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绪论 1

炼铁篇 7

1现代高炉炼铁工艺 7

1.1 高炉炼铁生产流程 7

1.2 高炉本体及主要构成 8

1.2.1 高炉内衬 9

1.2.2 高炉冷却设备 10

1.3 高炉附属系统 11

1.3.1 原燃料输运系统 11

1.3.2 炉顶装料系统 11

1.3.3 热风炉送风系统 11

1.3.4 煤气除尘系统 12

1.3.5 出铁场及渣铁处理系统 15

1.3.6 燃料喷吹系统 16

1.4 高炉冶炼产品 16

1.4.1 生铁 16

1.4.2 高炉渣 17

1.4.3 高炉煤气 18

1.5 高炉技术经济指标 18

思考题 21

2高炉炼铁原料 22

2.1 铁矿石和燃料 22

2.1.1 铁矿石 22

2.1.2 熔剂 28

2.1.3 高炉燃料 29

2.2 烧结矿 33

2.2.1 烧结矿质量指标 34

2.2.2 烧结过程及主要反应 35

2.2.3 烧结矿固结机理 41

2.2.4 强化烧结过程分析 47

2.2.5 烧结新工艺 50

2.3 球团矿 51

2.3.1 球团矿质量指标 52

2.3.2 球团生产过程 53

2.4 其他固结方法 61

2.4.1 压力造块法 61

2.4.2 黏结剂固结法 62

2.4.3 其他方法 62

思考题 63

3高炉炼铁基础理论 64

3.1 高炉内还原过程 64

3.1.1 铁氧化物的还原 64

3.1.2 其他元素的还原 68

3.1.3 直接还原与间接还原 72

3.1.4 铁矿还原动力学 75

3.2 渗碳和生铁的形成 77

3.3 造渣与脱硫 77

3.3.1 造渣的目的和作用 77

3.3.2 高炉造渣过程 78

3.3.3 高炉渣对冶炼的影响 79

3.3.4 高炉脱硫 84

3.4 典型有害元素的来源及处理 87

3.4.1 碱金属 87

3.4.2 锌 88

思考题 89

4高炉炉料和煤气运动 90

4.1 炉缸反应 90

4.1.1 炉缸燃烧反应机理 90

4.1.2 炉缸燃烧反应过程 92

4.1.3 燃烧带对高炉冶炼过程的影响 93

4.1.4 下部调剂原理 94

4.1.5 风口区理论燃烧温度 96

4.2 煤气运动 97

4.2.1 煤气上升过程中的变化 97

4.2.2 高炉热交换 98

4.3 炉料运动 100

4.3.1 炉料下降 100

4.3.2 高炉料柱压差 100

4.3.3 改善料柱透气性 101

4.3.4 改善煤气流分布 104

4.3.5 上部调剂原理 105

4.4 高炉能量利用分析 107

4.4.1 高炉能量利用计算 107

4.4.2 高炉操作线图及其应用 109

思考题 114

5高炉操作制度与强化冶炼 115

5.1 高炉操作制度 115

5.1.1 热制度 115

5.1.2 造渣制度 116

5.1.3 装料制度 116

5.1.4 送风制度 116

5.1.5 冷却制度 118

5.2 炉况判断与处理 118

5.2.1 正常炉况 119

5.2.2 异常炉况 119

5.2.3 失常炉况 120

5.2.4 开炉、休风、停炉 121

5.3 高炉强化冶炼 122

5.3.1 精料 123

5.3.2 高压操作 130

5.3.3 高风温 134

5.3.4 喷吹燃料 136

5.3.5 富氧鼓风操作 140

思考题 142

6低碳高炉炼铁技术 143

6.1 CO2排放概述 143

6.2 炼铁系统节能减排技术 146

6.2.1 烧结节能减排技术 146

6.2.2 球团节能减排技术 149

6.2.3 焦化节能减排技术 151

6.2.4 传统高炉节能减排技术 154

6.2.5 炼铁二次资源高效利用技术 155

6.3 低碳高炉炼铁前沿技术 157

6.3.1 低碳高炉炼铁技术途径和基本原理 157

6.3.2 高炉喷吹富氢物质 162

6.3.3 高炉炉顶煤气循环 171

6.3.4 高炉使用高反应性含碳复合炉料 173

6.3.5 二氧化碳捕集与封存技术 175

6.4 我国高炉炼铁低碳化展望 182

6.4.1 我国高炉炼铁发展现状 182

6.4.2 我国高炉炼铁低碳化的发展方向 184

6.4.3 低碳高炉炼铁技术展望 185

思考题 185

7非高炉炼铁 187

7.1 非高炉炼铁概述 187

7.1.1 非高炉炼铁分类 187

7.1.2 非高炉炼铁技术经济指标 188

7.1.3 非高炉炼铁原燃料 189

7.1.4 非高炉炼铁产品性质及其应用 192

7.2 气基直接还原及其应用 193

7.2.1 Midrex气基竖炉工艺 193

7.2.2 HYL气基竖炉工艺 198

7.2.3 其他气基直接还原工艺 202

7.2.4 气基竖炉直接还原应用于特色冶金资源综合利用 204

7.3 煤基直接还原及其应用 206

7.3.1 回转窑法 206

7.3.2 转底炉法 208

7.3.3 其他煤基直接还原工艺 212

7.3.4 煤基还原应用于特色冶金资源综合利用 214

7.4 熔融还原炼铁 216

7.4.1 Corex工艺 217

7.4.2 Finex工艺 223

7.4.3 HIsmelt工艺 226

7.4.4 HIsarna工艺 230

7.5 国内外非高炉炼铁发展及展望 233

7.5.1 国外非高炉炼铁发展 233

7.5.2 我国非高炉炼铁发展历程 235

7.5.3 我国非高炉炼铁发展展望 236

思考题 239

炼钢篇 243

8概述 243

8.1 炼钢的发展历程 243

8.2 我国钢铁工业的状况 244

8.3 炼钢的基本任务 245

8.3.1 钢中的磷 245

8.3.2 钢中的硫 245

8.3.3 钢中的氧 246

8.3.4 钢中的气体 247

8.3.5 钢中的非金属夹杂物 247

8.3.6 钢的成分 252

8.4 钢的性能 253

8.4.1 铁碳相图 253

8.4.2 钢的力学性能 256

8.5 钢（材）的分类及编号 260

8.5.1 钢的分类 260

8.5.2 钢材的分类 262

8.5.3 钢的编号 262

思考题 264

9炼钢的基础理论 266

9.1 钢液的物理性质 266

9.1.1 钢液的密度 266

9.1.2 钢的熔点 267

9.1.3 钢液的黏度 268

9.1.4 钢液的表面张力 269

9.1.5 钢的导热能力 270

9.2 熔渣的物理化学性质 271

9.2.1 熔渣的作用、来源、分类与组成 271

9.2.2 熔渣的化学性质 272

9.2.3 熔渣的物理性质 276

9.3 硅、锰的氧化和还原反应 280

9.3.1 硅的氧化和还原 280

9.3.2 锰的氧化和还原 280

9.4 碳氧化反应 281

9.5 钢液的脱磷 284

9.6 钢液的脱硫 287

9.6.1 渣-钢间的脱硫反应 287

9.6.2 气化脱硫 288

9.6.3 脱硫反应动力学 289

9.7 钢液的脱氧 289

9.7.1 脱氧的方式 289

9.7.2 脱氧剂和脱氧能力 290

9.7.3 脱氧反应动力学 291

9.7.4 脱氧合金化 292

9.8 铬、钒、铌、钨的反应 292

9.8.1 铬的氧化与还原 292

9.8.2 钒的氧化 294

9.8.3 铌的氧化 294

9.8.4 钨的氧化 294

9.9 氢、氮的反应 295

9.9.1 铁液中氢、氮的溶解度 295

9.9.2 影响氢和氮在钢中溶解度的因素 295

思考题 296

10炼钢用原材料和耐火材料 297

10.1 金属料 297

10.1.1 铁水 297

10.1.2 废钢 298

10.1.3 生铁 299

10.1.4 海绵铁 299

10.1.5 铁合金 299

10.2 非金属料 299

10.2.1 造渣剂 299

10.2.2 增碳剂 301

10.3 氧化剂 301

10.4 耐火材料 302

10.4.1 耐火材料的主要性能 302

10.4.2 耐火材料的分类 303

10.4.3 耐火材料的损毁与防治 304

思考题 305

11氧气转炉炼钢法 306

11.1 顶吹氧气转炉炼钢法 307

11.1.1 一炉钢的吹炼过程和熔池内元素的氧化规律 308

11.1.2 熔池内炉渣成分和温度的变化规律 311

11.1.3 顶吹氧气转炉炼钢工艺 312

11.2 底吹氧气转炉炼钢法 329

11.2.1 底吹氧气转炉的结构特点 330

11.2.2 底吹氧气转炉的炉内反应 330

11.3 侧吹氧气转炉炼钢法 334

11.3.1 全氧侧吹转炉炼钢法冶金过程的基本规律 335

11.3.2 全氧侧吹转炉炼钢法的特点与优势 338

11.4 顶底复合吹炼转炉炼钢法 339

11.4.1 顶底复合吹炼转炉炼钢法的类型 339

11.4.2 底部供气元件的类型及特点 340

11.4.3 顶底复合吹炼转炉内的反应 340

11.4.4 顶底复合吹炼转炉少渣冶炼 342

11.4.5 顶底复吹转炉底枪布置与熔池搅拌 344

11.5 氧气转炉炼钢的自动控制技术 351

11.5.1 转炉炼钢自动控制过程 352

11.5.2 转炉自动控制系统结构 352

11.5.3 转炉炼钢数学模型 353

11.5.4 转炉炼钢终点控制模型 353

思考题 355

12电炉炼钢 356

12.1 电炉炼钢的历史及其发展 356

12.1.1 电炉炼钢的发展历史 356

12.1.2 电炉炼钢发展前景 357

12.2 电炉炼钢设备 360

12.2.1 电炉的大小与分类 360

12.2.2 电炉的机械结构 361

12.2.3 电炉炼钢的排烟与除尘 364

12.2.4 电炉电气设备 366

12.2.5 电炉电气特性及供电制度 368

12.3 电炉炼钢冶炼工艺 373

12.3.1 电炉冶炼操作方法 373

12.3.2 传统电炉炼钢冶炼工艺 373

12.3.3 现代电炉炼钢冶炼工艺 378

12.3.4 钢液的合金化 381

12.4 现代电炉炼钢技术 382

12.4.1 超高功率电炉的发展及其特征 382

12.4.2 超高功率电炉相关技术 385

12.4.3 废钢预热节能技术 392

12.4.4 直流电弧炉技术 395

12.4.5 高阻抗电弧炉 399

思考题 400

13炉外处理 402

13.1 炉外处理技术概述 402

13.1.1 铁水预处理技术发展概况 403

13.1.2 钢水炉外精炼技术发展概况 404

13.2 炉外精炼的基本手段 406

13.2.1 搅拌 406

13.2.2 真空 412

13.2.3 添加精炼剂 414

13.2.4 加热 416

13.3 铁水预处理技术 419

13.3.1 铁水预脱硅 420

13.3.2 铁水预脱硫 421

13.3.3 铁水预脱磷 427

13.3.4 铁水同时脱硫、脱磷 428

13.3.5 铁水预处理提钒 431

13.3.6 铁水预处理提铌 433

13.4 钢水二次精炼方法 433

13.4.1 钢包吹氩技术 434

13.4.2 钢包喷射冶金 435

13.4.3 喂线技术 436

13.4.4 真空钢包处理 437

13.4.5 电弧加热的真空精炼炉 437

13.4.6 真空电弧脱气精炼炉 437

13.4.7 不锈钢炉外精炼 438

13.5 典型钢水炉外精炼技术 443

13.5.1 LF炉精炼技术 443

13.5.2 RH炉精炼技术 458

13.6 炉外精炼发展趋势 470

13.6.1 炉外精炼技术的发展趋势 471

13.6.2 尚待解决的问题 472

思考题 473

14连续铸钢 474

14.1 概述 474

14.1.1 连铸技术发展概况 474

14.1.2 连铸的优越性 477

14.1.3 连铸机的基本机型及其特点 478

14.2 连铸机的主要设备 479

14.2.1 连铸机的基本参数 479

14.2.2 钢包 482

14.2.3 中间包 483

14.2.4 结晶器 485

14.2.5 二次冷却系统 490

14.2.6 拉坯矫直装置 494

14.2.7 引锭装置 495

14.2.8 辊缝测量装置 496

14.2.9 铸坯切割装置 496

14.2.10 出坯系统的各种设备 496

14.2.11 连铸车间布置 497

14.3 钢的凝固及连铸坯的凝固结构 498

14.3.1 钢凝固结晶的特点 498

14.3.2 成分过冷 499

14.3.3 化学成分偏析 500

14.3.4 凝固收缩 501

14.3.5 连铸坯的凝固传热和结构特点 501

14.3.6 连铸凝固传热过程的数学描述 518

14.3.7 连铸坯凝固冷却过程中的相变和受力 523

14.4 连铸操作工艺 526

14.4.1 连铸钢液的准备 526

14.4.2 浇注前的准备 528

14.4.3 浇钢操作 530

14.4.4 连铸操作规范 532

14.4.5 浇注温度控制 533

14.4.6 拉速的控制 534

14.4.7 冷却水控制 534

14.4.8 保护浇注 537

14.4.9 保护渣 537

14.4.10 中间包覆盖剂 541

14.5 连铸坯质量 541

14.5.1 连铸坯的洁净度 542

14.5.2 连铸坯表面质量 543

14.5.3 连铸坯内部质量 550

14.5.4 连铸坯形状缺陷 556

14.6 薄板坯连铸连轧 557

14.6.1 薄板坯连铸工艺的优点 558

14.6.2 薄板坯连铸连轧技术的发展历程 559

14.6.3 薄板坯连铸连轧的关键技术 559

14.6.4 典型的薄板坯连铸连轧工艺 562

14.6.5 我国的薄板坯连铸连轧技术 564

14.7 薄带连铸 567

14.7.1 薄带连铸技术的优点 567

14.7.2 薄带连铸技术发展历程 567

14.7.3 薄带连铸机分类 568

14.7.4 双辊薄带连铸技术 570

思考题 574

参考文献 576