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1 高炉长寿技术发展现状1

1.1 现代高炉的主要技术特征1

1.1.1 精料4

1.1.2 高风温7

1.1.3 富氧喷煤8

1.1.4 高炉大型化与长寿化9

1.1.5 节能减排与环境清洁22

1.1.6 高炉自动化与智能化控制23

1.2 国内外长寿高炉实绩23

1.3 延长高炉寿命的意义和作用27

参考文献29

2 高炉内衬与冷却器破损机理研究30

2.1 高炉内衬破损机理30

2.1.1 炉缸炉底内衬破损机理30

2.1.2 炉腹至炉身内衬破损机理49

2.1.3 炉身中上部内衬破损机理61

2.1.4 高炉内衬侵蚀机理研究方向61

2.2 高炉冷却器破损机理62

2.2.1 铸铁冷却壁破损机理63

2.2.2 球墨铸铁冷却壁破损机理64

2.2.3 钢冷却壁破损机理66

2.2.4 铜冷却壁破损机理67

参考文献68

3 现代高炉长寿技术理论研究69

3.1 高炉炉缸液态渣铁流动现象71

3.1.1 高炉中的渣铁液体运动71

3.1.2 炉缸炉底液态渣铁流动的数值研究73

3.1.3 炉缸渣滞留量的数值模拟79

3.1.4 小结86

3.2 高炉炉缸炉底传热学研究87

3.2.1 模型概述87

3.2.2 高炉炉缸炉底物理模型的建立87

3.2.3 高炉炉缸炉底数学模型的建立及离散化88

3.2.4 边界条件和初始条件的处理90

3.2.5 凝固潜热的处理93

3.3 高炉炉缸炉底设计结构的评析94

3.3.1 “传热法”和“隔热法”炉缸炉底结构分析95

3.3.2 影响高炉炉缸炉底寿命的其他因素105

3.4 不同炉缸炉底内衬结构的温度场研究分析109

3.4.1 炉缸侧壁采用全石墨砖结构的分析109

3.4.2 炉缸侧壁采用全大块炭砖结构的分析110

3.4.3 炉缸侧壁采用热压炭砖（NMA+NMD）结构的分析110

3.4.4 炉缸第2段冷却壁的分析110

3.4.5 炉底采用石墨砖＋D级大块炭砖＋陶瓷垫结构的分析114

3.4.6 炉底采用石墨砖＋超微孔炭砖＋微孔炭砖＋陶瓷垫结构的分析114

3.4.7 炉缸炉底侧壁NMA砖使用区域的分析115

3.5 高炉炉缸炉底结构优化设计研究116

3.5.1 炉缸炉底设计结构对侵蚀的影响116

3.5.2 “扬冷避热型梯度布砖法”炉缸炉底设计结构120

3.5.3 “扬冷避热型梯度布砖法”在新建大型高炉设计中的应用121

3.5.4 炉缸炉底热电偶布置优化设计123

3.6 炉缸死焦柱对炉缸排放及炉缸炉底内衬侵蚀的影响125

3.6.1 不同死焦柱状态对炉缸透液性影响的物理模拟125

3.6.2 炉缸死焦柱受力数学模型建立及浮起高度影响因素研究131

3.6.3 死焦柱状态对炉缸炉底侵蚀的影响137

3.7 高炉煤气流运动的计算分析139

3.7.1 高炉煤气流对高炉操作及高炉长寿的影响139

3.7.2 高炉煤气流模型140

3.7.3 高炉块状带内的煤气流计算分析142

3.7.4 料面倾斜角度对煤气流的影响142

3.7.5 料面形状对煤气流的影响143

3.7.6 料面炉料种类对煤气流的影响144

3.7.7 平台宽度对煤气流的影响145

3.7.8 矿石和焦炭安息角对煤气流的影响146

3.7.9 炉料粒径大小对煤气流的影响147

3.7.10 高炉下部煤气流分布计算147

3.8 高炉冷却壁温度场及应力场计算分析149

3.8.1 冷却壁计算数学方程149

3.8.2 凸台冷却壁研究156

3.8.3 镶砖冷却壁状态分析163

3.8.4 炉缸冷却壁的长寿设计167

3.9 高炉冷却板及炉衬温度场计算分析171

3.9.1 冷却板及炉衬的传热物理模型171

3.9.2 冷却板及炉衬传热的数学模型171

3.9.3 冷却板及炉衬各参数对温度场的影响173

3.9.4 高炉冷却板及炉衬在炉况异常情况时的温度及热量变化177

3.9.5 板壁结合结构高炉炉衬温度场计算分析183

参考文献191

4 高炉内型193

4.1 高炉内型的发展过程193

4.2 高炉内型对高炉冶炼过程的影响199

4.2.1 高炉冶炼过程的技术特征199

4.2.2 高炉内部的解剖研究200

4.2.3 高炉内型对高炉冶炼进程的影响204

4.3 高炉内型参数206

4.4 高炉内型设计208

4.4.1 高炉合理内型的设计原则210

4.4.2 高炉内型的设计方法211

4.4.3 高炉内型设计优化215

4.5 现代高炉内型设计232

4.5.1 现代高炉内型的发展趋势234

4.5.2 炉缸内型设计239

4.5.3 炉腹内型设计241

4.5.4 炉腰内型设计243

4.5.5 炉身内型设计245

4.5.6 炉喉内型设计247

参考文献249

5 高炉炉缸炉底冷却与内衬结构251

5.1 高炉炉缸炉底内衬结构251

5.1.1 炉底结构253

5.1.2 炉缸结构255

5.1.3 铁口和风口结构256

5.1.4 目前世界上几种典型的炉缸炉底内衬结构设计体系256

5.2 高炉炉缸炉底用耐火材料268

5.2.1 炉缸炉底碳质材料的选用270

5.2.2 炉缸炉底陶瓷质材料的选用271

5.2.3 风口铁口用耐火材料的选用271

5.3 高炉炉缸炉底冷却结构271

5.3.1 炉底冷却结构272

5.3.2 炉缸冷却结构272

参考文献273

6 高炉炉腹、炉腰及炉身冷却和耐火材料内衬结构274

6.1 高炉炉腹、炉腰、炉身寿命影响因素分析275

6.1.1 高温煤气和渣铁冲刷275

6.1.2 高热流强度及热冲击275

6.1.3 碱金属和锌的破坏作用278

6.2 高炉炉腹、炉腰、炉身冷却结构278

6.2.1 密集式铜冷却板结构280

6.2.2 铜冷却板与铸铁冷却壁结合的结构281

6.3 高炉炉腹、炉腰、炉身内衬结构282

6.4 高炉炉腹、炉腰、炉身用耐火材料282

6.4.1 高铝砖282

6.4.2 黏土砖和磷酸浸渍黏土砖283

6.4.3 碳化硅砖284

参考文献287

7 高炉冷却器288

7.1 高炉冷却器的功能和作用288

7.2 冷却器的结构形式291

7.2.1 冷却板291

7.2.2 冷却壁294

7.2.3 板壁结合结构295

7.3 冷却壁技术的发展298

7.3.1 国外冷却壁的发展298

7.3.2 国内冷却壁的发展302

7.4 高炉炉体冷却结构305

7.4.1 炉底炉缸冷却结构306

7.4.2 炉腹、炉腰和炉身冷却结构310

7.5 现代高炉冷却器设计314

7.5.1 高炉冷却器设计的理论基础314

7.5.2 合理炉体冷却结构的选择317

7.5.3 确定冷却壁结构参数的设计原则319

7.5.4 冷却壁的研究方向320

7.6 现代高炉冷却壁的技术创新321

7.6.1 冷却壁本体允许的长期工作温度322

7.6.2 铸铁冷却壁322

7.6.3 钢冷却壁326

7.6.4 铜冷却壁327

7.7 高炉铜冷却壁的开发与应用329

7.7.1 铜冷却壁技术的发展329

7.7.2 铜冷却壁的技术优势330

7.7.3 铜冷却壁的应用332

参考文献335

8 高炉冷却系统337

8.1 高炉软水密闭循环冷却系统340

8.1.1 软水密闭循环冷却系统设计341

8.1.2 软水密闭循环冷却系统工艺流程356

8.2 高炉冷却系统应用实例365

8.2.1 宝钢高炉炉体冷却系统改造与优化365

8.2.2 沙钢5800m3高炉炉体冷却系统371

8.2.3 武钢1号高炉联合软水密闭循环冷却系统372

8.2.4 首秦1号高炉炉体冷却系统374

参考文献376

9 高炉炉体自动化监测与控制技术377

9.1 高炉炉体自动化监测技术377

9.1.1 高炉自动化监测技术的发展现状377

9.1.2 高炉冷却系统与冷却器的在线监测379

9.1.3 高炉耐火材料内衬侵蚀破损监测381

9.1.4 高炉内部状况的监测387

9.2 高炉炉缸炉底内衬侵蚀的在线监测398

9.2.1 炉缸炉底常用侵蚀监测方法分析398

9.2.2 离线侵蚀监测400

9.2.3 在线侵蚀监测模型的开发403

9.2.4 在线侵蚀监测模型的应用405

9.3 高炉炉体热负荷在线监测系统的开发408

9.3.1 水温及流量监测系统开发中需解决的问题408

9.3.2 冷却水温及水流量的测量方式409

9.3.3 首钢高炉不同部位炉体热负荷有线和无线采集通讯系统建立417

9.3.4 首钢高炉炉体热负荷在线监测预警软件的开发422

9.3.5 首钢高炉炉体热负荷在线监测系统的应用实践425

9.4 高炉炉墙传热数学模型的应用427

9.4.1 “正问题”模型427

9.4.2 数学模型的离散与求解429

9.4.3 “反问题”模型433

9.4.4 高炉冷却壁挂渣厚度的在线监测435

参考文献439

10 延长高炉寿命的操作与维护技术441

10.1 延长高炉寿命的操作技术441

10.1.1 精料是高炉长寿的基本条件442

10.1.2 高炉顺行是高炉长寿的重要保障447

10.1.3 炉料分布与控制是高炉长寿的重要措施448

10.1.4 合理煤气流分布是高炉长寿的核心技术452

10.1.5 活跃炉缸工作是高炉长寿的关键环节456

10.1.6 合理控制炉体热负荷是高炉长寿的必要条件460

10.2 延长高炉寿命的炉体维护技术464

10.2.1 高炉炉体维护技术464

10.2.2 高炉炉体热负荷的监测与控制473

10.2.3 含钛物料护炉技术479

10.2.4 高炉炉体内衬修复技术486

10.2.5 高炉炉缸炉底与铁口、风口的维护491

10.2.6 高炉冷却器的修复497

10.3 首钢高炉炉役末期炉缸炉底工作状况的监测与研究503

10.3.1 首钢1号高炉炉缸冷却壁水温差变化特点504

10.3.2 首钢3号高炉炉缸冷却壁水温差变化特点506

10.3.3 首钢1号与3号高炉炉缸热流强度对比509

10.3.4 首钢1号高炉炉缸水温差及热流强度变化的影响因素与原因分析510

参考文献524

11 现代高炉长寿技术的应用实践与发展方向526

11.1 国外高炉长寿技术应用实践526

11.1.1 日本鹿岛3号高炉528

11.1.2 日本千叶6号高炉535

11.1.3 康力斯艾莫伊登厂（原荷兰霍戈文公司）高炉545

11.2 国内高炉长寿技术应用实践548

11.2.1 宝钢高炉总体概况548

11.2.2 宝钢3号高炉553

11.2.3 武钢5号高炉560

11.2.4 首钢4号高炉567

11.2.5 首钢1号、3号高炉570

11.3 现代高炉长寿技术的发展方向579

参考文献581