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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ηV10

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