数字化出铁沟技术要求

数字化出铁沟技术要求范围本文件规定了数字化出铁沟的系统组成、技术要求、使用性能、运行、安全与防护。本文件适用于指导高炉出铁沟数字化优化设计，以及数字化出铁沟建设、实施和评价。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T37393-2019数字化车间通用技术要求YB/T4921-2021高炉出铁沟浇注料施工及验收规范术语和定义GB/T37393、YB/T4921界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1出铁沟tappingtrough高炉炉前的重要设施，实现液态渣和铁的分离。3.2数字化出铁沟digitaltappingtrough以传感器感知、物联网传输、大数据分析、数字孪生建模、智能控制等数字化技术，对传统出铁沟进行全生命周期数字化改造和智能化升级，以提升其安全性、延长使用寿命和实现降本增效发展。系统组成概述数字化出铁沟由出铁沟和数字化监测及管控系统（以下简称数字化监控系统）构成。出铁沟出铁沟结构示意图如图1a和图1b所示，主要由混凝土结构基础、风道、隔热层、耐火材料永久层和工作层，以及出铁沟盖板、风道盖板等组成。1—混凝土结构基础；3—永久层；4—工作层；9—渣沟；10—憋渣器；11—出铁口；12—高炉图1a出铁沟纵向结构示意图1—混凝土结构基础；2—风道；3—永久层；4—工作层；5—风道盖板；6—热电偶；7—隔热层；8-出铁沟盖板图1b出铁沟横向结构示意图数字化监控系统数字化监控系统如图2所示，主要由感知层、传输层、处理层和应用层构成。图2数字化监控系统结构示意图感知层由热电偶、热成像相机、流量计、压力计等设备组成，主要对高炉出铁沟温度场分布、铁水温度、以及风冷通道进出空气温度、风量、压力等进行检测和数据采集。传输层主要由路由器、网关、控制器、工控器和边缘服务器等设备组成，用于将感知层采集到的数据传输到处理层。处理层是将传输层传输过来的原始数据转化为有用信息，存储到数据库中，实现与数字化出铁沟孪生模型的实时数据交互，并对出铁沟热状态、侵蚀情况等进行分析和异常诊断预警。应用层是对数字化出铁沟的运行状态监测、诊断和管控，并能实现数字孪生出铁沟三维动态可视化及相关历史数据查询、报表管理等。技术要求总体要求数字化出铁沟应包括过程监测系统、数值仿真模型、智能侵蚀模型、强风冷却智控系统等。过程监测系统应能对主铁沟现场温度变化进行实时采集和监控，并实现整体系统管控的可视化。数值仿真模型应能对工作层侵蚀情况进行实时展示，并运用AI大数据模型设定合理报警曲线。智能侵蚀模型应能结合三维激光扫描技术实时反映主沟耐材的侵蚀情况，并提出合理维护建议。强风冷却智控系统应能显著缓解传统铁沟钢壳温度偏高现象，提高主铁沟使用寿命，避免漏铁事故发生。设备要求5.2.1出铁沟5.2.1.1出铁沟永久层可采用预制块构成或浇注料浇筑成型。其中预制块永久层主要由侧面预制块，底部预制块，预制件密封材料构筑。5.2.1.2出铁沟应具备风道结构。出铁沟风道主要采用钢结构或混凝土支撑，通过预加轴力确保稳定性。同时应对出铁沟风道的上口进行封闭。出铁沟风道宜配备独立的风机，可实现风道内空气的循环和强制冷却。5.2.1.3出铁沟风道与永久层之间应预留热电偶的埋设位置，并考虑热电偶的分布设计。5.2.2数字化监控系统5.2.2.1热电偶的测量范围：0℃-600℃；5.2.2.2热成像相机a）热成像相机宜采用固定式红外热成像摄像机，防护等级≥IP66；b）热成像相机分辨率≥640×480dpi；c）热成像相机的灵敏度最小可分辨值≤0.05℃；d）热成像相机的温度测量精度≤2℃。5.2.2.3监控系统服务器a）监控系统服务器应采用高速GPU处理器；b)监控系统服务器应具备可扩展能力；c）监控系统服务器支持高内存容量、高带宽数据通信能力。5.2.2.4监控系统网络a）监控系统网络的传输速率应达到千兆及以上；b)接入层网络应采用工业级网络交换机，不低于100M数据带宽；c)汇聚层网络应采用企业级及以上网络交换机，不低于1000M数据带宽；d）监控系统网络的传输介质应采用单模光纤或六类以上网线。5.2.2.5监控系统存储a)图片存储时间：≥6个月；b)视频存储时间：≥3个月；c)数据存储时间：≥1年。5.2.2.6监控系统供电电源a)监控系统供电电源应采用冗余电源模式；b)监控系统供电电源应采用防雷、防恶劣环境保护措施；c)监控系统供电电源控制箱应具备IP68及防爆等防护要求。材质及性能要求5.3.1出铁沟永久层预制块材质和主要性能指标要求见表1。表1永久层预制块材质和主要性能指标要求项目指标上部预制件下部预制件化学成分（%）Al2O3≥70≥60SiC+C≥10≥5体积密度（g/cm3）—≥2.8≥2.4线变化率（%）（1500℃×5h）的条件下-0.5~+0.5-1.0~+1.0常温耐压强度（Mpa）—≥60≥60最高使用温度（℃）—16001600孔隙度（110℃）的条件下≤15≤13导热系数（W/mk）（1000℃）的条件下3.61.85.3.2出铁沟永久层浇注料材质和主要性能指标要求见表2。

表2永久层浇注料材质和主要性能指标要求项目指标化学成分（%）Al2O3≥60SiC+C≥5体积密度（g/cm3）—≥2.4线变化率（110℃×24h）的条件下-0.5~+0.5常温耐压强度（MPa）110℃）的条件下≥60孔隙度110℃）的条件下≥5最高使用温度（℃）—16005.3.3出铁沟隔热层材质和主要性能指标要求见表3。表3出铁沟隔热层材质和主要性能指标要求项目指标温度级别（℃）1300体积密度（g/cm3）~0.4抗折强度（MPa）≥1.0抗压强度（压缩10%）≥0.4收缩率（1200℃×24h）-2.85导热率≤0.15功能要求5.4.1数字化监控系统a）数字化监控系统应能将热电偶编号显示的对应温度信息通过通讯电缆实时传输到后台；b）数字监测系统应能实时汇总展示传感器的温度值数据，并设置传感器列表清单；c）数字监测系统应能展示传感器数据异常情况，并设置异常列表报警清单；d）数字监测系统应能满足生产系统查看温度极值，自由选择设备、采集点、报警类型、时间范围；e）数字监测系统应能判断设备的运行情况和进行异常分析，基于传感器历史温度数据绘制变化曲线。f）数字监测系统应能不同测点热电偶温度数据进行出铁沟热状态（温度场）跟踪，基于大数据和AI技术实现在线预测铁沟工作层残厚和预警，以避免铁水出现穿沟的严重安全事故。g)数字监测系统，可以实现强风冷技术中出铁工艺和风冷风机转速、风速的闭环联锁控制，达到节能降耗和保证强风冷效果。5.4.2数值仿真系统a）数值仿真系统应能模拟铁沟截面温度分布，并评估铁沟截面结构和散热系统等对温度分布的影响；b）数值仿真系统应能模拟流动过程中铁水和铁渣对铁沟壁面的剪切力，依据最大剪切力随出铁流速的位置变化，以及易侵蚀区域剪切力随时间的变化，进而评估流动侵蚀的危险点及结构的合理性；c）数值仿真系统应能利用出铁速率，渣口与铁坝的高度差等因素，分析一定流入比例下渣铁分离效率；d）数值仿真系统应能通过设置不同参数测试敏感性的方式优化结构参数与模型。5.4.3数据处理技术a）数据处理技术可通过网络边缘侧的物联网关或边缘服务器就近处理，优化系统能效与带宽压力，且要求windows10+或Linux14+系统适用多数生产环境；b）数据处理技术可实现数据实时采集-模拟量正确性判断-数字滤波-参数补偿-非线性校正-工程量单位变换-数据存储-数据二次筛选-数据分析的全处理流程，确保数据在整个处理链条中的有效性与可用性。c）数据处理技术可安全高效的实现系统数据信号的采集和处理，且满足实时性和准确性的性能要求和设定合理报警值，实现对异常数据的即时诊断与预警，保障运行安全。其他要求数字化出铁沟的应用可实现指导和优化高炉生产的功能，具体如下：a）通过数字化出铁沟的仿真计算可实现出铁口角度、孔径等参数的优化；b）通过数字化出铁沟的仿真计算可实现出铁沟结构的优化；c）通过数字化出铁沟的仿真计算可预测和优化耐材使用性能要求。数字化出铁沟永久层使用寿命应不低于10年。数字化出铁沟可实现通铁量提高10%。数字化出铁沟可实现漏铁预报和数智围栏等安全预警功能。运行、安全与防护设备运行数字化出铁沟应能实现自动采集、分析与处理数据。数字化出铁沟应定期进行系统维护和保养。数字化出铁沟应建立完善的监控设备日常管理和记录体系。人身安全数字化出铁沟应建立健全