高炉设计 炼铁工艺设计理论与实践 第2版PDF电子书下载

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