在稳定性、密闭性、对工作层衬体的支撑能力等方面优于传统型式的永久层，对降低工作层衬体、提高铁水主沟通铁量具有明显效果。

利用大块制品永久层衬体中预置的热电偶实时检测衬体温度，并集成温度采集、数据库、数学模型建立的铁水主沟数字化智慧管理的实时性、准确度等优于传统的人工棒探，可实时、直观地为管理员提供铁水主沟工作层衬体的侵蚀形貌与趋势，指导管理员进行铁水主沟运行、休止的准确管理，提高了炉前安全生产保障能力。

装备特异型大块制品永久层、数字化智慧管理系统的铁水主沟已经在多条超大型高炉的铁水主沟得到实际应用，获得预期使用效果。