高炉炼铁生产工艺
2010-5
化学工业
林万明//宋秀安
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钢铁工业是国民经济的重要基础产业，是国家经济水平和综合国力的重要标志。近年来，我国高炉炼铁工业处于高速发展阶段，2008年全国生铁产量达到46亿吨，粗钢产量突破5亿吨。同时高炉炼铁技术也取得了较大进步，全国重点钢铁企业高炉炼铁焦比达到392kg/t，热风温度达到1125℃，喷煤比达到137kg/t，利用系数达到2677t/(m3·d)。但在资源和能源利用率、高炉大型化、提高产业集中度以及环保等方面还有很大差距，尚有6000多万吨/年生产能力属于淘汰之列，造成中国炼铁技术发展不平衡。所以，中国炼铁工业要加快淘汰落后技术装备的进程，要大力推动各项炼铁先进技术装备的发展，努力实现炼铁企业的清洁生产，使我国钢铁工业走可持续发展的道路。2009年3月，国务院发布的《钢铁产业调整和振兴规划》中，分析了当前我国钢铁产业面临的形势，提出了调整和振兴钢铁产业的指导思想、基本原则、目标、重点任务及政策措施。强调要控制钢铁生产总量，淘汰落后产能，加快联合重组，加强技术进步和自主创新，做好节能减排。为了适应这种新形势的需要，加快行业的发展与调整，我们整理了国内外高炉炼铁的技术现状，并结合我们多年的研究与教学成果，编写了本书。全书共分14章，主要内容包括：高炉炼铁原料和燃料；铁矿粉造块；高炉冶炼原理；高炉炉体结构及维护；高炉冶炼基本操作制度；高炉原料系统；高炉热风炉操作；高炉炉前操作；高炉炉况判断与调节；高炉喷吹操作；高炉强化冶炼；高炉炼铁综合计算；炼铁环境保护。本书着重介绍了高炉炼铁生产工艺、操作过程、工艺参数及相关的理论与计算，尽可能结合近年来的实践经验和技术进步，通俗易懂，理论与实践相结合，具有较强的实用性和普及性。本书由林万明、宋秀安编著，第1章、第6～13章由林万明编写，第2～5章、第14章由宋秀安编写，全书由林万明统稿和校对。在编写过程中得到陈津教授、王社斌教授及同事们的诸多帮助，在此对他们的帮助表示衷心的感谢。本书可供高炉生产工程技术人员及冶金专业的相关人士使用，也可供高等院校师生使用和参考。由于时间紧迫，加之水平有限，经验不足，书中不足之处，敬请读者批评指正。
《高炉炼铁生产工艺》是在整理国内外高炉冶炼最新发展及作者个人多年科研与生产的基础上编著而成，着重介绍了高炉炼铁生产工艺、操作技术、工艺参数及相关的理论与计算等。内容包括：高炉炼铁原料和燃料、铁矿粉造块、高炉炉体结构及维护、高炉冶炼基本操作制度、高炉原料高炉热风炉操作技术、高炉炉前操作技术、高炉炉况判断与调节、高炉喷吹操作技术、高炉强化冶炼、高炉炼铁综合计算及炼铁环境保护等。 《高炉炼铁生产工艺》综合了近年来的实践经验和技术进步，通俗易懂，理论与实践相结合，具有较强的实用性和普及性。可供高炉生产工程技术人员及管理人员学习参考，也可用作高等院校的冶金教材。
第1章 概述1.1 高炉炼铁工业的发展过程1.1.1 炼铁技术发展简史1.1.2 我国炼铁工业的发展1.2 高炉炼铁生产工艺流程1.3 高炉炼铁产品1.3.1 生铁1.3.2 炉渣1.3.3 煤气1.3.4 炉尘1.4 高炉炼铁生产主要技术经济指标参考文献第2章 高炉炼铁原料和燃料2.1 铁矿石2.1.1 铁矿石的分类及主要特性2.1.2 铁矿石的要求2.2 熔剂2.2.1 熔剂在高炉炼铁中的作用2.2.2 熔剂的质量要求2.2.3 石灰生产工艺2.3 其他含铁代用品2.3.1 高炉炼铁用锰矿2.3.2 铬铁矿2.3.3 其他含铁原料2.4 燃料2.4.1 燃料及其种类2.4.2 煤的焦化参考文献第3章 铁矿粉造块3.1 铁矿粉烧结理论3.1.1 烧结过程料层的变化3.1.2 燃料的燃烧和热交换3.1.3 水分的蒸发和冷凝3.1.4 烧结过程中的化学反应3.1.5 固相间的反应与液相生成3.1.6 冷却、凝固和烧结矿的形成3.2 烧结生产工艺及设备3.2.1 烧结原料的准备3.2.2 配料与混合3.2.3 烧结生产3.2.4 产品处理3.2.5 烧结厂的余热利用3.3 球团矿生产过程的基本理论3.3.1 成球理论3.3.2 球团粘接剂——膨润土3.3.3 生球焙烧机理3.4 球团矿生产工艺3.4.1 球团矿生产迅速发展的原因3.4.2 球团矿生产方法及工艺流程3.4.3 竖炉球团矿生产工艺3.4.4 带式焙烧机3.4.5 链篦机回转窑系统3.5 成品矿质量检验3.5.1 烧结矿质量检验3.5.2 生球和球团矿质量检验参考文献第4章 高炉冶炼原理4.1 炉料在炉内的物理化学变化4.1.1 高炉炉内的状况4.1.2 水分的蒸发与分解反应4.1.3 挥发物的挥发4.1.4 碳酸盐的分解4.1.5 气化反应4.1.6 析碳反应4.2 高炉内的还原过程4.2.1 还原反应的概念4.2.2 高炉内铁氧化物的还原4.2.3 高炉内非铁元素的还原4.2.4 生铁的生成与渗碳过程4.3 高炉造渣和脱硫4.3.1 高炉炉渣的来源与成分4.3.2 炉渣碱度4.3.3 成渣过程4.3.4 生铁去硫4.4 高炉内燃料燃烧过程4.4.1 燃料燃烧4.4.2 回旋区及燃烧带4.5 高炉内炉料和煤气的运动4.5.1 炉料运动4.5.2 煤气运动参考文献第5章 高炉炉体结构及维护5.1 高炉炉型5.1.1 高炉炉型发展5.1.2 高炉炉型表示方法5.1.3 高炉炉型尺寸与高炉冶炼的关系5.1.4 高炉料线及容积5.1.5 高炉炉体结构5.2 高炉炉衬结构5.2.1 高炉炉衬破损原因5.2.2 高炉对耐火材料的要求5.2.3 高炉常用耐火材料5.2.4 高炉炉衬结构及耐火材料使用5.3 高炉炉体冷却设备结构5.3.1 高炉冷却目的5.3.2 冷却介质选择及处理5.3.3 高炉各部位冷却设备5.3.4 高炉冷却水系统5.4 炉体维护5.4.1 炉体维护的重要性5.4.2 高炉维护措施5.4.3 高炉炉役后期的操作维护参考文献第6章 高炉冶炼基本操作制度6.1 送风制度6.1.1 选择适宜的鼓风动能6.1.2 选择合理的理论燃烧温度6.1.3 送风制度的调节6.2 热制度6.2.1 热制度的选择6.2.2 影响热制度的主要因素6.3 造渣制度6.3.1 成渣过程对高炉冶炼的影响6.3.2 高炉冶炼对炉渣性能的要求6.4 装料制度6.4.1 装入顺序和装入方法6.4.2 影响炉料分布的因素6.4.3 装料制度的调节参考文献第7章 高炉原料系统7.1 原料供应7.1.1 原料的贮存与混匀7.1.2 贮矿槽7.1.3 槽下供料7.1.4 料车坑7.2 上料系统7.2.1 斜桥料车式上料机7.2.2 皮带机上料系统7.3 装料设备7.3.1 钟式炉顶装料设备7.3.2 钟阀式炉顶7.3.3 无料钟炉项7.3.4 均压控制装置7.3.5 探料装置参考文献第8章 高炉热风炉操作技术8.1 热风炉的结构及其主要设备8.1.1 内燃式热风炉8.1.2 改进型热风炉8.1.3 外燃式热风炉8.1.4 顶燃式热风炉8.1.5 球式热风炉8.2 热风炉用耐火材料8.2.1 热风炉砌体破损机理8.2.2 热风炉用耐火材料的主要特性8.3 热风炉的燃料及燃烧计算8.3.1 热风炉燃料8.3.2 燃烧计算8.4 热风炉的操作8.4.1 热风炉的燃烧制度8.4.2 热风炉的送风制度8.4.3 热风炉换炉和休风操作8.5 提高风温的措施参考文献第9章 高炉炉前操作技术9.1 炉前操作平台9.1.1 风口平台9.1.2 出铁场9.2 出铁设备与铁沟9.2.1 开口机9.2.2 泥炮9.2.3 炉前吊车9.2.4 铁沟与下渣沟9.2.5 铁水处理设备9.3 高炉炉前操作指标9.3.1 出铁次数的确定9.3.2 炉前操作指标9.4 出铁操作9.4.1 出铁口的构造和维护9.4.2 出铁操作9.4.3 打开出铁口的方法9.4.4 出铁事故及处理9.5 撇渣器的操作9.5.1 撇渣器的构造9.5.2 撇渣器的操作及注意事项9.5.3 撇渣器的事故与处理9.6 放渣操作9.6.1 放渣操作9.6.2 渣口事故及处理9.6.3 更换渣口的操作9.7 送风管路及风口9.7.1 送风管路9.7.2 更换风口操作9.8 炉前用耐火材料9.8.1 对炉前常用耐火泥料的要求9.8.2 炮泥9.8.3 铁沟料参考文献第10章 高炉炉况判断及调节10.1 高炉炉况判断10.1.1 高炉炉况的直接观察10.1.2 高炉炉况的间接判断10.1.3 炉况综合判断10.2 高炉冶炼过程失常与处理10.2.1 正常炉况与失常炉况10.2.2 炉况失常的危害与处理10.3 高炉事故处理10.3.1 炉体跑火、跑渣10.3.2 炉缸烧穿10.3.3 风口灌渣10.4 高炉开炉、停炉、封炉操作10.4.1 开炉10.4.2 高炉停炉10.4.3 封炉10.4.4 高炉休风和送风参考文献第11章 高炉喷吹操作技术11.1 固体燃料喷吹11.1.1 煤的化学组成及理化性质11.1.2 原煤及气体的供应系统11.1.3 煤粉的制备系统11.1.4 煤粉喷吹系统11.1.5 喷煤计量控制与安全11.2 液体燃料喷吹11.2.1 重油的性质11.2.2 喷吹工艺流程及设备11.2.3 重油的燃烧及其强化参考文献第12章 高炉强化冶炼12.1 高压操作12.1.1 高压操作冶炼特征12.1.2 高压效果12.1.3 高压操作注意事项12.2 高风温12.2.1 提高风温对冶炼的影响12.2.2 提高风温的效果12.2.3 提高风温的途径12.3 富氧鼓风12.3.1 高炉富氧鼓风冶炼特点12.3.2 富氧鼓风对高炉冶炼的影响12.3.3 富氧鼓风冶炼操作12.4 喷吹燃料12.4.1 高炉喷煤冶炼特征12.4.2 喷吹燃料的效果12.4.3 喷吹燃料对高炉冶炼的影响12.5 富氧喷煤12.5.1 富氧喷煤特点12.5.2 富氧喷煤冶炼特点12.6 加湿与脱湿鼓风12.6.1 加湿鼓风12.6.2 脱湿鼓风12.7 精料12.8 冶炼低硅生铁参考文献第13章 高炉炼铁综合计算13.1 原始资料13.2 高炉配料计算13.3 物料平衡计算13.4 热量平衡计算13.4.1 热量收入q收13.4.2 热量支出q支13.5 焦比及某些有关指标的计算13.5.1 直接还原度的计算13.5.2 一氧化碳和氢利用率的计算13.5.3 焦比的计算参考文献第14章 炼铁环境保护14.1 炼铁生产过程中的污染源14.1.1 炼铁生产过程中的废气来源14.1.2 炼铁废水来源14.1.3 高炉炉渣14.2 烟尘治理14.2.1 高炉煤气除尘14.2.2 高炉出铁场除尘14.2.3 其他含粉尘废气处理14.3 废水治理14.3.1 炼铁废水水循环系统14.3.2 高炉煤气洗涤废水处理技术14.3.3 高炉煤气洗涤水处理常见工艺14.4 炉渣处理14.4.1 高炉炉渣处理方法概述14.4.2 几种高炉炉渣处理工艺14.4.3 高炉渣利用参考文献
插图：除了以上分类，铁矿石按有害杂质（S、P、Cu、Pb、Zn、V、Ti、Co、Ni Sn、F、As）含量的高低，可分为高硫铁矿石、低硫铁矿石、高磷铁矿石、低磷铁矿石等；按结构、构造可分为浸染状矿石、网脉浸染状矿石、条纹状矿石、条带状矿石、致密块状矿石、角砾状矿石，以及鲕状、豆状、肾状、蜂窝状、粉状、土状矿石等；按脉石矿物可分为石英型、闪石型、辉石型、斜长石型、绢云母绿泥石型、夕卡岩型、阳起石型、蛇纹石型、铁白云石型和碧玉型铁矿石等。2.1.2铁矿石的要求铁矿石是高炉炼铁的主要原料，其质量的好坏，与冶炼进程及技术经济指标有极为密切的关系。决定铁矿石质量的主要因素是化学成分、物理性质及其冶金性能。高炉炼铁对铁矿石的要求是：含铁量高，脉石少，有害杂质少，化学成分稳定，粒度均匀，良好的还原性及一定的机械强度等性能。2.1.2.1铁矿石品位铁矿石的品位是指铁矿石的含铁量，以TFe％表示。铁矿石品位是评价铁矿石质量的主要指标。矿石有无开采价值，开采后能否直接入炉冶炼及其冶炼价值如何，均取决于矿石的含铁量。铁矿石含铁量高有利于降低焦比和提高产量。根据生产经验，矿石品位提高1％，焦比降低2.9／6，产量提高3％。因为随着矿石品位的提高，脉石数量减少，熔剂用量和渣量也相应减少，既节省热量消耗，又有利于炉况顺行。从矿山开采出来的矿石，含铁量一般在30％～60％之间。品位较高，经破碎筛分后可直接入炉冶炼的称为富矿。一般当实际含铁量大于理论含铁量的70％～90.9，6时方可直接入炉。而品位较低，不能直接入炉的叫贫矿。贫矿必须经过选矿和造块后才能入炉冶炼。
《高炉炼铁生产工艺》是由化学工业出版社出版的。
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