炼铁理论与工艺

1 绪论1

1．1 炼铁发展简史1

1．2 我国的炼铁工业发展历程及现状3

1．3 现代高炉炼铁工艺流程6

1．4 高炉产品及主要技术经济指标8

2 高炉冶炼中的炉缸反应过程12

2．1 燃料燃烧12

2．1．1 燃烧反应及其机理12

2．1．2 燃料燃烧产物的组分及计算13

2．1．3 燃料燃烧产物的热量分布与传递14

2．2 燃烧带对炉缸工作的影响15

2．2．1 回旋区和燃烧带15

2．2．2 燃烧带的煤气分布17

2．2．3 影响燃烧带因素18

2．2．4 燃烧带对炉缸工作的影响21

2．3 煤气的初始分布对高炉过程的影响25

2．3．1 煤气在炉缸内的合理分布26

2．3．2 调剂煤气初始分布的一般规律26

2．4 煤气上升过程中的传热传质作用28

2．4．1 煤气上升过程中体积、成分和温度的变化29

2．4．2 高炉热交换32

练习与思考38

3 高炉冶炼中的物理化学反应39

3．1 高炉解剖研究39

3．1．1 高炉解体研究概况39

3．1．2 解体研究的新发现40

3．1．3 解体研究对炼铁理论与实践的重要意义41

3．2 蒸发、分解和气化42

3．2．1 水分蒸发与分解42

3．2．2 碳酸盐分解43

3．2．3 燃料挥发分的挥发45

3．2．4 气化45

3．3 铁氧化物还原的热力学45

3．3．1 铁氧化物的特性46

3．3．2 铁氧化物还原条件47

3．3．3 铁氧化物还原顺序52

3．4 铁氧化物的还原反应52

3．4．1 CO还原铁氧化物52

3．4．2 用H2还原铁氧化物56

3．4．3 用固体碳还原铁氧化物58

3．5 直接还原与间接还原的比较62

3．5．1 高炉内直接还原和间接还原的分布63

3．5．2 直接还原度及其计算63

3．5．3 直接还原与间接还原比较67

3．5．4 最低理论焦比计算72

3．6 铁矿石还原的动力学76

3．6．1 还原过程的组成环节及速率特征76

3．6．2 氧化铁还原机理78

3．6．3 铁矿石还原速率的数学模型79

3．6．4 影响铁矿石还原速率的因素86

3．7 非铁元素的还原87

3．7．1 锰的还原87

3．7．2 硅的还原90

3．7．3 磷的还原94

3．7．4 钒、钛的还原94

3．8 生铁的形成97

练习与思考99

4 高炉炉渣性能与理论100

4．1 高炉造渣过程概述100

4．1．1 高炉炉渣的作用100

4．1．2 造渣过程101

4．2 炉渣结构和矿物组成103

4．2．1 炉渣碱度103

4．2．2 高炉炉渣的结构104

4．2．3 炉渣的矿物组成109

4．3 炉渣的性质113

4．3．1 炉渣的熔化性能114

4．3．2 炉渣的黏度116

4．3．3 炉渣的稳定性126

4．3．4 炉渣表面性质127

4．4 炉渣脱硫128

4．4．1 硫在高炉内的行为128

4．4．2 硫在煤气、渣、铁中的分配131

4．4．3 炉渣脱硫及其影响因素132

4．4．4 炉外脱硫136

4．5 炉渣排碱140

4．6 造渣对高炉生产的影响141

4．6．1 对高炉顺行的影响142

4．6．2 对生铁质量的影响143

4．6．3 对炉缸热制度的影响145

练习与思考145

5 高炉内炉料和煤气运动146

5．1 炉料运动146

5．1．1 散料的主要流体力学参数146

5．1．2 炉料下降及力学分析150

5．1．3 炉料运动155

5．2 煤气运动及影响Δp的因素160

5．2．1 煤气运动特征160

5．2．2 煤气上升过程的阻损162

5．2．3 透气性指数167

5．2．4 煤气流运动失常168

5．3 煤气流分布及其调剂171

5．3．1 合理的煤气分布171

5．3．2 影响煤气分布的因素173

5．4 炉料和煤气运动的相互影响184

练习与思考186

6 高炉冶炼能量利用与计算187

6．1 高炉能量利用指标与分析方法188

6．1．1 能量利用指标188

6．1．2 能量利用分析方法189

6．2 直接还原度计算189

6．3 配料计算190

6．3．1 计算准备及需要确定的已知条件191

6．3．2 计算步骤193

6．4 物料平衡计算197

6．4．1 风量计算197

6．4．2 煤气及其体积的计算198

6．4．3 编制物料平衡表200

6．5 热平衡计算201

6．5．1 热量收入Q收201

6．5．2 热量支出Q支202

6．6 区域热平衡计算205

6．7 高炉操作线209

6．7．1 操作线图的基本原理209

6．7．2 含H2时操作线的表示213

6．7．3 操作线的几个重要性质215

6．7．4 操作线绘制实例218

6．7．5 操作线图的应用223

6．7．6 喷吹燃料时操作线图的修正及实例229

练习与思考233

7 高炉强化冶炼的内容与措施234

7．1 高炉强化的基本内容234

7．1．1 提高高炉生产率234

7．1．2 提高冶炼强度235

7．1．3 降低燃料比和焦比241

7．2 精料242

7．2．1 提高含铁原料的质量243

7．2．2 提高焦炭质量251

7．3 高风温253

7．3．1 高风温和降低焦比的关系253

7．3．2 风温与喷吹燃料的关系257

7．3．3 风温与顺行的关系257

7．3．4 提高风温的措施258

7．4 富氧鼓风261

7．4．1富氧率的计算261

7．4．2 高炉富氧鼓风冶炼特征262

7．4．3 富氧鼓风对产量、焦比的影响264

7．4．4 富氧鼓风冶炼操作265

7．4．5 富氧鼓风工艺和设备266

7．4．6 高炉送、停氧操作程序(鞍钢)268

7．4．7 故障处理和氧气管道维护及安全规定269

7．5 高压操作270

7．5．1 高压操作冶炼特征271

7．5．2 高压高炉冶炼的影响272

7．5．3 炉顶均压、放散工艺274

7．5．4 炉顶均压制度276

7．5．5 高压、常压转换程序277

7．5．6 高压操作277

7．5．7 故障处理278

7．6 喷吹煤粉279

7．6．1 喷吹用燃料279

7．6．2 高炉喷吹煤粉的冶炼特征279

7．6．3 喷吹高炉的操作特点286

7．6．4 置换比与喷吹量287

7．6．5 提高喷吹量措施288

7．6．6 裂化喷吹290

7．6．7 高炉富氧喷煤291

7．7 脱湿鼓风296

7．7．1 鼓风湿度对高炉冶炼的影响297

7．7．2 对高炉内还原的影响298

7．7．3 对炉况顺行的影响298

7．7．4 对焦比的影响298

7．7．5 对产量的影响299

7．7．6 适宜于采用脱湿鼓风的情况299

7．7．7 提高风机的质量流量300

7．7．8 脱湿鼓风设备301

练习与思考303

8 高炉过程的自动控制304

8．1 自动控制的意义304

8．2 高炉自动控制类型305

8．3 电子计算机控制的一般原理311

8．4 高炉数学模型表达实例312

8．5 国内高炉数学模型316

8．6 检测技术318

9 高炉操作制度与调剂320

9．1 高炉日常操作320

9．1．1 送风制度320

9．1．2 装料制度326

9．1．3 造渣制度331

9．1．4 热制度334

9．1．5 冶炼制度的调节336

9．2 高炉炉况判断和调节337

9．2．1 影响炉况波动的因素337

9．2．2 正常炉况象征337

9．2．3 异常炉况象征和调节338

9．2．4 失常炉况及处理342

9．2．5 高炉事故处理352

9．3 炉前和热风炉操作354

9．3．1 炉前操作354

9．3．2 热风炉操作370

练习与思考377

参考文献3782

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《炼铁理论与工艺》可作为从事高炉炼铁的研究人员和生产技术人员的参考用书，也可作为高等院校应用型本科冶金工程专业、职业院校冶金技术专业教材及相关人员技术培训教材和参考用书。

内容简介

在钢铁工业中，炼铁系统是资源消耗、能源消耗及污染物排放的“大户”。要全面贯彻《国家钢铁产业发展政策》和“高效、优质、低耗、长寿、环保”的炼铁方针，高炉工艺设计必须积极推行可持续发展和循环经济理念，提高环保和资源综合利用水平。为此，设计大师项钟庸等炼铁专家、教授合作，在编写国家标准《高炉炼铁设计工艺规范》工作的基础上，编著了《高炉设计——炼铁工艺设计理论与实践》一书。全书分16章共120万字，分别介绍了炼铁工业的发展现状和可持续发展的保障条件，精料要求和降低资源、能耗以及强化冶炼的对策、措施和途径，工艺计算，设备设计和选择以及长寿的条件和措施，炉渣、煤气等二次资源、能源的综合利用以及自动化技术等。书中结合审定中的《高炉炼铁工艺设计规范》，在阐述和总结高炉工艺设计，包括硬件和软件，包括操作设计和设备、结构设计等方面的理论和经验的基础上，介绍了我国高炉工艺设计的大量科学试验和工程实践，并且观点鲜明地介绍了迄今尚未得到炼铁界公认的新观点、新理论、新指标和新方法。书中内容既是对新《规范》的阐释和补充，可以作为执行新《规范》的参考书或培训用书；更是站在新的发展高度上对高炉设计和生产经验的系统总结，也可以供广大工程技术人员、研究人员和师生参考。2100433B

本书是“职业技术学院教学用书”之一，其根据教育部钢铁冶炼专业《炼铁原理与工艺》课程教学大纲编写的。内容根据炼铁生产的实际情况和各岗位技能要求来确定，注重职业技术教育的特点，强调了理论联系实际和现场的应用，便于学生掌握炼铁生产工艺的基本知识。

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本书是站在新的发展高度上对高炉设计和生产经验的系统总结，满足高炉炼铁节能减排和降低成本的要求，可以供炼铁领域广大工程技术人员、生产人员、科研人员和教学人员阅读参考。