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1 高炉炼铁技术方针及设计的新体系1

1.1 高炉炼铁的技术方针1

1.1.1 全面贯彻炼铁技术方针2

1.1.2 克服高冶炼强度的负面影响2

1.1.3 基于资源利用和能源利用的高炉评价体系4

1.1.4 两种指标评价产生的两种不同结果9

1.1.5 新指标符合高炉冶炼规律12

1.2 高炉技术指标及确定13

1.2.1 高炉技术指标13

1.2.2 合理确定高炉技术指标16

1.2.3 对高炉技术指标的说明18

1.3 高炉炼铁设计的新体系21

1.3.1 高炉炼铁设计新体系的流程21

1.3.2 新体系的优越性22

1.4 高炉装备水平的确定23

1.4.1 高炉大型化23

1.4.2 高炉装备水平24

1.4.3 高炉长寿26

参考文献26

2 发展循环经济，节约资源、能源，减少排放28

2.1 “减量化”生产及减少CO2排放28

2.1.1 减量化是循环经济的发展方向28

2.1.2 减少CO2排放量30

2.2 合理利用能源35

2.2.1 高炉炼铁能耗状况36

2.2.2 降低燃料比是高炉炼铁节能、降低成本的根本36

2.2.3 充分利用高炉煤气38

2.2.4 余热、余能利用39

2.2.5 脱湿鼓风39

2.2.6 节电和减少能源介质、辅助材料的消耗39

2.3 资源综合利用40

2.3.1 炉渣综合利用40

2.3.2 含铁尘泥综合利用41

2.4 水资源循环利用42

2.5 高炉炼铁的污染治理44

2.5.1 废气治理44

2.5.2 废水治理46

2.5.3 噪声控制46

2.5.4 环境风险47

2.5.5 绿化48

参考文献48

3 炼铁工业可持续发展的保障条件49

3.1 我国铁矿石资源及生产49

3.1.1 我国铁矿石资源状况49

3.1.2 我国铁矿石生产现状51

3.2 世界铁矿石资源、生产及贸易56

3.2.1 世界铁矿石资源状况56

3.2.2 世界铁矿石生产状况及发展趋势59

3.2.3 世界主要铁矿石出口企业的生产状况59

3.2.4 世界铁矿石产能扩张分析73

3.2.5 未来全球铁矿石产能预测及面临的问题74

3.3 我国煤炭资源及生产现状75

3.3.1 我国煤炭资源状况75

3.3.2 我国炼焦煤生产77

3.3.3 我国炼焦煤的洗选情况78

3.3.4 我国无烟煤的资源及生产能力78

3.3.5 影响国内煤炭市场的因素79

3.4 世界煤炭资源80

3.4.1 世界煤炭资源状况80

3.4.2 世界煤炭产量、消费量及贸易量81

3.4.3 世界煤炭价格及走势分析84

3.5 结语84

参考文献84

4 炼铁精料85

4.1 高炉炼铁对原燃料的要求与合理炉料结构85

4.1.1 高炉炼铁对原燃料的要求85

4.1.2 高炉合理的炉料结构88

4.2 提高含铁原料的质量89

4.2.1 提高入炉品位90

4.2.2 提高烧结矿的质量92

4.2.3 提高球团矿的质量97

4.2.4 天然块矿102

4.2.5 提高喷煤量对原料质量的要求104

4.3 提高燃料的质量105

4.3.1 焦炭质量对高炉生产的影响106

4.3.2 焦炭质量对高炉炉缸工作的影响112

4.3.3 高炉强化、喷煤和炉容对焦炭劣化的影响115

4.3.4 高炉对焦炭质量的要求121

4.3.5 提高焦炭质量的途径125

4.3.6 高炉用小块焦128

4.3.7 高炉喷吹用煤的质量要求130

4.4 辅助原料133

4.4.1 高炉冶炼对辅助原料的质量要求133

4.4.2 辅助原料的质量管理标准135

4.4.3 含钛物料的使用和质量要求135

4.5 入炉有害杂质136

4.5.1 有害杂质对高炉生产的影响136

4.5.2 碱金属的危害及其控制138

4.5.3 高炉内锌的危害及其控制140

参考文献142

5 强化高炉冶炼的途径144

5.1 高炉炉内的煤气流动阻力144

5.1.1 散料层的煤气流动阻力145

5.1.2 高炉炉料性能和未燃煤粉对透气性的影响146

5.1.3 软熔带、滴落带和渣铁滞留对煤气流动的影响149

5.2 高炉炉腹煤气量指数与透气阻力系数153

5.2.1 炉腹煤气量153

5.2.2 高炉炉腹煤气量指数154

5.2.3 高炉透气阻力系数154

5.3 限制高炉强化的气体力学因素158

5.3.1 软熔带分布对煤气流动的影响158

5.3.2 高炉下部的液泛现象160

5.3.3 高炉上部的流态化现象162

5.3.4 炉内应力场与管道行程165

5.3.5 最大炉腹煤气量指数的确定168

5.4 风口循环区、死料堆对高炉强化的影响171

5.4.1 风口循环区和死料堆的结构171

5.4.2 风口循环区参数174

5.5 炉内温度和热量对高炉强化的影响178

5.5.1 燃烧热量、炉腹煤气量对高炉利用系数和生产效率系数的影响178

5.5.2 软熔带热量消耗与高炉操作区域182

5.5.3 热流强度与炉内温度分布183

5.6 提高利用系数的措施187

5.6.1 降低燃料比和焦比187

5.6.2 富氧鼓风188

5.6.3 提高炉顶压力190

5.6.4 增加鼓风量192

5.7 提高高炉高效，稳定运行时间193

参考文献194

6 降低燃料比和焦比的措施196

6.1 减少炉内煤气量降低燃料比198

6.1.1 低燃料比是高炉操作水平的综合体现198

6.1.2 高炉强化指标与燃料比200

6.1.3 冶炼周期和煤气停留时间与燃料比203

6.1.4 煤气利用率是限制高炉强化的重要因素204

6.1.5 炉腹煤气效率与燃料比和利用系数205

6.2 合理的气流分布206

6.2.1 高炉上部调剂应该有整体思想206

6.2.2 布料的调节手段207

6.2.3 合理煤气流分布213

6.2.4 提高煤气利用率的措施214

6.3 高风温215

6.3.1 风温对节焦的影响216

6.3.2 风温对高炉冶炼的影响217

6.4 喷吹煤粉217

6.4.1 煤种选择和优化218

6.4.2 煤粉成分控制219

6.4.3 提高煤粉利用率220

6.4.4 提高煤焦置换比的措施226

6.5 脱湿鼓风229

6.5.1 脱湿鼓风对高炉过程的影响229

6.5.2 脱湿鼓风对燃料比的影响230

6.6 低硅冶炼231

6.6.1 低硅冶炼的意义231

6.6.2 国内外低硅冶炼水平232

6.6.3 低硅冶炼的理论与实践232

6.6.4 降低铁水硅含量的措施234

6.6.5 低硅冶炼对高炉寿命的影响236

6.7 降低高炉热量损失237

6.7.1 高炉炉体热负荷计算方法238

6.7.2 影响炉体热负荷的因素238

6.7.3 气流分布对热负荷的影响240

6.7.4 确定合理的热负荷241

6.7.5 热负荷变化对焦比的影响242

参考文献242

7 炼铁工艺计算244

7.1 高炉炼铁工艺计算的意义244

7.2 联合计算法244

7.2.1 A.H.拉姆联合计算法245

7.2.2 J.G.皮西和W.G.达文波特联合计算法（P.D.R.联合计算法）258

7.3 线性配料计算262

7.3.1 应用A.H.拉姆联合计算法时的线性配料计算263

7.3.2 应用P.D.R.联合计算法时的线性配料计算264

7.4 高炉操作线计算265

7.4.1 里斯特操作线的画法266

7.4.2 操作线的特点267

7.5 理论最低碳的计算270

7.5.1 氧化铁还原的还原剂碳消耗270

7.5.2 氧化铁还原热量需求的碳消耗271

7.5.3 理论最低碳比和吨铁最低燃料比272

7.5.4 高炉实际生产中的碳消耗和燃料比273

7.6 影响高炉炼铁焦比诸因素的计算276

7.6.1 A.H.拉姆联合计算法的应用277

7.6.2 应用P.D.R.联合计算法计算279

7.6.3 应用里斯特操作线图计算280

7.7 理论燃烧温度计算285

7.7.1 循环区煤气成分和数量及炉腹煤气成分和数量285

7.7.2 燃料带入循环区的热量286

7.8 最佳化高炉炼铁线性规划287

7.8.1 线性规划配料计算287

7.8.2 最佳化炼铁生产经济操作模型288

参考文献294

8 高炉鼓风机的选择295

8.1 高炉实际最大炉腹煤气量的确定295

8.1.1 由气体动力学确定最大炉腹煤气量的计算方法296

8.1.2 由实际高炉生产确定最大炉腹煤气量299

8.2 高炉入炉风量和风压的确定300

8.2.1 吨铁耗风量的确定300

8.2.2 气体动力学确定的高炉最大入炉风量303

8.2.3 由实际生产获得的最大炉腹煤气量确定最大入炉风量306

8.2.4 确定入炉风量的简易方法310

8.2.5 鼓风机风量和风压的确定317

8.3 高炉鼓风机能力的确定322

8.3.1 鼓风机的稳定运行范围和有效使用范围323

8.3.2 高炉鼓风机327

8.4 脱湿鼓风329

8.4.1 高炉脱湿鼓风的作用329

8.4.2 各种脱湿方法及其特点332

8.4.3 冷却脱湿鼓风的作用336

8.5 氧气的制取与供应336

8.5.1 氧气制取336

8.5.2 氧气供应338

参考文献339

9 高炉炉体340

9.1 高炉内型340

9.1.1 高炉容积的定义、内型尺寸代号及炉缸直径的确定340

9.1.2 厚壁高炉内型343

9.1.3 厚壁高炉生产后内型的演变344

9.1.4 薄壁高炉内型设计350

9.1.5 死料堆的运动及死铁层的深度357

9.2 炉底、炉缸冷却和砌体结构359

9.2.1 炉缸、炉底的工作条件359

9.2.2 炉底、炉缸冷却和砌体结构设计原则360

9.2.3 炉底、炉缸冷却结构361

9.2.4 炉底、炉缸砌体结构362

9.2.5 炉底、炉缸用耐火材料366

9.3 炉底、炉缸结构的分析370

9.3.1 炉缸、炉底温度场的分析371

9.3.2 铁水流动冲刷力的分析373

9.3.3 炉内应力分布以及铁水流动和耐材侵蚀综合数学模型379

9.3.4 热应力形成炭砖脆裂带383

9.4 炉腹、炉腰和炉身冷却和砌体结构388

9.4.1 炉腹、炉腰和炉身下部工作条件388

9.4.2 炉腹、炉腰和炉身冷却结构389

9.4.3 炉腹、炉腰和炉身砌体结构392

9.4.4 炉腹、炉腰和炉身用耐火材料395

9.5 炉腹、炉腰和炉身耐材损坏的分析398

9.5.1 炉腹、炉腰和炉身下部的热应力破坏398

9.5.2 炉腹、炉腰和炉身下部耐材的热震破坏402

9.6 高炉冷却设备406

9.6.1 冷却壁的材料及其传热分析406

9.6.2 铸铁冷却壁409

9.6.3 铸铁冷却壁的损坏分析413

9.6.4 铜冷却壁和铜冷却板414

9.7 高炉冷却系统429

9.7.1 冷却介质430

9.7.2 冷却系统的分类及水质控制430

9.7.3 软水密闭循环冷却系统设计432

9.8 高炉炉体钢结构440

9.8.1 钢结构框架440

9.8.2 炉壳设计441

9.8.3 炉壳破坏原因的分析441

9.8.4 炉体平台走梯445

9.9 结语445

参考文献445

10 热风炉448

10.1 热风炉蓄热室热交换理论450

10.1.1 蓄热过程451

10.1.2 蓄热室纵向温度分布453

10.1.3 蓄热室热交换过程的解析455

10.1.4 基谐波振荡——零次特征函数458

10.1.5 蓄热室末端的温度变化及其对热交换的影响467

10.2 热风炉内的燃烧过程及气体运动472

10.2.1 燃烧器及其研究方法472

10.2.2 燃烧器的实验研究475

10.2.3 燃烧过程的数学模拟486

10.2.4 燃烧振动490

10.2.5 烟气和冷风的分布493

10.3 热风炉的使用情况和结构形式495

10.3.1 热风炉的使用情况495

10.3.2 热风炉结构形式及其特点497

10.4 热风炉砌体结构及耐火材料500

10.4.1 热风炉用耐火材料的发展501

10.4.2 热风炉的砌筑结构501

10.4.3 耐火材料中的应力508

10.4.4 对耐火材料的要求511

10.4.5 热风炉使用的耐火材料513

10.4.6 不定形耐火材料521

10.5 蓄热室设计的优化523

10.5.1 热风炉设计的优化方法523

10.5.2 优化热风炉的设计条件525

10.5.3 优化热风炉的设计525

10.5.4 蓄热室的最优化527

10.5.5 格砖的最优化533

10.6 热风炉金属结构及设备534

10.6.1 炉壳晶界应力腐蚀的成因及预防措施534

10.6.2 热风管道536

10.6.3 热风炉设备539

10.7 热风炉废气热量利用及低发热值煤气提高热风温度的途径545

10.7.1 废气热量利用545

10.7.2 使用低发热值煤气获得高风温的方法547

10.8 热风炉操作552

10.8.1 烘炉552

10.8.2 凉炉554

10.8.3 热风炉的保温555

10.8.4 热风炉的操作制度555

参考文献559

11 延长高炉寿命的措施562

11.1 高炉寿命的现状562

11.1.1 高炉寿命562

11.1.2 高炉长寿实绩562

11.1.3 实现高炉长寿是一项系统工程564

11.2 高炉损坏的原因565

11.2.1 破损调查及分析565

11.2.2 高炉炉底和炉缸的化学侵蚀和侵蚀进程的分析569

11.2.3 有害元素对炉体的损坏577

11.3 合理的操作制度587

11.3.1 烘炉和开炉587

11.3.2 高炉顺行与长寿588

11.3.3 合理的操作制度589

11.3.4 活跃炉缸中心减轻铁水环流593

11.3.5 合理的出铁制度及出铁口的维护597

11.3.6 高炉热负荷与砖衬温度602

11.3.7 冷却水温、水量和水质调节及控制605

11.4 特殊护炉措施608

11.4.1 生产操作的特殊护炉608

11.4.2 炉缸侧壁或炉底压浆608

11.4.3 钛矿护炉609

参考文献612

12 高炉、热风炉的维修614

12.1 高炉和热风炉状态的检测614

12.1.1 热电偶法615

12.1.2 电阻测厚法615

12.1.3 电容法616

12.1.4 激光测距法616

12.1.5 多传感器融合检测法616

12.1.6 红外成像技术617

12.1.7 冷却壁状态检测617

12.2 高炉的状态诊断与分析617

12.2.1 计算机模拟状态分析618

12.2.2 炉体内衬的倾向性管理618

12.2.3 特殊情况下的内衬状态分析619

12.2.4 炉缸侧壁温度升高的原因分析620

12.3 热风炉内衬的状态诊断与分析621

12.3.1 内衬结构的变形和破损621

12.3.2 蓄热室格砖的破损622

12.3.3 燃烧室隔墙的破损622

12.3.4 热风管道砖衬的破损622

12.4 高炉及出铁场的维修623

12.4.1 高炉炉缸区域的维修624

12.4.2 炉体内衬的修复技术630

12.4.3 冷却设备的修理634

12.4.4 炉壳开裂的修补636

12.4.5 荒煤气管道系统的修理637

12.4.6 高炉出铁场638

12.5 热风炉及管道内衬耐火材料的维修640

12.5.1 热风炉的破损640

12.5.2 热风炉的常用热态维修技术645

参考文献648

13 改善炉前劳动条件及高炉炉渣的综合利用649

13.1 风口平台及出铁场与铁水运输649

13.1.1 风口平台及出铁场布置649

13.1.2 风口平台及出铁场结构653

13.1.3 铁水运输654

13.2 改善炉前劳动条件，提高劳动生产率656

13.2.1 渣铁沟的设计657

13.2.2 炉前机械化659

13.2.3 炉前渣铁沟内衬材料及其修理的工艺和设备665

13.2.4 炉前通风除尘设施673

13.3 高炉炉渣及其综合利用681

13.3.1 沉淀过滤法682

13.3.2 机械过滤设施683

13.3.3 矿渣膨珠692

13.3.4 干渣坑694

13.3.5 冲渣水处理695

13.3.6 高炉炉渣的综合利用695

参考文献696

14 高炉炉顶装料和供料系统698

14.1 高炉炉顶装料和供料系统流程及参数698

14.1.1 供料系统流程的选择698

14.1.2 料批重量704

14.2 高炉矿槽和焦槽系统708

14.2.1 矿槽、焦槽及槽上运输708

14.2.2 矿槽、焦槽及料斗的设计710

14.3 供料系统的作业时间顺序712

14.3.1 高炉昼夜装料批数及一批料的时间712

14.3.2 确定供料系统能力的原理713

14.3.3 设有矿石集中漏斗和焦炭集中称量漏斗的供料系统设备作业时间顺序715

14.3.4 不设矿石集中漏斗和焦炭集中称量漏斗的供料系统设备作业时间顺序715

14.4 供料系统设备能力的确定718

14.4.1 焦槽槽下设备及能力的确定718

14.4.2 矿槽槽下设备及能力的确定720

14.4.3 废铁清除装置725

14.4.4 取样装置727

14.4.5 上料胶带运输机727

14.5 炉顶装料系统729

14.5.1 无料钟炉顶装料设备形式及其选择729

14.5.2 炉顶装料系统能力的确定733

14.5.3 炉顶装料设备739

14.5.4 无料钟装料设备的三电控制744

14.6 炉顶均排压系统及料面探测设备747

14.6.1 无料钟炉顶均排压系统747

14.6.2 炉顶均压煤气回收系统747

14.6.3 无料钟炉顶液压系统及润滑站749

14.6.4 料面探测设备750

参考文献752

15 高炉喷吹煤粉及其他燃料753

15.1 高炉喷吹煤粉753

15.1.1 喷煤的效益和最佳喷煤量754

15.1.2 喷煤工艺流程758

15.1.3 高炉喷煤工艺的分类760

15.1.4 喷煤车间主要设备的选择及其能力的确定763

15.1.5 磨煤机热平衡简化计算774

15.1.6 喷煤管路的设计与计算776

15.1.7 喷吹烟煤设计中的安全措施780

15.1.8 磨煤机烟气自循环工艺781

15.2 高炉喷吹其他燃料788

15.2.1 喷吹重油788

15.2.2 高炉喷吹天然气790

参考文献792

16 高炉煤气净化及炉顶煤气余压发电793

16.1 粗煤气除尘系统794

16.1.1 粗煤气管道794

16.1.2 重力除尘器796

16.1.3 旋风除尘器797

16.2 湿式除尘799

16.2.1 环缝洗涤系统799

16.2.2 双文丘里洗涤系统802

16.2.3 环缝和文丘里洗涤系统的比较803

16.3 干式除尘803

16.3.1 干式布袋除尘804

16.3.2 干式静电除尘809

16.3.3 干式除尘器的特点及比较810

16.3.4 干式除尘存在的问题及对策812

16.3.5 干式除尘的社会效益和经济效益812

16.4 炉顶煤气余压发电814

16.4.1 概述814

16.4.2 煤气余压回收装置的工艺流程及特点815

16.4.3 炉顶煤气余压透平能力的确定816

16.4.4 设备组成及结构819

16.4.5 节能及效益828

16.4.6 高炉煤气管道腐蚀及防治措施829

参考文献832

17 高炉检测和自动化833

17.1 高炉主要检测仪表833

17.1.1 温度类仪表833

17.1.2 压力类仪表834

17.1.3 流量类仪表835

17.1.4 物位类仪表836

17.1.5 主要特殊仪表837

17.2 高炉关键检测仪表的配置849

17.2.1 矿焦槽系统主要检测项目850

17.2.2 无料钟炉顶系统主要检测项目850

17.2.3 风口平台及出铁场主要检测项目850

17.2.4 高炉本体系统主要检测项目851

17.2.5 粗煤气除尘系统主要检测项目852

17.2.6 热风炉系统主要检测项目852

17.2.7 喷煤系统主要检测项目853

17.3 高炉自动化控制854

17.3.1 高炉自动化控制系统基本构成855

17.3.2 基础自动化级L1的基本组成855

17.3.3 基础自动化级L1的构成类型857

17.3.4 过程控制级L2的基本组成859

17.3.5 过程控制级L2的构成类型859

17.3.6 自动化控制系统的控制和管理范围860

17.3.7 基础自动化L1主要控制功能861

17.3.8 HMI画面867

17.3.9 过程自动化L2的主要功能867

17.3.10 自动化控制系统电源868

17.4 高炉数学模型及专家系统868

17.4.1 高炉数学模型及专家系统的发展868

17.4.2 高炉数学模型及专家系统的组成872

17.4.3 高炉数学模型及专家系统在高炉生产中的作用874

17.4.4 热风炉操作控制数学模型880

参考文献882

18 高炉大修884

18.1 高炉大修总体策划884

18.1.1 大修目标的制定884

18.1.2 高炉大修的定义884

18.1.3 确定大修范围的基本原则884

18.1.4 高炉大修的前期准备886

18.2 高炉大修准备886

18.2.1 高炉停炉886

18.2.2 放残铁作业890

18.2.3 凉炉操作892

18.2.4 停炉的安全工作892

18.3 高炉大修的组织和实施893

18.3.1 大修的组织体制893

18.3.2 停炉前的施工准备894

18.3.3 质量控制及管理901

18.4 常规大修实例904

18.4.1 大修范围904

18.4.2 大修施工路线904

18.4.3 大修主要施工内容905

18.5 快速大修实例907

18.5.1 宝钢2号高炉快速大修907

18.5.2 宝钢1号高炉快速大修912

参考文献914