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绪论 1

第1章 冲天炉熔炼原理 6

1.1 冲天炉熔炼过程概述 6

1.1.1 冲天炉熔炼的基本过程 6

1.1.2 冲天炉熔炼的特点 6

1.2 冲天炉内焦炭的燃烧 7

1.2.1 焦炭在底焦中的燃烧过程 7

1.2.2 炉气的燃烧比ηV 10

1.2.3 冲天炉实际风量的计算 14

1.2.4 熔炼过程对底焦燃烧的影响 15

1.3 冲天炉内的热量交换 16

1.3.1 金属炉料的预热、熔化及过热 16

1.3.2 冲天炉内的热平衡 21

1.4 影响焦炭燃烧及冲天炉内铁液温度的因素 26

1.4.1 冲天炉结构的影响 26

1.4.2 送风的影响 29

1.4.3 焦炭的影响 31

1.4.4 炉料的影响 33

1.4.5 熔炼操作的影响 33

1.4.6 冲天炉网形图 34

1.5 冲天炉熔炼过程中铁液成分的变化 35

1.5.1 冲天炉内冶金环境 35

1.5.2 冲天炉内冶金反应的热力学条件 38

1.5.3 化学反应的等温方程式 41

1.5.4 液相中的反应 42

1.5.5 冲天炉内铁液成分的变化 49

第2章 冲天炉结构 66

2.1 冲天炉结构及其分类 66

2.1.1 炉内区带划分 66

2.1.2 冲天炉参数 66

2.1.3 冲天炉分类 67

2.2 常炉衬冲天炉及其结构 68

2.2.1 常炉衬冲天炉结构及设计要求 68

2.2.2 炉身基本尺寸 69

2.2.3 常炉衬冲天炉的炉身结构 71

2.2.4 风口参数及结构 74

2.2.5 风箱及风口观察窗 77

2.2.6 冲天炉火花捕集器 80

2.2.7 烟囱及其抽力 84

2.2.8 冲天炉加料口 85

2.2.9 炉腿与炉底盘组合 85

2.2.10 冲天炉过桥 92

2.2.11 前炉 93

2.2.12 炉体移动机构 99

2.2.13 冲天炉基础 104

2.2.14 常见冲天炉的结构及其性能 104

2.2.15 冲天炉基本结构参数及有关要求 111

2.3 水冷冲天炉的结构 113

2.3.1 一般水冷熔化段 113

2.3.2 插入式水冷风口 114

2.3.3 连续出铁与出渣装置 117

2.3.4 炉壁喷淋冷却装置 118

2.3.5 水冷熔化段结构参数 121

2.3.6 其他结构的水冷熔化段 126

2.3.7 水冷炉冷却水系统 127

2.3.8 水冷冲天炉的炉体结构 133

2.3.9 建造或改造水冷炉应注意的问题 135

2.4 部分冲天炉产品简介 136

2.4.1 龙卷风发生器及其冲天炉 136

2.4.2 蜗螺形风箱冲天炉 137

2.4.3 铸焊组合热风炉胆换热器 137

2.4.4 温差送风冲天炉 138

2.4.5 10t/h外热风水冷冲天炉 138

2.4.6 常炉衬常温送风冲天炉主要规格 139

2.4.7 常温送风水冷冲天炉规格 140

2.4.8 旁置外热风水冷长炉龄冲天炉规格 140

第3章 冲天炉配套设备与工具 141

3.1 冲天炉配套设备 141

3.1.1 供风设备 141

3.1.2 炉渣分离及处理设备 166

3.2 操作用具 172

3.2.1 手工操作用具 172

3.2.2 喷补修炉设备 173

3.2.3 堵出铁口机构 175

3.2.4 前炉盖吊挂装置 176

3.2.5 换热器清灰工具 176

3.2.6 打炉残料处理装置 178

3.2.7 炉前铁液处理装置 180

3.3 冲天炉备料、配料和加料设备 193

3.3.1 炉料制备设备 193

3.3.2 配料设备 210

3.3.3 加料设备 218

3.3.4 修炉材料制备设备 231

3.4 冲天炉预热送风装置 232

3.4.1 预热送风的类型及选用原则 232

3.4.2 预热送风的效果及技术经济指标分析 235

3.4.3 热风冲天炉用换热器 236

3.4.4 换热器结构设计计算 241

3.5 冲天炉加氧送风装置 245

3.5.1 加氧送风的方法 245

3.5.2 加氧量 246

3.5.3 加氧送风装置的布置 246

3.6 冲天炉脱湿送风装置 247

3.6.1 空气脱湿法 247

3.6.2 空气脱湿装置 247

3.7 冲天炉附加燃料装置 248

3.7.1 冲天炉附加燃料的特点 248

3.7.2 附加燃料的作用 248

3.7.3 附加煤粉的装置及其工艺参数 249

3.7.4 附加燃油装置及其参数确定 251

3.7.5 附加天然气装置 252

3.8 冲天炉配套保温电炉 252

3.8.1 工频有心感应铸铁保温炉 252

3.8.2 工频无心底注式保温浇注电炉 253

3.8.3 短线圈工频无心感应铸铁保温炉 253

3.8.4 双联熔炼中频感应电炉 255

3.9 冲天炉生产安全与劳动保护装置 256

第4章 冲天炉原辅材料及筑炉材料 260

4.1 金属炉料 260

4.1.1 生铁 260

4.1.2 废钢铁 263

4.1.3 常用铸造铁合金 265

4.1.4 铁液孕育剂 274

4.1.5 铁液脱硫剂 277

4.1.6 球化剂 278

4.2 燃料 279

4.2.1 焦炭 279

4.2.2 燃油 283

4.2.3 燃气 284

4.2.4 烟煤、无烟煤与焦炭挥发物等指标的对比 285

4.3 熔剂及其他辅助材料 286

4.3.1 石灰石、白云石 286

4.3.2 碳化钙（电石） 287

4.3.3 铁矿石 288

4.4 耐火材料 288

4.4.1 概述 288

4.4.2 耐火材料的分类 288

4.4.3 耐火材料的性质 291

4.4.4 耐火制品的牌号、砖号、分型及形状尺寸 296

4.4.5 耐火材料的选择 306

4.5 隔热材料 311

4.5.1 膨胀蛭石及其制品 311

4.5.2 硅藻土及其制品 312

4.5.3 石棉及其制品 313

4.5.4 矿渣棉、岩棉及其制品 313

4.5.5 膨胀珍珠岩及其制品 315

4.5.6 硅酸钙绝热制品 316

4.5.7 粘土质隔热制品 317

4.5.8 高铝质隔热制品 318

4.5.9 氧化铝质隔热制品 319

4.5.10 耐火陶瓷纤维及其制品 320

第5章 冲天炉熔炼作业 325

5.1 熔炼作业基础 325

5.1.1 冲天炉熔炼的技术经济指标 325

5.1.2 冲天炉能耗分等及节能途径 326

5.1.3 熔炼作业的基本要求 327

5.1.4 冲天炉各工序操作要点 327

5.2 操作参数的选择 328

5.2.1 装炉底焦高度 329

5.2.2 层铁与层焦参数 329

5.2.3 层熔剂量选取 331

5.2.4 风量选取与风压问题 331

5.3 运行底焦高度 333

5.3.1 运行底焦高度对冲天炉熔炼的影响 333

5.3.2 影响运行底焦高度的因素 333

5.3.3 运行底焦高度的调控 333

5.4 炉与浇包的内衬及其修筑 334

5.4.1 常炉衬冲天炉的炉衬 335

5.4.2 浇包筑衬 337

5.4.3 炉衬与包衬的烘烤 339

5.4.4 水冷炉的炉衬 339

5.5 炉料准备与选配 343

5.5.1 炉料的一般要求 343

5.5.2 炉料加工和准备 343

5.6 冲天炉配料计算基础 344

5.6.1 金属炉料的选配原则 344

5.6.2 配料的基本计算 345

5.6.3 配料计算常用数据 346

5.6.4 试算法配料 347

5.6.5 表格法与其他配料方法 349

5.7 点火装料与闷炉 354

5.7.1 点火 354

5.7.2 装炉底焦高度测量 354

5.7.3 装料 355

5.7.4 闷炉 355

5.8 熔炼控制及其作业 355

5.8.1 常炉衬冲天炉的熔炼控制 355

5.8.2 水冷炉熔炼作业要点 360

5.8.3 高温热风水冷炉作业 363

5.9 炉况观察与判断 363

5.9.1 风口的观察与判断 363

5.9.2 加料口的观察与判断 364

5.9.3 风量风压的观察 364

5.9.4 出渣口的观察与判断 365

5.9.5 炉渣的观察与判断 365

5.9.6 铁液的观察与判断 365

5.10 熔炼故障与排除 367

5.10.1 常炉衬冲天炉的故障 367

5.10.2 水冷冲天炉故障处理 373

5.10.3 高温热风冲天炉故障 375

5.11 浇包 376

5.11.1 浇包选择 376

5.11.2 浇包的安全使用 377

5.11.3 自制浇包的安全问题 377

5.12 双联熔炼对冲天炉作业的要求 377

5.12.1 对铁液品质的要求 377

5.12.2 对铁液产量的平衡要求 377

5.13 冲天炉的安全生产 378

5.13.1 冲天炉恶性事故案例 378

5.13.2 冲天炉爆炸预防 378

5.13.3 冲天炉的其他安全问题 378

5.13.4 冲天炉安全作业规程 379

第6章 铸铁熔炼 380

6.1 灰铸铁 380

6.1.1 灰铸铁概述 380

6.1.2 灰铸铁的冲天炉熔炼 382

6.1.3 孕育处理 383

6.1.4 铁液质量的炉前检测 386

6.1.5 灰铸铁的配料 388

6.2 球墨铸铁 391

6.2.1 球墨铸铁简述 391

6.2.2 球墨铸铁的熔炼 393

6.2.3 球化处理与孕育处理 394

6.2.4 球墨铸铁的炉前检验 399

6.2.5 球墨铸铁的配料 400

6.2.6 冲天炉熔炼奥-贝球墨铸铁（ADI） 405

6.2.7 球墨铸铁典型铸造缺陷及其防止 407

6.3 蠕墨铸铁 410

6.3.1 蠕墨铸铁综述 410

6.3.2 冲天炉熔炼蠕墨铸铁的要点 412

6.3.3 蠕化孕育处理 412

6.3.4 常见缺陷分析及解决方法 417

6.3.5 蠕墨铸铁配料实例 419

6.4 可锻铸铁 421

6.4.1 可锻铸铁综述 421

6.4.2 可锻铸铁熔炼 423

6.4.3 可锻铸铁炉前处理与控制 427

6.4.4 常见缺陷分析及防治措施 430

6.5 合金铸铁 432

6.5.1 冲天炉熔炼合金铸铁的类别及性能 432

6.5.2 合金元素的添加 436

6.5.3 冲天炉熔炼合金铸铁操作要点 444

第7章 冲天炉熔炼过程检测及控制 449

7.1 原辅材料检测 449

7.1.1 采样和制样 449

7.1.2 焦炭性能检测 459

7.1.3 原材料品质的现场测定 468

7.1.4 X射线荧光光谱仪 469

7.2 冲天炉熔炼过程中主要参数的检测 471

7.2.1 炉料重量的检测 471

7.2.2 炉内料位的检测 471

7.2.3 加料批数记录和显示 473

7.2.4 送风压力的检测 474

7.2.5 送风量的检测 480

7.2.6 温度和检测 488

7.2.7 底焦高度与铁液量检测 506

7.2.8 熔化率的连续测定 507

7.2.9 炉气成分的检测 508

7.2.10 炉渣成分的检测 512

7.3 冲天炉熔炼过程的控制与调节 514

7.3.1 风量的自动控制 514

7.3.2 送风湿度的自动控制 515

7.3.3 铁液温度的自动控制 516

7.3.4 自动配料、加料、计数的集中控制 516

7.4 炉前快速检测 517

7.4.1 快速试样法 517

7.4.2 热分析法 520

7.4.3 直读光谱仪 521

7.4.4 高频红外碳硫仪 523

7.4.5 自动快速碳、硫分析仪及三通道光度比色仪 524

7.4.6 炉前快速金相分析 526

7.4.7 无损检测 549

7.5 冲天炉熔炼过程自动控制 550

7.5.1 炉后自动配加料系统 551

7.5.2 冲天炉熔炼专家系统 553

第8章 环境保护及排放物回收利用 554

8.1 冲天炉排放特点及相关标准 554

8.1.1 烟气排放、组成及危害 554

8.1.2 噪声及危害 556

8.1.3 废水排放及标准 557

8.2 冲天炉烟气除尘净化设备 557

8.2.1 除尘器类型及选用原则 557

8.2.2 常用除尘器原理及技术参数 558

8.3 冲天炉除尘系统的设计 588

8.3.1 除尘系统设计应考虑的因素 588

8.3.2 排烟设计参数的确定 590

8.3.3 除尘系统的风管设计 591

8.3.4 除尘通风机选择 594

8.3.5 除尘器选择 595

8.4 冲天炉烟尘净化系统 596

8.4.1 典型的除尘净化系统 596

8.4.2 冲天炉除尘系统维护保养及安全操作 606

8.5 冲天炉烟气余热利用系统 607

8.6 冲天炉炉渣余热及利用 609

8.6.1 炉渣余热利用的必要性 609

8.6.2 炉渣余热回收利用 609

8.7 冲天炉熔炼过程的废水净化与回用 610

8.7.1 冲天炉煤气洗涤水的处理 610

8.7.2 冲渣废水的处理 612

8.8 粉尘收集、泥浆处理及回收利用 613

8.8.1 粉尘收集 613

8.8.2 泥浆处理 617

8.8.3 粉尘、泥浆的回收利用 620

8.9 噪声控制 621

8.9.1 噪声的物理量度 621

8.9.2 噪声的防止方法及消声器类型 622

8.9.3 冲天炉常用的消声器 623

8.9.4 消声器的选用与安装 627

第9章 熔炼车间设计与管理 628

9.1 熔炼车间布置基本原则 628

9.1.1 总图布置原则 628

9.1.2 车间内部布置原则 628

9.1.3 建筑结构选型原则 628

9.1.4 环保治理原则 628

9.1.5 安全防护原则 628

9.2 熔炼车间设计 628

9.2.1 熔炼生产率计算 628

9.2.2 冲天炉选用 633

9.2.3 平面布置 634

9.2.4 总图资料 636

9.2.5 公用资料 639

9.2.6 土建资料 639

9.2.7 施工图设计 639

9.3 施工管理 645

9.3.1 网络计划 645

9.3.2 人员组织 645

9.3.3 土建施工 645

9.3.4 设备采购 645

9.3.5 设备制造 645

9.3.6 设备安装 646

9.3.7 钢结构制作 647

9.3.8 设备调试 648

9.4 生产过程记录分析 648

9.4.1 生产过程记录的重要性 648

9.4.2 记录内容及图表 648

9.4.3 记录分析 651

9.5 熔炼费用分析 651

9.5.1 冲天炉熔炼费用计算 651

9.5.2 双联熔炼费用计算 652

9.5.3 费用分析 652

9.5.4 熔炼费用计算举例 653

9.6 带动卫生与安全生产 654

9.6.1 有关法律法规 654

9.6.2 工艺措施 654

9.6.3 设备措施 654

9.6.4 管理和操作规程 655

9.6.5 劳动保护 657

9.6.6 熔炼车间起重机械 657

9.7 熔炼车间典型布置 658

9.7.1 单冲天炉熔炼 658

9.7.2 双冲天炉或多冲天炉熔炼 658

9.7.3 双联熔炼 664

第10章 国外冲天炉技术 668

10.1 国外冲天炉的发展历史 668

10.2 国外冲天炉技术现状 668

10.3 冲天炉的发展方向 669

10.3.1 观点一 669

10.3.2 观点二 670

10.3.3 观点三 671

10.3.4 观点四 671

10.4 冲天炉加氧送风 672

10.4.1 额外加氧对焦炭燃烧过程的影响 672

10.4.2 四种富O2模式的效果 673

10.4.3 冲天炉的加氧方法 674

10.5 无焦冲天炉 678

10.5.1 天然气的组成与特性参数 678

10.5.2 燃烧技术 679

10.5.3 无焦冲天炉的结构 679

10.5.4 无焦冲天炉的耐火材料 681

10.5.5 加料 681

10.5.6 无焦冲天炉的造渣操作 681

10.5.7 环保评估 681

10.6 冲天炉传统燃料（焦炭）的代用 682

10.6.1 天然气取代焦炭的优点 682

10.6.2 从能量消耗观点确定天然气的代焦量 682

10.6.3 化学成分的变化 683

10.6.4 CO2的排放 684

10.6.5 焦炭碎粉 684

10.7 等离子冲天炉 684

10.7.1 等离子弧的基本概念 684

10.7.2 等离子弧的特性 685

10.7.3 等离子冲天炉的工作过程 685

10.7.4 等离子冲天炉的研制、使用与发展 687

10.8 FAR冲天炉 687

10.9 计算机在冲天炉熔化技术方面的应用 688

10.9.1 应用范围 688

10.9.2 冲天炉的计算模型 688

10.9.3 冲天炉的计算机数值模拟 689

10.10 现代冲天炉 689

10.10.1 现代冲天炉的结构 689

10.10.2 现代冲天炉的影响因素与目标值 692

10.10.3 现代冲天炉的冶金原理 693

10.10.4 现代冲天炉对改善铁液均匀性的贡献 696

10.11 冲天炉物料 698

10.11.1 金属炉料 698

10.11.2 燃料 702

10.11.3 耐火衬料 702

10.12 冲天炉的排放与回收利用 703

10.12.1 冲天炉的排放物 703

10.12.2 冲天炉炉气净化、除尘 708

10.12.3 除渣与炉渣回用 708

10.12.4 余热利用 708

10.12.5 铸造过程产生的粒状排放物的循环回用 709

10.12.6 冲天炉连续喷粉技术 710

附录 714

附录A 冲天炉相关标准 714

附录A-1 冲天炉型式和基本参数（GB/T 22341.1—2008） 714

附录A-2 冲天炉技术条件（GB/T 22341.2—2008） 715

附录A-3 水冷无炉衬冲天炉技术条件（JB/T 10912—2008） 718

附录A-4 水冷薄炉衬冲天炉技术条件（JB/T 10787—2007） 722

附录A-5 顶置外热风冲天炉技术条件（JB/T 10913—2008） 724

附录A-6 冲天炉爬式加料机技术条件（JB/T 10911—2008） 728

附录A-7 铁水浇包基本参数（JB/T 5771.1—2006） 730

附录A-8 铁水浇包技术条件（JB/T 5771.2—2006） 731

附录A-9 冲天炉与冲天炉加料机安全要求（GB21501—2008） 733

附录B 气体和粉尘的基本性质参数 738

附录C 流体力学数据 742

附录D 常用物理化学数据 751

附录E 热导率换算表 763

附录F 部分冲天炉及相关仪器设备、原辅材料生产厂家名录 763

参考文献 768