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工程师培训资料标题:高炉冶炼工艺(高端培训)培训人:xx内部工程师培训资料3主要内容高炉炼铁生产原则高炉操作制度4各类因素之间关系的分析(1)产量和消耗之间的关系(2)效益与产量、消耗之间的关系(3)产量与高炉寿命、效益之间的关系(4)产量与质量之间的关系5三个技术经济指标间的关系(1)产量和消耗之间的关系高炉有效容积利用系数=冶炼强度/焦比6提高产量4条途径☆I不变,K↓☆K不变,I↑☆随I↑,K有所↓☆随I↑,K有所↑(一般不采用)

对一个实际高炉而言存在与最低焦比相适宜的冶炼强度I适7冶炼强度、焦比与有效容积利用系数之间的关系当I=I适时,K=Kmin;当I稍大于I适时,ηv=ηvmax。8冶炼强度和焦比的关系分析

冶炼强度I低<I适→鼓风量Q↓→鼓风动能E↓→煤气分布不均匀(边缘发展)→煤气热能、化学能利用不充分→焦比K↑。冶炼强度I↑→风量、煤气量↑→大大改善了煤气流分布和煤气与炉料之间的接触→煤气流的热能和化学能利用改善→间接还原↑,下部高温区热量的消耗↓→焦比↓。冶炼强度I>I适→鼓风量Q↑→鼓风动能E↑→中心过吹或管道行程→炉况恶化、煤气热能、化学能利用不充分→焦比K↑。9适宜冶炼强度和焦比的关系

高炉适宜的I适和Kmin取决于冶炼条件,随着高炉冶炼条件的改善,I适不断升高,而Kmin不断下降,使ηv不断增大。10(2)效益与产量、消耗之间的关系生铁最低成本在P0产量下获得,企业最大效益在P(>P0)时获得。P>P0,单位成本在P>P0附近,升高幅度很小;单位生铁利润(C一S)减少的幅度小于产量(P)增加的幅度;A=P(C一S)仍可达到最大。11在钢铁的需求大于供给的情况下I=Imax(>I适)时,利润最大。此时产量(P)最高;随P↑,单位成本中不随时间变化部分的费用总和↓;在K=f(I)的最低处,随I增大,K上升幅度不大;这时:多消耗的焦炭费用<被节省下来的加工费用。在钢铁的需求小于供给的情况下I=I适(<Imax)时,单位成本最低。

原因:此时焦比最低;生铁供过于求。(3)产量与高炉寿命、效益之间的关系产量↑↑,意味着冶炼强I↑↑高炉设备的寿命↓修理费用↑效益↓提高高炉寿命的对策采用高质量炉衬(碳砖、碳化硅砖等)优良的砌筑质量改进高炉冷却设备和采取先进的冷却技术采用钛炉渣护炉技术提高高炉的操作水平——精心操作,炉役后期的维护13(4)产量与质量之间的关系铁水质量的主要指标:铁水含硫量和铁水温度。脱硫反应能力↓加热不充分[s]↑T铁↓I过高时,炉料停留时间↓145.2高炉操作制度高炉四大基本操作制度装料制度送风制度造渣制度热制度高炉操作制度就是对炉况有决定性影响的一系列工艺参数的集合。作业:高炉四大基本操作制度15(1)装料制度炉料装入炉内方式的总称;不同炉料对煤气流的阻力有差异;炉料在高炉横截面上的分布状况影响煤气流的分布;煤气流分布直接影响矿石的下降、还原、软化熔融等。16

一般来说炉料分布少的区域,或炉料中透气性好的焦炭分布多的区域,煤气流就大,相对地煤气中CO2含量就较低,煤气温度就较高,煤气流速也较快,反之亦然。因此在生产中只要有上述三个依据之一就可以判断。

从煤气利用角度出发,炉料和煤气分布在炉子横断面上分布均匀,煤气对炉料的加热和还原就充分。但是从炉料下降,炉况顺行角度分析,则要求炉子边缘和中心气流适当发展。边缘气流适当发展有利于降低固体料柱与炉墙间的摩擦力,使炉子顺行;适当发展中心是使炉缸中心活跃的重要手段,也是炉况顺行的重要措施。

生产者应根据各自的生产条件,选定适合于生产的煤气分布类型,然后应用炉料在炉喉分布规律,采用不同的装料制度来达到具体条件下的炉况顺行,煤气利用好的状态。17高炉炉顶装料设备

钟式炉顶无钟炉顶18影响炉顶装料状况的因素

固定因素布料设备参数

1、布料器形式

2、炉喉高度和直径

3、大钟与炉喉间隙

4、大钟倾角及速度

5、无钟炉顶参数炉料特性堆比重、堆角、粒度、外形

可变因素布料器工作参数料线高度料批大小装料顺序19控制炉内煤气流分布可变因素炉料装入炉内方式的总称装料制度又称为上部调剂或上部调节20不同炉料粒度的混合料散料堆中的粒度分布情况大块炉料易于滚落到堆角由于堆角处料层薄,相对透气性好;小块炉料则多集中在堆尖由于堆尖处料层厚,相对透气性差。炉料性质对布料的影响不同炉料粒度21大粒度的自然堆角小易于滚落到炉子中心小粒度的自然堆角大易于集中在炉子边缘同一粒度的炉料小粒度大粒度焦炭的实际堆角小,滚落到炉子中心的趋势大,中心气流相对发展。矿石的实际堆角大,集中在炉子边缘的趋势大,边缘气流相对抑制。炉料种类22①料线钟式炉顶——大钟在开启位置时的下沿至料面的垂直距离无钟炉顶——旋转溜槽在最小夹角时其出口至料面的垂直距离(或炉喉钢砖上沿到料面的垂直距离)高炉正常料线一般为1.0~1.5m。正常生产时高炉两尺相差应小于500mm。一般情况上料时应以浅尺为准。定义一般规定23料线高低对布料的影响在碰撞点以上(炉况正常)

料线愈高,炉料堆尖离炉墙愈远发展边缘气流,抑制中心气流在碰撞点以下(炉况失常)

炉料先与炉墙碰撞,布料混乱

正常情况下:高料线压制中心气流;低料线压制边缘气流。24②炉料批重

炉料是分批加入高炉的。每批矿石的重量称为矿石批重;每批焦炭的重量称为焦炭批重。25炉料批重对布料的影响大批重小批重矿石比焦炭的堆角大,当边缘堆到一定程度后,才能滑向中心;批重越大,滑向中心的矿石越多,边缘气流发展;大批重时,炉料分布较均匀,煤气利用率提高;批重过大时,煤气量波动大,不利于顺行。

一般情况下大矿批压中心;小矿批压边缘。26定义:炉料中矿石和焦炭装入高炉内的先后次序称为装料顺序。一般而言,先入炉的料首先在炉墙边沿较多堆积到一定程度后才滚向中心。③装料顺序27装料顺序对布料的影响图示正装—先装矿石,后装焦炭;倒装—先装焦炭,后装矿石;同装—矿石和焦炭一起装入炉内;分装—矿石和焦炭分别装入炉内。

中心气流发展正同装,正分装,倒分装,倒同装

边缘气流发展28无料钟布料特征

大中型高炉一般设置11个环位,每个环位对应一个倾角(α),由里向外倾角逐渐加大。布料时选择从外环某一个环位开始,逐渐向里环进行,可实现多种形式的布料。无料钟通过旋转溜槽可进行多环布料,易形成一个焦炭平台,即料面由平台和漏斗组成,通过平台形式调节中心焦炭量或矿石量,平台小,漏斗大,料面不稳定,平台大,漏斗小,中心气流受抑制。适宜平台宽度由实践确定。。无料钟通过旋转溜槽采用多环布料,可以形成两个以上的堆尖,小粒度的炉料可以布在较宽的范围内(主要集中在堆尖附近),在中心方向,由于滚动作用,还是大粒度居多。无料钟通过旋转溜槽布料料流小而面宽,布料时间长,矿石对焦炭的推移作用小,平台范围矿焦比稳定,层状比较清晰,利于稳定边缘气流。29无料钟布料方式(1)单环布料。单环布料控制比较简单,旋转溜槽只在一个指定的角度作旋转运动。其作用与钟式布料无太大的区别,但调节手段灵活(大钟布料是固定角度,而旋转溜槽倾角可以根据需要选定)。溜槽倾角越大,炉料越布向边缘。当时,边缘焦炭增多,有利于发展边缘。

当时,边缘矿石增多,加重边缘。30

(2)螺旋布料。螺旋布料是无钟高炉最基本的布料方式。螺旋布料从外环某一个环位开始,逐渐向里环进行,炉料以一定形式在α11~1(大高炉)之间进行螺旋式的旋转布料。每批料还可根据批重的大小分成数个等份(大高炉一般为14~16份,中型高炉可分成8~12份),每个倾角上的份数根据气流分布情况确定。如发展边缘煤气流,可增加高倾角位置焦炭份数,或较少高倾角位置矿石份数,否则相反。31

(3)扇形布料。这种布料方式为手动操作。布料时可在6个预选水平旋转角度中根据炉况需要在0、60、120、180、240、3600

六个水平旋转角(β)中选择其一为中心线,由手动操作形成扇形布料,以处理煤气流分布失常。

(4)定点布料。定点布料要同时固定角α和β,炉料落在炉喉断面需要的位置,这是一种调剂特殊炉况堵塞管道的手段,只能短时间选用,选用定点布料时,应适当减轻负荷10%~15%。32装料制度的调节

高炉日常生产中,生产条件总有波动,有时甚至变化还很大,从而影响炉况波动和煤气流分布的失常。需要及时调整装料制度,改善炉料和软熔带透气性,保持边缘与中心两股气流,以减少炉况波动与失常。(1)原燃料条件变化原燃料条件变差,特别是粉末增多,出现气流分布和温度失常,应及时改用边缘与中心均较发展的装料制度。原料条件改善,顺行状况好时,可适当扩大批重和加重边缘。(2)冶炼强度变化由于某种原因被迫降低冶炼强度时,除适当缩小风口面积,上部要采用较为发展边缘的装料制度,同时要相应缩小批重。33(3)装料制度与送风制度相适应当风速低、回旋区较小,炉缸煤气分布边缘较多时,不宜采用过分加重边缘的装料制度,应适当加重边缘的同时疏导中心气流。可缩小批重,维持两股气流。若下部风速高,回旋区大,炉缸边缘煤气流较少时,也不宜采用过分加重中心的装料制度,应适当疏导边缘,然后扩大批重相应增加中心负荷。(4)临时改变装料制度的调节炉况难行、休风后送风、低料线下达时,可临时改变若干批强烈发展边缘的装料制度,以防崩料和悬料。34(2)送风制度通过风口向炉内鼓风的各种控制参数的总称。包括:风温、风中含氧量、风压、风口直径、喷吹量等参数。影响炉内原始煤气流的分布。35送风制度控制原始煤气流分布又称之为:下部调剂或下部调节(一般:下部调剂的反应较快)上部和下部调节相配合

煤气分布的最佳状态通过改变鼓风动能可实现对原始煤气的分布的调节。36适宜的鼓风动能与高炉炉缸直径的关系37原燃料条件差的应保持较低的E,取表中的低值,而原燃料条件好的则需要较大的E以维持合理的燃烧带,取表中的高值。(式中d—炉缸直径,m

;L—循环区的深度,m)。日本:适宜的燃烧带深度大型高炉的n值应选在0.5左右。中小型高炉n值宜选大些。

喷吹燃料以后,喷吹的燃料在离开喷枪后在直吹管至风口端的距离内已部分燃烧,它的体积和温度都比原鼓风的增加较多,鼓风动能增大,为维持合适的鼓风动能,风口而积应相扩大。38调节送风制度应遵循的原则

(1)固定适宜的风口面积,在一定冶炼条件下,每座高炉都有适宜的冶炼强度和适宜鼓风动能的对应曲线,一般情况下风口面积不宜经常变动。生产条件变化较大时,可根据变化因素对炉况影响的大小进行适当调整。(2)在原燃料条件波动不大的情况下,操作中应该稳定风量、稳定风压、稳定压差。特别当原、燃料质量变差(强度降低,粉末增加),风压不稳时,不能强行加风。39(3)在喷吹燃料时,风温应充分利用,用喷吹燃料量调节炉温。如果炉温急剧向热并有悬料的征兆时,撤风温时必须一次到位。恢复风温时要视炉温和炉况接受能力逐步地加回到需要水平。如果炉况应变能力较低,原则上每小时不超过50℃,换炉前后控制风温波动不超过30℃。(4)调节的原则是早动、少动,以保持炉况的长期稳定顺行。因此,对炉况的发展趋势和变化幅度要有预见性,避免根据出渣出铁的状态再进行调节,这种滞后调节会造成炉况周期性的波动。40(3)造渣制度★控制炉渣各种理化性能的总称熔化温度、熔化性温度、粘度、炉渣成分、熔化滴落区间、脱硫性、排碱性、表面性能等包括控制造渣过程和终渣性能使炉渣具有良好的热稳定性和化学稳定性以保证良好的炉缸热状态和合理的渣铁温度,以及控制好生铁成分。合理炉料结构就是要将这些性能合理搭配,使软熔带宽度和位置合理,料柱透气性良好,煤气流分布合理。41含氟炉渣的特点熔化温度很低,一般为1170~1250℃,比普通炉渣低100~200℃。易熔易凝的“短渣”,粘度—温度曲线中拐弯处温度区间很小,一般在50℃左右,高炉很容易结瘤。含氟渣粘度很小。炉渣碱度对粘度影响小。含氟渣有利于脱硫。含氟渣对硅铝质耐火材料有强烈的侵蚀作用。

2CaF2+SiO2=2CaO+SiF4↑;3CaF2+Al2O3=3CaO+2AlF3↑作业:含氟炉渣的特点42(4)热制度

热制度是指在工艺操作上控制高炉内热状态的方法的总称。高炉热状态是指炉子各部位具有足够相应温度的热量以满足冶炼过程中加热炉料和各种物理化学反应需要的热量,以及过热液态产品达到要求的温度。通常用热量是否充沛、炉温是否稳定来衡量热状态。

高炉下部决定高炉热量需求和吨铁燃料消耗,所以用表明炉缸热状态的一些参数来作为热制度的调节依据。

单有高温而无足够的热量,高温是维持不住的;单有热量而无足够高的温度,就无法保证高温反应的进行和液态产品的过热。炉缸热状态强度因素——高温容量因素——热量高温热量43热状态是各种操作制度的综合结果几乎所有操作参数变化都对热制度产生影响上部调节焦炭用量下部调节送风参数主要通过控制炉内热状态热制度的调节顺序喷煤—风温—焦炭负荷—净焦—风量。喷煤是主要手段,焦炭负荷调整尽量减少,加净焦力争避免,减风量是铁产量的损失,也是操作的失误。44第六章高炉强化冶炼技术45

高炉强化冶炼的技术6.1精料6.2高压操作6.3高风温6.4喷吹燃料6.5综合鼓风466.1精料47

含铁原料质量比较烧结矿含铁品味熟料比烧结矿二元碱度入炉粉末烧结矿含铁成分波动烧结矿整粒国内:55~57%日本:58~59%国内:1.5日本:1.8国内:±1~1.5%日本:±0.2%国内用的不多日本全部实施国内:10%日本:5%国内:85%日本:84%48

焦炭质量比较

灰分转鼓强度CS我国:14%左右77一80850.8左右日本:12%以下≥85880.5左右精料既是强化冶炼的一项措施,又是其它强化冶炼措施的基础。49(1)工艺流程6.2高压操作

通过控制高压阀组的开闭度和送风压力

提高高炉炉顶煤气压力风机→热风炉→高炉→炉顶煤气→除尘→高压阀组→净煤气管道

余压发电(可回收风机用电的30%左右)50日本高炉顶压平均为225kPa宝钢3号高炉(4350M3)已达230kPa炉顶煤气压力>30kPa时

(国外认为>150kPa)称之为高压操作(反之为常压操作)51消耗在高压阀组上的压力是由风机提供的炉顶煤气压力↑,要求送风压力↑能量消耗↑采用“余压发电”技术可回收风机用电的25~30%52(2)高压操作对冶炼的影响高炉整个送风系统、高炉本体、煤气除尘系统是一个连通器高压调节阀组前压力的提高,不仅炉顶压力↑,炉内压力也↑

高压操作必然会对高炉冶炼产生重要影响53高压操作对高炉冶炼的具体影响炉内压力↑鼓风体积↓,鼓风动能↓(当顶压由15kPa→80kPa时,E降到原来的76%)O2、CO2分压↑

,燃烧速度加快所致为了维持合理的燃烧带,可增大风量从而对增产有积极作用①使燃烧带缩小,边缘气流发展54对铁氧化物还原的影响因为在热力学方面,抑制了C+CO2=2CO正反应,使rd下降,有利于间接还原发展。在动力学方面,炉内压力提高,加速气体扩散及界面反应,利于间接还原发展。对Si还原的影响因为抑制了C+SiO2=Si+2CO正反应,使[Si]↓,高压操作对低硅生铁冶炼有利。②对还原的影响(rd↓,[Si]↓)55③对高炉顺行的影响由于,料层气流阻损△P与气体压力P成反比,故有:△P高压<△P常压,即压头损失降低。高压操作有利于顺行(下料通畅)56如果△P维持常压时的水平,则入炉风量可以↑,从而产量↑高压操作有利于增加高炉生铁产量

注意高压操作时△P的下降并不均匀上部下降幅度大,下部下降幅度小高炉限制冶强提高的是炉子下部状况要充分发挥高压操作对增产的作用需改善炉料的高温性能(焦炭高温强度、矿石高温冶金性能)57④大幅度减少炉尘吹出量炉尘吹出的粒径变小、数量变少常压→高压,炉尘吹出量降低20~70%

顶压150~250kPa的高炉,炉尘量<10kg/t58提高高炉产量(↑10KPa→产量↑1~3%)降低高炉焦比(↑10KPa→焦比↓0.2~1.5%)改善生铁质量(↑10KPa→[Si]↓0.03%

)减少炉尘吹出量(常压→高压,炉尘量↓20~70%)高压操作的效果59炉况顺行,煤气利用率提高;炉尘吹出量大幅度减少;产量提高,单位生铁热损减小;有利于间接还原发展;生铁含硅可控制在下限水平。高压操作后降低焦比的原因作业:论述高压操作对高炉冶炼的影响及其效果606.3高风温综合效果→降低焦比

古老的高炉采用冷风炼铁

1828年英国首次用150℃的热风炼铁现在最高风温可达1300~1350℃61①风口前燃烧C量减少原因:热风带入的显热代替了部分焦炭的燃烧热。(1100℃→1200℃,ΔC风↓5.2%)②高炉内温度场发生变化炉缸温度↑,炉身上部和炉顶温度↓,中温区(900~1000℃)略有扩大。原因:风温每↑100℃,风口理论燃烧温度↑60~80℃;风口前燃烧的焦炭↓→煤气量↓→炉身上部温度↓。(1)高风温对高炉冶炼的影响62③直接还原度略有升高原因:ri↓→rd↑风口前燃烧C↓→CO↓炉身温度↓④炉内压损ΔP↑焦比↓→料柱透气性变差高炉下部温度↑煤气流速↑SiO挥发↑→堵塞料柱孔隙。原因:63⑤有效热消耗减少风温↑→焦比下降,高炉的硫负荷下降炉缸温度升高,热量充沛,

→易于冶炼低硫生铁;风温↑→炉温稳定,生铁含硅可控制在下限,

→易于冶炼低硅生铁。⑥改善生铁质量焦比↓→灰分↓→渣量↓焦比↓→硫量↓→脱硫耗热↓作业:论述高风温对高炉冶炼的影响64(2)提高风温降低焦比的效果t风↑100℃降低焦比的量600~700℃700~800℃800~900℃900~1000℃1000~1100℃15~35kg15~30kg10~25kg8~20kg8~20kg65(3)高炉接受高风温的条件风温超过“极限”→炉况不顺→焦比↑产量↓接受高风温的条件精料→改善料柱透气性提高炉顶压力(高压操作)→降低煤气流速→△P↓喷吹燃料加湿鼓风利用热分解,降低风口理论燃烧温度(加湿在不喷吹燃料情况下为宜)“最高极限风温”随冶炼条件改善而提高。66我国大型高炉平均风温1150℃宝钢高炉热风温度1220~1250℃日本高炉最高风温可达1350℃高炉具备接受高风温的条件是关键67(2)高风温的获得☆高炉煤气发热值较低:3200~3800kJ/m3☆获得高风温的设备因素受限制空气预热高发热值燃料措施使火焰温度达1550~1700℃热风炉结构能承受高温结构材质(钢、耐火材料)热风阀686.4喷吹燃料

主要目的代替部分资源贫乏、价格昂贵的冶金焦炭。喷吹燃料的种类天然气—原苏联、美国重油—日本、法国、德国,因石油价格↑,也转向喷吹煤粉煤粉—我国(资源所限)世界上除重油、天然气丰富的地区外,都在实践大量喷煤工作。69①风口前燃料燃烧的热值↓(1)喷煤对高炉冶炼的影响焦炭燃烧→C的氧化过程煤粉燃烧→脱气+结焦+C的氧化过程

耗热→H/C愈高,耗热量愈大

燃烧热值↓焦炭可基本全部被燃烧煤粉在燃烧区停留时间短,部分未燃煤粉随气流上升原因70②

扩大燃烧带原因碳氢化合物风口前气化产生大量H2,炉缸煤气量↑;H2的粘度和密度小,穿透力大于CO部分煤粉在直吹管和风口内燃烧,在管路内形成高温(高于鼓风温度400~800℃),促使中心气流发展(鼓风动能↑)71③风口前理论燃烧温度↓

作为喷吹物的煤粉是冷态的煤粉的热分解需要消耗热量燃烧产物量↑→用于加热产物到燃烧温度的热量消耗↑

原因72④直接还原度↓★还原性组分(CO+H2)浓度↑,绝对量↑(煤气量变大所致)★高炉下部温度↓→碳熔损反应受到抑制焦比↓焦炭与CO2反应的表面积↓★焦比↓→单位生铁的炉料容积↓→矿石在炉内停留时间↑C熔损反应量↓

原因73⑤煤气阻力损失(ΔP)↑

原因焦炭量↓→料柱透气性↓煤气量↑→煤气流速↑74⑥炉内温度场变化

原因

高温区上移

炉缸温度趋于均匀炉身温度炉顶温度略有上升(所致)

炉缸边缘温度↓(风口理论燃烧温度下降所致)

炉缸中心温度↑(煤气穿透能力增强所致)

(煤气量、煤气含氢、鼓风动能↑)75

原因

喷入炉内的煤粉要分解吸热被还原性强的煤气作用的炉料下降到炉缸后,由于直接还原耗热减少炉缸温度回升炉缸温度暂时↓“热滞后”时间约为3~4小时作业:论述喷煤对高炉冶炼的影响76(2)补偿手段可通过运用高风温、高压操作和富氧来作为喷吹煤粉的补偿手段77(3)高炉喷煤的效果

降低焦比煤粉代替焦炭间接还原发展炉缸热状态稳定为接受高风温创造条件改善生铁质量降低生铁成本786.5综合鼓风鼓风湿度调整+富氧鼓风+高风温+高压操作+喷煤综合鼓风79①鼓风湿度调整(1)加湿鼓风在鼓风中加入水蒸气以提高鼓风湿度通常水蒸气在冷风管道中加入最大特征——强化高炉冶炼

干风含氧量21%

水蒸气含氧量50%单位体积的水蒸气比干风含氧高1.38倍鼓风中湿度增加1%(8g/m3),在焦比不变时,产量可提高1.38%80(2)脱湿鼓风把鼓风中的水分脱除一部分使鼓风湿度保持在低于大气湿度的稳定水平通常用氯化锂作脱湿剂吸收鼓风中水分,或用冷却法脱除鼓风中水分。最大特征——节省燃料消耗脱湿减少了水分的分解耗热通常脱湿1%,可降低焦比约8kg/t81采取加湿鼓风?脱湿鼓风?有争论节省湿分的耗热以弥补喷煤分解耗热

(将湿分分解消耗的热量节省下来用于喷煤更合算)可以消除大气湿度波动的影响喷煤高炉→脱湿鼓风82不喷煤高炉→加湿鼓风鼓风含氧量增加,冶强↑,焦比不变时,产量↑。充分利用高风温(水分耗热,为高风温创造了条件)。H2浓度↑,有利间接还原。消除大气湿度波动对高炉炉况的影响可减少单位碳量在风口燃烧所需风量→煤气量↓→△P↓

保持△P一定时,可加风,冶强↑,产量↑对于不喷吹燃料的高炉加湿鼓风不失为一种调剂炉况的手段83②富氧往高炉鼓风中加入工业氧气(1)提高产量每富氧1%可增产3~

5%;(2)提高t理,每富氧1%,由于炉缸煤气量减

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