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1 我国炼铁工业发展现状1

1.1　我国炼铁工业发展历程及现状1

1.2　我国炼铁工业面临的形势3

1.2.1 我国工业化进程为钢铁产业提供广阔的发展前景3

1.2.2　产能扩张压力大3

1.2.3 炼铁工业存在着结构性的矛盾和生产布局不合理4

1.2.4　资源、能源、供给、运输、环境生态压力增大4

1.2.5 技术创新能力弱5

1.3　贯彻科学发展观和贯彻钢铁产业发展政策6

1.3.1 提高资源、能源及市场竞争力，实现产业升级6

1.3.2 提高炼铁工业的集中度，搞好产业布局7

1.3.3 改变增长方式8

1.3.4　提高创新能力10

1.4　高炉技术指标及确定10

1.4.1 《规范》使用的术语11

1.4.2　合理确定高炉技术指标13

1.4.3 高炉装备水平的确定15

1.4.4 高炉长寿18

2　炼铁工业可持续发展的保障条件19

2.1　我国铁矿石资源及生产19

2.1.1 我国铁矿石资源状况19

2.1.2 我国铁矿石生产现状21

2.2　世界铁矿石资源、生产及贸易26

2.2.1 世界铁矿石资源状况26

2.2.2 世界铁矿石生产状况及发展趋势28

2.2.3 世界主要铁矿石出口企业的生产状况29

2.2.4 世界铁矿石产能扩张分析41

2.2.5 未来全球铁矿石产能预测及面临的问题42

2.3　我国煤炭资源及生产现状42

2.3.1 我国煤炭资源状况43

2.3.2 我国炼焦煤生产45

2.3.3 我国炼焦煤的洗选情况46

2.3.4 我国无烟煤的资源及生产能力47

2.3.5 影响国内煤炭市场的因素47

2.4　世界煤炭资源48

2.4.1 世界煤炭资源状况48

2.4.2　世界煤炭产量、消费量及贸易量49

2.4.3 世界煤炭价格及走势分析52

2.5　结语52

参考文献52

3　炼铁精料53

3.1　高炉炼铁对原燃料的要求53

3.2　提高含铁原料的质量55

3.2.1 提高入炉品位56

3.2.2　提高烧结矿的质量59

3.2.3 提高球团矿的质量63

3.2.4 天然块矿67

3.2.5 喷煤对原料质量的要求69

3.3　提高燃料的质量70

3.3.1 高炉冶炼和喷煤对焦炭质量的要求71

3.3.2　提高焦炭质量的途径78

3.3.3 焦炭质量要求80

3.3.4　高炉喷煤和冶炼对煤粉质量的要求84

3.3.5 喷吹用原煤的质量要求86

3.4　辅助原料87

3.4.1 高炉冶炼对辅助原料的质量要求87

3.4.2 辅助原料的质量要求88

3.5　入炉有害杂质89

3.5.1 有害杂质对高炉生产的影响89

3.5.2　碱金属的危害及其控制91

3.5.3 高炉内的锌危害及其控制93

参考文献94

4 发展循环经济，降低资源和能源消耗95

4.1　循环经济是我国经济和环境保护发展的必然选择95

4.2　循环经济和清洁生产是高炉炼铁环境保护设计的指导思想95

4.3　发展循环经济的基本途径和对策97

4.3.1 “减量化”是实现可持续发展的根本97

4.3.2 清洁生产和绿色技术是推行循环经济的支撑97

4.3.3 建立工业生态循环方式98

4.3.4　循环经济是系统工程98

4.3.5 建立绿色经济核算体系98

4.4　在高炉炼铁设计、生产中，贯彻科学发展观98

4.4.1 改变高炉炼铁的设计、生产理念99

4.4.2 “精料”是贯彻“减量化”生产的基础100

4.4.3 确定高炉炼铁生产指标时，应贯彻“减量化”生产的思想100

4.4.4　采取替代紧缺资源的技术101

4.5　合理利用能源101

4.5.1 高炉炼铁能耗状况101

4.5.2　充分利用高炉煤气103

4.5.3　余热、余能利用104

4.5.4　脱湿鼓风104

4.5.5 节电和减少能源介质、辅助材料的消耗105

4.6　资源综合利用105

4.6.1 炉渣综合利用105

4.6.2　含铁尘泥综合利用106

4.7　水资源循环利用107

4.8　污染治理109

4.8.1　废气治理110

4.8.2　废水治理111

4.8.3 噪声控制112

4.8.4　环境风险113

4.8.5 绿化113

参考文献114

5 降低燃料比和焦比的措施117

5.1　合理布料117

5.1.1 布料的调节手段117

5.1.2　合理煤气流分布122

5.1.3 提高煤气利用率的措施123

5.2　高风温123

5.2.1 风温对节焦的影响124

5.2.2　风温对高炉冶炼的影响125

5.3　喷吹煤粉125

5.3.1　煤种选择和优化126

5.3.2　煤粉成分控制127

5.3.3　提高煤粉利用率128

5.3.4　提高煤焦置换比的措施133

5.4　脱湿鼓风135

5.4.1 脱湿鼓风对高炉过程的影响136

5.4.2　脱湿鼓风对燃料比的影响137

5.5　冶炼强度对燃料比的影响138

5.5.1 冶炼强度与燃料比的综合情况138

5.5.2 各级高炉合适的冶炼强度140

5.5.3 用冶炼强度来衡量高炉强化程度所遇到的问题143

5.5.4 采用冶炼强度来衡量高炉强化程度是不合适的144

5.6　低硅冶炼145

5.6.1 低硅冶炼的意义145

5.6.2 国内外低硅冶炼水平145

5.6.3　低硅冶炼的理论与实践145

5.6.4 降低铁水硅含量的措施147

5.7　降低高炉热量损失149

5.7.1 高炉炉体热负荷计算方法150

5.7.2 影响炉体热负荷的因素150

5.7.3 气流分布对热负荷的影响151

5.7.4　确定合理的热负荷153

5.7.5 热负荷变化对焦比的影响153

参考文献154

6　强化高炉冶炼的途径155

6.1　高炉炉内的煤气流动阻力155

6.1.1 散料层的煤气流动阻力156

6.1.2 高炉炉料性能和未燃煤粉对透气性的影响157

6.1.3 软熔带和滴落带的煤气流动阻力160

6.2　高炉炉腹煤气量与透气阻力系数164

6.2.1 炉腹煤气量和透气阻力系数164

6.2.2 实际炉腹煤气量与透气阻力系数的关系165

6.3　限制高炉强化的气体力学因素166

6.3.1 高炉上部的流态化现象166

6.3.2 高炉下部的液泛现象168

6.4　高炉炉内温度对高炉强化的影响171

6.4.1 风口循环区171

6.4.2 风口前燃烧温度和软熔带热量消耗与高炉操作区域174

6.4.3 热流强度与炉内温度分布178

6.5　提高利用系数的措施180

6.5.1 降低燃料比和焦比180

6.5.2 富氧鼓风181

6.5.3 提高炉顶压力183

6.5.4　增加鼓风量186

6.6　以炉腹煤气量指数取代冶炼强度188

6.6.1 限制高炉强化因素的回顾188

6.6.2　高炉炉腹煤气量指数188

6.6.3 影响高炉炉腹煤气量指数的因素190

6.6.4　炉腹煤气量指数的使用价值191

6.7　提高高炉高效，稳定运行时间192

6.8　结语193

参考文献194

7 延长高炉寿命的措施195

7.1　高炉寿命的现状195

7.1.1 高炉的长寿化195

7.1.2　高炉大型化195

7.1.3 实现高炉长寿是一项系统工程198

7.2　高炉损坏的原因199

7.2.1 破损调查及分析199

7.2.2 高炉炉底和炉缸的化学侵蚀和侵蚀进程的分析201

7.2.3 有害元素对炉体的损坏205

7.3　合理的操作制度211

7.3.1 烘炉和开炉212

7.3.2　高炉顺行与长寿212

7.3.3　控制边缘气流212

7.3.4 适宜造渣制度和活跃炉缸中心215

7.3.5 高炉热负荷的监测与控制215

7.3.6 冷却水量、水质调节及控制219

7.3.7　合理的出铁制度及出铁口的维护220

7.3.8　钛矿护炉224

7.4　高炉的功能性检修226

7.4.1 高炉内衬的诊断226

7.4.2 炉缸、出铁口及风口的维修技术229

7.4.3 高炉炉体内衬的修复技术232

7.4.4　冷却设备的修理236

7.4.5　炉壳开裂的修补238

7.5　热风炉长寿240

7.5.1 热风炉的破损240

7.5.2 主要热态维修技术243

参考文献245

8　炼铁工艺计算247

8.1　高炉炼铁工艺计算的意义247

8.2　联合计算法247

8.2.1　A.H．拉姆联合计算法248

8.2.2　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

8.3　线性配料计算262

8.3.1 应用A.H．拉姆联合计算法时的线性配料计算263

8.3.2 应用P.D.R联合计算法时的线性配料计算264

8.3.3 线性规划配料计算265

8.4　理论最低碳的计算267

8.4.1 氧化铁还原的还原剂碳消耗267

8.4.2 氧化铁还原热量需求的碳消耗268

8.4.3 理论最低碳比和吨铁最低燃料比269

8.5　高炉操作线计算269

8.5.1 里斯特操作线的画法271

8.5.2　操作线的特点272

8.6　影响高炉炼铁焦比诸因素的计算274

8.6.1 A.H．拉姆联合计算法的应用275

8.6.2 应用P.D.R联合计算法计算277

8.6.3 应用里斯特操作线图计算277

8.7　理论燃烧温度计算282

8.7.1 循环区内生成的煤气成分数量和炉腹煤气成分及数量282

8.7.2　燃料带入循环区的热量283

参考文献284

9 高炉鼓风机的选择285

9.1　高炉鼓风量及鼓风压力的确定285

9.1.1 吨铁耗风量的确定285

9.1.2 高炉最大风量的确定287

9.1.3 高炉产量、入炉风量和富氧率之间的关系290

9.1.4　鼓风机风压的确定297

9.2　高炉鼓风机能力的确定300

9.2.1 鼓风机的稳定运行范围和有效使用范围300

9.2.2　高炉配置的鼓风机304

9.3　脱湿鼓风310

9.3.1 脱湿鼓风的发展310

9.3.2 高炉脱湿鼓风的作用310

9.3.3 各种脱湿方法及其特点313

9.3.4　冷却脱湿鼓风的作用317

参考文献318

10 高炉炉体319

10.1 高炉内型319

10.1.1 高炉容积的定义及内型尺寸代号319

10.1.2　高炉内型设计321

10.1.3 操作内型及薄壁内型设计324

10.1.4　死料堆的运动及死铁层的深度328

10.2　炉底、炉缸冷却和砌体结构330

10.2.1 炉底、炉缸冷却结构330

10.2.2 炉底、炉缸砌体结构332

10.2.3 炉底、炉缸用耐火材料336

10.3　炉底、炉缸结构的分析340

10.3.1　铁水渗透和侵蚀340

10.3.2　铁水流动冲刷力的分析345

10.3.3 热应力形成炭砖脆裂带350

10.4　炉腹、炉腰和炉身冷却和砌体结构355

10.4.1 炉腹、炉腰和炉身下部工作条件356

10.4.2 炉腹、炉腰和炉身冷却结构357

10.4.3 炉腹、炉腰和炉身砌体结构361

10.4.4 炉腹、炉腰和炉身用耐火材料362

10.5　炉腹、炉腰和炉身耐材损坏的分析366

10.5.1 炉腹、炉腰和炉身下部的热应力破坏366

10.5.2 炉腹、炉腰和炉身下部耐材的热震破坏370

10.6　高炉冷却设备373

10.6.1 冷却壁的材料及其传热分析373

10.6.2　铸铁冷却壁377

10.6.3 铸铁冷却壁的损坏分析383

10.6.4　铜冷却壁和铜冷却板385

10.7　高炉冷却系统393

10.7.1　冷却介质394

10.7.2　冷却系统的分类及水质控制394

10.7.3 软水密闭循环冷却系统设计397

10.8　高炉炉体钢结构405

10.8.1　钢结构框架405

10.8.2　炉壳406

10.8.3　炉体平台走梯409

10.9　结语410

参考文献410

11 高炉炉顶装料和供料系统411

11.1 高炉矿槽、焦槽及供料系统411

11.1.1 矿槽、焦槽及槽上运输411

11.1.2　矿槽、焦槽及料斗的设计414

11.2　料批重量及批数415

11.2.1 料批重量的确定415

11.2.2 高炉昼夜装料批数及一批料的时间418

11.3　供料系统的选择及作业时间顺序419

11.3.1 供料系统的选择419

11.3.2　供料系统的能力及作业时间顺序422

11.4　供料系统设备427

11.4.1 焦槽槽下设备及能力的确定427

11.4.2 矿槽槽下设备及能力的确定430

11.4.3　废铁清除装置434

11.4.4　取样装置435

11.4.5　上料胶带运输机435

11.5　炉顶装料系统436

11.5.1 无料钟炉顶装料设备及其特点437

11.5.2 炉顶装料系统能力的确定441

11.5.3　炉顶装料设备447

11.5.4 无料钟装料设备三电控制452

11.6　炉顶均排压系统455

11.6.1 无料钟炉顶均排压系统455

11.6.2 炉顶均压煤气回收系统456

11.6.3 无料钟炉顶液压系统及润滑站457

11.6.4　料面探测设备457

11.7　炉顶结构及设备检修设备459

11.7.1 炉顶结构459

11.7.2 高炉炉顶除尘及设备维修459

参考文献460

12 热风炉463

12.1　热风炉蓄热室热交换理论463

12.1.1　蓄热过程464

12.1.2 蓄热室纵向温度分布465

12.1.3 蓄热室热交换过程的解析468

12.1.4　基谐波振荡——零次特征函数470

12.1.5 蓄热室末端的温度变化及其对热交换的影响479

12.2　热风炉内的燃烧过程及气体运动484

12.2.1 燃烧器及其研究方法485

12.2.2　金属燃烧器的研究487

12.2.3 陶瓷燃烧器的实验研究488

12.2.4　燃烧过程的数学模拟500

12.2.5　燃烧振动506

12.2.6　烟气和冷风的分布508

12.3　热风炉的使用情况和结构形式510

12.3.1 热风炉的使用情况510

12.3.2 热风炉结构形式及其优缺点513

12.4　热风炉砌体结构及耐火材料517

12.4.1 热风炉用耐火材料的发展517

12.4.2　热风炉的砌筑结构517

12.4.3 耐火材料中的应力525

12.4.4　对耐火材料的要求528

12.4.5 热风炉使用的耐火材料530

12.4.6　不定形耐火材料538

12.5　蓄热室设计的优化541

12.5.1 优化热风炉的设计条件541

12.5.2 优化热风炉的设计542

12.5.3 蓄热室的最优化543

12.5.4　格砖的最优化545

12.6　热风炉金属结构及设备548

12.6.1 晶界应力腐蚀的成因及预防措施548

12.6.2　热风炉设备550

12.7　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556

12.7.1 废气热量利用556

12.7.2　使用低发热值煤气获得高风温的方法558

12.8　热风炉操作563

12.8.1 烘炉563

12.8.2　凉炉565

12.8.3 热风炉的保温567

12.8.4　热风炉的操作制度567

12.8.5 热风炉的自动控制572

参考文献573

13　改善炉前劳动条件及高炉炉渣的综合利用575

13.1　风口平台及出铁场575

13.1.1　风口平台及出铁场布置575

13.1.2　风口平台出铁场结构579

13.2　改善炉前劳动条件，提高劳动生产率581

13.2.1 渣铁沟的设计581

13.2.2　炉前机械化586

13.2.3 炉前渣铁沟内衬材料及其修理的工艺和设备595

13.2.4 炉前通风除尘设施602

13.3　高炉炉渣及其综合利用610

13.3.1 沉淀过滤法611

13.3.2　机械过滤设施613

13.3.3　矿渣膨珠623

13.3.4　干渣坑625

13.3.5　冲渣水处理626

13.3.6 高炉炉渣的综合利用627

参考文献627

14 高炉煤气净化及炉顶煤气余压发电630

14.1　粗煤气除尘系统630

14.1.1　粗煤气管道630

14.1.2　重力除尘器632

14.1.3 轴向旋风除尘器633

14.1.4 重力除尘器和切向旋风除尘器634

14.2　湿式除尘635

14.2.1 环缝洗涤系统635

14.2.2　双文丘里洗涤系统638

14.2.3 环缝和文丘里洗涤系统的比较639

14.3　干式除尘640

14.3.1 干式布袋除尘640

14.3.2 干式静电除尘647

14.3.3 干式除尘器的特点及比较648

14.3.4 干式除尘存在的问题及对策648

14.3.5 干式除尘的社会效益和经济效益650

14.4　炉顶煤气余压发电651

14.4.1 概述651

14.4.2 煤气余压回收装置的工艺流程及特点652

14.4.3 炉顶煤气余压透平能力的确定653

14.4.4　设备组成及结构656

14.4.5　节能及效益666

14.4.6　TRT业绩668

参考文献672

15 高炉喷吹煤粉674

15.1　喷煤的效益和最佳喷煤量674

15.1.1 喷煤的效益674

15.1.2　最佳喷煤量的设定675

15.2　喷煤工艺流程678

15.2.1 喷煤工艺设施678

15.2.2 喷煤车间的辅助设施680

15.3　高炉喷煤工艺的分类680

15.3.1 直接喷吹和间接喷吹680

15.3.2　串罐与并罐680

15.3.3 多支管和总管加分配器681

15.3.4　上出料和下出料682

15.3.5 并联喷吹罐的配置683

15.4　喷煤车间主要设备的选择及其能力的确定684

15.4.1　原煤仓684

15.4.2　给煤机685

15.4.3　磨煤机685

15.4.4　布袋收粉器687

15.4.5　煤粉仓688

15.4.6　主排烟风机689

15.4.7 煤粉仓下部流化装置、加煤分料管和阀门组690

15.4.8 喷吹罐691

15.4.9　二次补气器693

15.4.10　煤粉筛694

15.4.11　煤粉分配器694

15.4.12　煤粉喷枪和氧煤喷枪694

15.5　磨煤机热平衡简化计算695

15.5.1 磨煤机的主要热量支出695

15.5.2　磨煤机的主要热量收入696

15.5.3　热平衡计算的步骤696

15.6　喷煤管路的设计与计算696

15.6.1 喷煤量与罐压696

15.6.2　关于浓相输送697

15.6.3 喷吹罐的工作压力697

15.6.4 “以流量换压力”的条件698

15.6.5 喷吹用气量及其计算698

15.6.6 气、煤两相流总阻损的确定699

15.7　喷吹烟煤设计中的安全措施701

15.7.1 引起煤粉爆炸的条件701

15.7.2　防爆措施702

15.8　磨煤机烟气自循环工艺702

15.8.1 烟气自循环工艺简介702

15.8.2 烟气自循环工艺的形式703

15.8.3 适用烟气自循环工艺的场合704

15.8.4 烟气自循环工艺的理论依据704

15.8.5　控制系统含氧率的措施708

15.8.6 抑制高湿量烟气危害的措施709

15.8.7 不脱水自循环工艺中主要参数的设定709

参考文献710

16 检测和自动化711

16.1　高炉主要检测仪表711

16.1.1 温度类仪表712

16.1.2　压力类仪表712

16.1.3　流量类仪表713

16.1.4　物位类仪表714

16.1.5 特殊仪表715

16.2　高炉主要检测项目725

16.2.1 无料钟炉顶检测项目725

16.2.2　高炉本体检测项目726

16.2.3 热风炉检测项目729

16.3　高炉自动化控制731

16.3.1 高炉自动化控制系统基本构成732

16.3.2　基础自动化级L1的基本组成732

16.3.3 基础自动化级L1的构成类型735

16.3.4　过程控制级L2的基本组成736

16.3.5　过程控制级L2的构成类型737

16.3.6 自动化控制系统控制和管理范围738

16.3.7 基础自动化L1的主要控制功能739

16.3.8　HMI画面746

16.3.9　过程自动化L2主要功能748

16.3.10 自动化控制系统电源749

16.4　高炉及热风炉数学模型749

16.4.1 高炉数学模型749

16.4.2　热风炉燃烧控制数学模型754

参考文献758