一种高炉铁沟、渣沟安全防护装置及其使用方法与流程

本发明涉及冶金设备安全，尤其涉及一种高炉铁沟、渣沟安全防护装置及其使用方法。

背景技术：

1、沟体内衬长期承受着高温铁水/熔渣的冲刷、化学侵蚀以及剧烈的温度波动（热震）。现有的铁沟、渣沟内衬通常采用耐火浇注料整体浇筑或砌筑而成。然而，在实际生产中，这种传统的单层或多层耐火结构存在显著的安全隐患。

2、首先，沟体上方的盖板密封性往往不佳，雨雪天气或生产现场的冷却水极易渗入沟体内部；

3、其次，现有的内衬结构在长期热震作用下不可避免地会产生裂纹，高温熔体渗入裂纹后，若遇到渗入的冷却水，会瞬间汽化膨胀，极易引发剧烈的蒸汽爆炸，导致高温熔体喷溅，严重威胁现场操作人员的生命安全和设备稳定。

4、此外，现有技术中虽有一些尝试通过在内衬背部增加防水层来阻隔水分的方案，但这些方案往往存在严重的技术缺陷。传统的防水层通常直接附着在耐火层背面，在高温工况下，防水材料与耐火材料的热膨胀系数差异巨大，极易导致两者分层、剥离，反而在耐火层与防水层之间形成了新的、更隐蔽的积水夹层。同时，刚性的防水结构限制了内衬在高温下的自由膨胀，加剧了耐火本体的结构性开裂，使得安全隐患不降反增。且现有的沟体缺乏合理的内部导流与检测机制，即便有少量渗水，也容易在内衬底部形成“水坑”无法排出，积少成多，最终酿成事故。

5、因此，亟需研发一种能够实现物理隔离、具备应力缓冲能力且能主动排水的高炉铁沟、渣沟安全防护装置，以解决上述技术难题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高炉铁沟、渣沟安全防护装置及防护方法，以解决现有技术中沟体易积水引发爆炸，以及内衬抗热震性能差、渗水难以排出的安全隐患。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种高炉铁沟、渣沟安全防护装置，包括沟体，所述沟体的顶部设有密封盖板组件；

4、所述沟体的内壁设有复合防护内衬层，所述复合防护内衬层由内向外依次包括直接接触高温熔体的耐磨耐火表层、弹性隔热缓冲层和刚性加固基层；

5、在所述弹性隔热缓冲层与所述刚性加固基层之间还设有整体式防渗隔水层，所述防渗隔水层与所述耐磨耐火表层物理隔离，形成一个独立的渗水收集空间；

6、所述防渗隔水层的底部开设有用于导流的导流槽，所述导流槽朝向排水方向倾斜设置；

7、所述沟体的底部集成有积水检测组件和自动排水组件，所述积水检测组件用于监测所述渗水收集空间内的液位，所述自动排水组件用于根据液位信号将渗水收集空间内的积水排出；

8、所述自动排水组件的排水管路穿过所述刚性加固基层和沟体壁，且连接处设有密封结构。

9、进一步的，所述沟体采用模块化拼接结构，包括若干段首尾依次连接的沟体单元，相邻所述沟体单元的连接处设有密封连接件，所述防渗隔水层在连接处通过焊接或耐高温密封材料实现连续密封。

10、进一步的，所述密封盖板组件包括若干块沿沟体长度方向间隔排布的盖板单体，所述盖板单体采用耐高温、抗熔渣冲击、隔热阻燃的复合材质制成；所述盖板单体与所述沟体之间通过锁紧件可拆卸连接，且连接处设有耐高温密封垫层；所述盖板单体上开设有检测口，所述检测口上设有可拆卸密封堵头。

11、进一步的，所述积水检测组件包括非接触式雷达液位传感器，所述非接触式雷达液位传感器安装于所述沟体的底部，其探头穿过所述刚性加固基层，对准所述渗水收集空间的最低点。

12、进一步的，所述自动排水组件包括设置于所述沟体底部的排水管路、设置于所述排水管路中的排水泵以及设置于所述排水管路出口端的单向阀；所述排水管路的入口端延伸至所述渗水收集空间的最低液位处。

13、进一步的，还包括主控终端和声光预警组件；

14、所述声光预警组件包括设置于现场的声光报警器；

15、所述主控终端分别与所述积水检测组件、所述自动排水组件及所述声光报警器电性连接；

16、所述主控终端被配置为接收所述积水检测组件的信号，并根据预设逻辑向所述自动排水组件和所述声光报警器发送控制指令。

17、进一步的，所述主控终端内预设有三级液位阈值；

18、当监测液位达到第一预设阈值时，发出预警提示；

19、当监测液位达到第二预设阈值时，控制所述自动排水组件启动；

20、当监测液位达到第三预设阈值时，控制所述声光报警器启动并发出紧急报警信号。

21、进一步的，所述主控终端还被配置为实时计算液位变化率（dh/dt）；

22、当所述液位变化率超过预设的危险变化率阈值时，主控终端将优先执行紧急报警程序，直接控制所述声光报警器启动紧急报警，并输出联锁信号至高炉中控平台。

23、进一步的，所述导流槽的倾斜角度统一设置为3°~5°。

24、本发明还提供了一种基于上述高炉铁沟、渣沟安全防护装置的防护方法，其特征在于，包括以下步骤：

25、s1：通过积水检测组件实时监测所述渗水收集空间内的液位高度；

26、s2：当液位高度达到第一预设阈值时，系统发出预警提示；

27、s3：当液位高度达到高于第一预设阈值的第二预设阈值时，控制所述自动排水组件启动，将渗水收集空间内的积水排出；

28、s4：当液位高度达到高于第二预设阈值的第三预设阈值时，控制声光报警器启动发出紧急报警，并联动高炉中控平台进行紧急处置。

29、本发明的有益效果是：

30、1、实现了本质安全级别的飞跃，彻底根除爆炸隐患

31、本发明通过构建“防渗隔水层+渗水收集空间+自动排水系统”的闭环结构，在物理层面实现了高温熔体通道与冷却水的绝对隔离。不同于现有技术简单的“堵水”思路，本发明采用“疏堵结合”的策略，将渗入的冷却水通过导流槽即时排出，从物理根源上彻底斩断了“水-高温熔体”的接触路径，将传统技术中无法规避的蒸汽爆炸风险降为零，为高炉生产提供了最高等级的安全保障。

32、2、显著延长设备服役周期，大幅降低运维成本

33、本发明独创性地引入了“弹性隔热缓冲层”，该层位于刚性加固基层与防渗隔水层之间，如同为沟体内衬安装了“减震器”。它能有效吸收和释放耐火材料在热胀冷缩过程中产生的热应力，消除应力集中，从根本上抑制了贯穿性裂纹的产生。结合模块化预制设计，使得沟体内衬的使用寿命显著延长（预计提升200%以上），且检修更换便捷，大幅降低了企业的耐材消耗和维护成本。

34、3、推动运维模式智能化变革，实现事前主动预警

35、本发明集成了智能控制系统，以“实时监测+自动处置”的智能闭环取代了传统依赖人工经验的被动巡检模式，实现了无人化值守。特别是系统引入了液位变化率（dh/dt）的监测算法，不仅能监测积水，更能通过水位上升速度预判是否发生恶性穿水事故，将安全防护从“事后报警”提前至“事前预警”，为紧急停炉或应急处置赢得了宝贵时间。

36、4、具备极高的工程应用价值与广泛的适配性

37、本装置采用模块化、装配式设计，结构紧凑且独立。它不仅适用于新高炉的建设配套，更能无缝改造现有各类在役高炉的铁沟、渣沟。施工时无需对原有钢结构框架进行大规模改造，现场安装周期短，具有极低的改造成本和极广的推广前景。