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基于DFT的氢基竖炉内H_(2)和CO在Fe_(2)O_(3)(0001)表面反应的机理
1
作者 唐珏 储满生 +1 位作者 刘西财 刘杰 《东北大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第7期139-147,共9页
氢基竖炉工艺可显著减少CO_(2)排放,是钢铁工业绿色低碳发展的有效途径.本研究基于密度泛函理论(DFT),深入研究了氢基竖炉冶炼过程中H_(2)和CO与Fe_(2)O_(3)的反应机理.结果表明:H_(2)分子最稳定吸附构型的吸附能为-1.65 eV,CO分子为-2.... 氢基竖炉工艺可显著减少CO_(2)排放,是钢铁工业绿色低碳发展的有效途径.本研究基于密度泛函理论(DFT),深入研究了氢基竖炉冶炼过程中H_(2)和CO与Fe_(2)O_(3)的反应机理.结果表明:H_(2)分子最稳定吸附构型的吸附能为-1.65 eV,CO分子为-2.10 eV,CO分子吸附占优.H_(2)分子反应时的能垒为0.64 eV,CO分子为1.40 eV,H_(2)分子与Fe_(2)O_(3)反应在动力学上占优.升高温度虽然不利于气体分子的吸附,但有利于还原反应的进行,因此升高温度可以弥补H_(2)分子吸附及反应在热力学上的劣势.对于富氢或纯氢竖炉,可以提高操作压力,同时适当提高还原温度以加快反应速率,但应确保吸附效率. 展开更多
关键词 氢基竖炉 密度泛函理论(DFT) Fe_(2)O_(3) 反应机理 吸附能 能垒
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磁铁矿氢气还原过程的等温和非等温动力学机理研究
2
作者 黄金堤 李静 +3 位作者 易涛 李明周 刘付朋 汪金良 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第8期3139-3151,共13页
基于现代热分析技术,系统探究H_(2)/N_(2)混合气氛下磁铁矿颗粒的还原动力学行为,重点解析还原温度、颗粒粒度及氢气流量等关键参数的影响规律。通过无模型方法获得氢气还原磁铁矿非等温动力学参数;基于等温热分析动力学原理,构建不同... 基于现代热分析技术,系统探究H_(2)/N_(2)混合气氛下磁铁矿颗粒的还原动力学行为,重点解析还原温度、颗粒粒度及氢气流量等关键参数的影响规律。通过无模型方法获得氢气还原磁铁矿非等温动力学参数;基于等温热分析动力学原理,构建不同氢气流量条件下的还原反应机理函数。研究结果表明:磁铁矿氢气非等温还原过程中,反应活化能呈现先降后升的演变特征,在初始阶段(还原度α=0.1~0.6),活化能从112.4 kJ/mol降至75.1 kJ/mol;进入中后期(α>0.6),活化能回升至144.4 kJ/mol。磁铁矿等温还原过程遵循反应成核与生长模型(A1,机理函数G(α)=-ln(1-α)),在20~80 mL/min氢气流量下,模型相关系数R^(2)>0.969。研究成果揭示了复杂气氛条件下磁铁矿还原动力学机制,为钢铁工业氢基直接还原技术的开发提供了理论基础。 展开更多
关键词 磁铁矿 动力学 还原度 氢气还原 机理函数
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改进型EMD-Elman神经网络在铁水硅含量预测中的应用 被引量：25
3
作者 宋菁华 杨春节 +2 位作者 周哲 刘文辉 马淑艳 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期729-735,共7页
针对高炉炼铁过程的多尺度和动态特征,建立了基于经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和Elman神经网络的铁水硅含量预测模型。该模型先采用EMD将硅含量序列分解成有限个、相对平稳的本征模函数(intrinsic mode function,IMF... 针对高炉炼铁过程的多尺度和动态特征,建立了基于经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和Elman神经网络的铁水硅含量预测模型。该模型先采用EMD将硅含量序列分解成有限个、相对平稳的本征模函数(intrinsic mode function,IMF)和剩余分量;然后,分别对每个IMF和剩余分量建立Elman神经网络子模型;为了进一步提高预测精度,将子模型的结果进行加权融合,并利用粒子群算法进行权值的寻优,最终获得硅含量的预测结果。将该模型用于某钢厂铁水硅含量的预报,实验结果证实了该方法的有效性。 展开更多
关键词 硅含量 预测 多尺度 动态建模 经验模态分解 神经网络
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碳还原锌浸出渣炼铁过程的热力学分析 被引量：11
4
作者 刘洋 谭军 +4 位作者 刘常青 尹周澜 陈启元 张平民 廖舟 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期1978-1986,共9页
对锌浸出渣熔池熔炼碳还原炼铁反应过程进行了热力学分析。结果表明：Zn Fe2O4和KFe3（SO4）2（OH）6受热分解的含铁产物是Fe2O3,Zn Fe2O4在300~1800 K温度范围内不能自发分解,KFe3（SO4）2（OH）6在652.25K即可分解;高pCO/pCO2、低温... 对锌浸出渣熔池熔炼碳还原炼铁反应过程进行了热力学分析。结果表明：Zn Fe2O4和KFe3（SO4）2（OH）6受热分解的含铁产物是Fe2O3,Zn Fe2O4在300~1800 K温度范围内不能自发分解,KFe3（SO4）2（OH）6在652.25K即可分解;高pCO/pCO2、低温（但要高于炉渣熔融的温度）有利于熔体中的Fe2O3还原生成液态铁;含硫物相低温分解后的产物有金属硫酸盐K2SO4和Ca SO4,两者热分解脱硫的有利条件均是高温及低硫分压、低氧分压（但氧分压要高于硫酸盐分解生成硫化物的限值）,Ca SO4热分解脱硫比K2SO4易于进行。锌浸出渣中碱性氧化物Ca O的存在,一方面可以降低Zn2Si O4碳热还原的起始反应温度,另一方面可以提高炉渣碱度及炉渣中Ca O的活度,降低硫在铁液与炉渣中的分配平衡常数。 展开更多
关键词 锌浸出渣 熔池熔炼 碳还原 炼铁 热力学分析 脱硫
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含钛物料中护炉有效钛含量的控制模型 被引量：12
5
作者 焦克新 张建良 +1 位作者 左海滨 刘征建 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期1160-1164,共5页
研究了含钛炉料在高炉炉缸内的还原行为及其对炉缸的保护机制，在此基础上建立了渣铁中有效钛含量的控制模型．根据高炉的实际生产参数实时计算炉渣中的有效TiO2含量、铁水中TiC析出的临界Ti含量及对应的析出温度，从而指导生产实践，... 研究了含钛炉料在高炉炉缸内的还原行为及其对炉缸的保护机制，在此基础上建立了渣铁中有效钛含量的控制模型．根据高炉的实际生产参数实时计算炉渣中的有效TiO2含量、铁水中TiC析出的临界Ti含量及对应的析出温度，从而指导生产实践，为护炉过程参数的选取提供理论依据．在文中给定的生产参数条件下，计算出炉渣中有效TiO2含量（质量分数）应控制在0．8％～1．0％，能达到护炉效果的铁水中Ti含量（质量分数）应控制在0．11％～0．14％，并分析了铁水成分对TiC析出的影响． 展开更多
关键词 高炉 炉缸保护 TiO2活度 TI(C N) 有效钛含量 控制模型
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高炉炉缸黏滞层物相及形成机理 被引量：14
6
作者 焦克新 张建良 +1 位作者 左海滨 赵永安 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期987-991,共5页
通过对高炉炉缸黏滞层化学成分分析、XRD、SEM-EDS分析及对炉缸用碳复合砖性能、微观结构的研究,探明了炉缸黏滞层的形成机理.结果表明:碳复合砖本身致密的微观结构使其具有优良的抗渣铁侵蚀性能,且具备自护炉机制,能够形成石墨-C层、... 通过对高炉炉缸黏滞层化学成分分析、XRD、SEM-EDS分析及对炉缸用碳复合砖性能、微观结构的研究,探明了炉缸黏滞层的形成机理.结果表明:碳复合砖本身致密的微观结构使其具有优良的抗渣铁侵蚀性能,且具备自护炉机制,能够形成石墨-C层、高铝渣层、石墨层多相体系.并通过计算得出高炉炉缸侧壁石墨碳析出热力学条件,表明在一定的铁水流动条件下,石墨碳与铁水存在溶解析出平衡,从而隔离开铁水与砖衬的直接接触,延缓砖衬侵蚀,实现高炉炉缸长寿. 展开更多
关键词 高炉 炉缸 碳复合砖 黏滞层 石墨碳
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喷吹H_(2)条件下高炉冶炼参数及炉料还原行为研究
7
作者 邓奇虎 薛正良 +3 位作者 吴映江 李鹏 余岳 李博思 《炼铁》 北大核心 2025年第3期71-76,共6页
以物料平衡、热平衡及间接还原度方程为基础,建立了高炉能量与质量平衡模型,研究喷吹H_(2)条件下高炉冶炼参数的变化,根据模型计算所得炉腹煤气成分,进行了模拟高炉块状带的炉料还原实验。结果表明:H_(2)与固体燃料置换比为0.19kg/m^(3)... 以物料平衡、热平衡及间接还原度方程为基础,建立了高炉能量与质量平衡模型,研究喷吹H_(2)条件下高炉冶炼参数的变化,根据模型计算所得炉腹煤气成分,进行了模拟高炉块状带的炉料还原实验。结果表明:H_(2)与固体燃料置换比为0.19kg/m^(3),每喷吹1m^(3)/tH_(2)直接还原度降低0.00139,理论燃烧温度下降约1.9℃;在富氧率不变条件下,喷吹H_(2)量每增加1m^(3)/t,炉缸、炉腹、炉顶煤气量分别增加1.30m^(3)/t、0.88m^(3)/t、0.86m^(3)/t;喷吹H_(2)量从0增至150m^(3)/t,炉料还原度提高14.47%,还原速率指数RVI增加0.575,说明喷吹H_(2)促进了铁氧化物还原。 展开更多
关键词 高炉 喷吹H_(2) 能量与质量平衡 燃料比 炉料还原度
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COREX熔化气化炉布料模式对煤气流分布的影响 被引量：2
8
作者 李晓清 李海峰 罗志国 《材料与冶金学报》 CAS 北大核心 2012年第4期235-241,247,共8页
布料模式决定了料床的空隙度,而料床的空隙度分布决定了煤气流的第二次分布.通过建立二维的COREX-3000气化炉煤气流动的数学模型,以Fluent软件为载体,采用多孔介质模型描述了单环布料、多环布料两种不同布料模式下的料床内的煤气流动状... 布料模式决定了料床的空隙度,而料床的空隙度分布决定了煤气流的第二次分布.通过建立二维的COREX-3000气化炉煤气流动的数学模型,以Fluent软件为载体,采用多孔介质模型描述了单环布料、多环布料两种不同布料模式下的料床内的煤气流动状况,获得了气化炉内煤气的速度场和压力场.结果表明:因布料过程在料面上发生的炉料粒度偏析造成的空隙度分布对煤气流分布的影响很大.在单环布料时,炉料堆尖处煤气流速很低,随着布料档位外移,气化炉整体压差呈现先增加后减小的趋势,拐点出现在3.0 m布料档位,可见炉料布料方式对煤气流有再分配的作用,较为适宜的布料档位为2.5～3.5 m,不宜低于2.0 m和超过4.0 m的档位.通过模拟计算获得的非均匀床层中气体流动规律的认识对COREX气化炉工艺有借鉴意义. 展开更多
关键词 COREX熔化气化炉 煤气流分布 布料模式 单环布料 多环布料 数值模拟
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高炉全氧炼铁工艺理论分析 被引量：9
9
作者 邵久刚 张建良 +2 位作者 王广伟 汤云腾 左海滨 《冶金能源》 2013年第4期22-28,共7页
根据能量在高度上的分布状况,建立了氧气高炉计算模型。模拟了高炉循环炉顶煤气条件下焦比、耗氧量、理论燃烧温度、炉腹煤气量以及高炉煤气利用率的变化,同时分析了氧气高炉循环煤气之后高炉各区域能量利用的变化规律。计算结果表明选... 根据能量在高度上的分布状况,建立了氧气高炉计算模型。模拟了高炉循环炉顶煤气条件下焦比、耗氧量、理论燃烧温度、炉腹煤气量以及高炉煤气利用率的变化,同时分析了氧气高炉循环煤气之后高炉各区域能量利用的变化规律。计算结果表明选择合适的循环煤气量是氧气高炉经济高效冶炼的关键。当循环炉顶煤气量为500m3/t时,高炉各部位能量利用基本平衡,此时氧气高炉焦比为230kg/t,CO2排放量为151.65m3/t,输出煤气热值达到7563.02kJ/m3。 展开更多
关键词 全氧高炉 循环煤气 热平衡
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除尘灰中微量有害元素的富集形态研究 被引量：12
10
作者 卢伟佳 苗广志 +2 位作者 苏东学 张建良 祁成林 《冶金能源》 2012年第2期55-58,共4页
为解决高炉有害元素对炼铁系统的危害,结合国丰炼铁系统的烧结、高炉除尘灰SEM、EDS、XRD、面扫描分析,得出以下结论:烧结机尾除尘灰及高炉重力除尘灰的有害元素含量较少,可直接应用到烧结生产中;而烧结机机头除尘灰含有害元素K、Cl、S... 为解决高炉有害元素对炼铁系统的危害,结合国丰炼铁系统的烧结、高炉除尘灰SEM、EDS、XRD、面扫描分析,得出以下结论:烧结机尾除尘灰及高炉重力除尘灰的有害元素含量较少,可直接应用到烧结生产中;而烧结机机头除尘灰含有害元素K、Cl、S,并且烧结矿中K与Cl元素几乎都以KCl形式存在,高炉除尘灰有害元素较为复杂,其有害元素存在形式多为絮状结晶,且以Zn形核长大为主,K、Cl形成KCl粘附于絮状晶体上,S也几乎全部集中在絮状晶体中。烧结机头除尘灰及高炉布袋除尘灰必须经过处理才能再次应用到烧结生产中。 展开更多
关键词 高炉 有害元素 富集 微观形貌
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炼铁技术可持续性评价与筛选及其影响因素研究 被引量：1
11
作者 陈翠良 杨建新 +2 位作者 陈波 宋小龙 吕彬 《环境污染与防治》 CAS CSCD 北大核心 2012年第6期86-92,共7页
为确定高炉炼铁技术(BF)、直接还原炼铁技术和熔融还原炼铁技术这3类主要炼铁技术的可持续性,选择了8种具有代表性的炼铁技术,在确定系统边界、构建指标体系、综合集成赋权后,运用灰色关联度模型对炼铁技术的可持续性进行排序,并采用拉... 为确定高炉炼铁技术(BF)、直接还原炼铁技术和熔融还原炼铁技术这3类主要炼铁技术的可持续性,选择了8种具有代表性的炼铁技术,在确定系统边界、构建指标体系、综合集成赋权后,运用灰色关联度模型对炼铁技术的可持续性进行排序,并采用拉氏加法分解分析了影响炼铁技术可持续性的主要因素。结果表明:(1)8种炼铁技术的可持续性排序为MIDREX>COREX-DR>ITmk3>FASTMET>COREX C-3000>FINEX>BF>HISMELT(竖炉)。(2)环境排放(吨铁SO2排放、吨铁危险废物产生和吨铁颗粒物排放)、二次能源回收与利用(吨铁回收能源消耗、吨铁余能回用潜力)以及铁产品品质(吨铁磷含量、吨铁硫含量)等已成为制约炼铁业可持续性的重要瓶颈,也是炼铁技术研发和工艺选取应考虑的主要因素。(3)可以尝试新的炼铁模式——COREX C-3000与MIDREX联合炼铁技术,将其作为发展非高炉炼铁技术的重点方向。 展开更多
关键词 炼铁技术 可持续性 评价 灰色关联度 拉氏加法
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铁水能耗分析及节能途径 被引量：4
12
作者 金会心 蔡九菊 +1 位作者 吴复忠 李军旗 《冶金能源》 2009年第4期10-16,共7页
以国内部分高炉-转炉流程钢铁企业铁水能源消耗现状为基础,讨论了铁水能耗存在的问题,分析了铁水能耗和炼铁系统各工序能耗。结果表明,影响生产铁水能耗的直接因素有三方面:①某工序所消耗各种能源介质(燃料和动力)的实物量的多少;②对... 以国内部分高炉-转炉流程钢铁企业铁水能源消耗现状为基础,讨论了铁水能耗存在的问题,分析了铁水能耗和炼铁系统各工序能耗。结果表明,影响生产铁水能耗的直接因素有三方面:①某工序所消耗各种能源介质(燃料和动力)的实物量的多少;②对应每一种能源介质的标准煤折算系数大小,也就是这种能源在其生产、转换过程所消耗的能源量;③余热余能回收量的高低。最后提出了降低铁水能耗的主要节能途径。 展开更多
关键词 铁水能耗 工序能耗 折标煤系数 节能途径
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提高球团矿配比对高炉布料的影响及其优化研究 被引量：1
13
作者 宁泽尧 张晓辉 王楠 《烧结球团》 北大核心 2025年第1期95-102,共8页
含铁炉料结构直接影响着高炉布料料层孔隙度,进而影响煤气流合理分布,探究球团矿配比对料层分布的影响及改善层间界面效应至关重要。本研究采用离散单元法对2550 m^(3)高炉的炉顶区域进行了三维建模,研究了存在焦炭层时提高球团矿配比... 含铁炉料结构直接影响着高炉布料料层孔隙度,进而影响煤气流合理分布,探究球团矿配比对料层分布的影响及改善层间界面效应至关重要。本研究采用离散单元法对2550 m^(3)高炉的炉顶区域进行了三维建模,研究了存在焦炭层时提高球团矿配比对炉料料面形状的影响规律,并对矿焦层间界面效应提出了优化方案。结果表明,随球团矿质量配比的提高,炉料颗粒在溜槽末端的速度与落点半径增大,料流更加分散;随溜槽倾角增大,溜槽有效长度增加,炉料落点半径大幅增大;提高含铁炉料中球团配比,使得含铁炉料在径向上向炉喉中心滚动,而在纵向上整体高度降低,矿焦界面渗流现象严重。因此,增加球团矿配比时,为保证炉喉处初始料面稳定的形状,应使矿石布料角度增大,以减缓含铁炉料向炉喉中心的滚动。 展开更多
关键词 球团矿配比 料面形状 料流轨迹 界面效应 离散单元法
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降低炼铁系统能源消耗的实践 被引量：6
14
作者 魏建新 《冶金能源》 北大核心 2006年第2期11-14,共4页
分析了武钢炼铁系统的能源消耗状况,介绍了降低能源消耗的主要措施;开展节能技术进步,降低燃料和动力消耗,加强余热余能回收,以及不断强化节能管理工作。
关键词 节能 炼铁系统 余热余能回收 能源管理
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低硅生铁含硅量与炉温关系的探讨 被引量：1
15
作者 张三印 《炼铁》 北大核心 1992年第3期34-36,共3页
本文根据对我国大、中、小型高炉的实际测定,用回归分析方法探讨了低硅生铁含硅量与炉温的关系。并对低硅操作与低炉温操作、我国高炉炉缸温度水平以及低硅生铁含硅量与铁水温度的适宜范围等问题提出了看法。
关键词 低硅生铁 高炉 冶炼 硅 炉温
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炉渣中FeO还原的动力学实验研究 被引量：1
16
作者 毕衍涛 《炼铁》 北大核心 2003年第5期52-53,共2页
1引言 随着对高炉内直接还原动力学研究的深入,通过碳还原渣中FeO已引起极大关注.在研究过程中,大多采用纯铁氧化物或简单渣系,这和实际情况有所不同.
关键词 高炉 炉渣 氧化亚铁 还原 动力学 实验研究 炼铁
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硅在护缸内的迁移活动 被引量：1
17
作者 糜克勤 《炼铁》 北大核心 1992年第3期30-34,共5页
本文通过实验与平衡计算研究了炉缸内产生硅不同迁移活动的原因反硅迁移活动对脱硫的影响。指出冶炼低硅生铁时应注意的问题。
关键词 低硅生铁 冶炼 炉缸 硅 高炉
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对炼铁技术发展方向的几点认识 被引量：1
18
作者 魏升明 《炼铁》 北大核心 2006年第2期55-58,共4页
炼铁工艺已经形成高炉系统和非高炉系统两大系列。高炉系统的技术发展方向是：①扩大资源的利用范围与水平；②进一步改进工艺,节能降耗；③余能余热的回收利用与环保。非高炉系统重点谈谈粉矿熔融还原走向商业化需要改进的方向与方法... 炼铁工艺已经形成高炉系统和非高炉系统两大系列。高炉系统的技术发展方向是：①扩大资源的利用范围与水平；②进一步改进工艺,节能降耗；③余能余热的回收利用与环保。非高炉系统重点谈谈粉矿熔融还原走向商业化需要改进的方向与方法设想。 展开更多
关键词 高炉 资源 工艺 节能环保 熔融还原
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新钢炼铁系统技术进步
19
作者 钟崇武 况百梁 侯兴 《炼铁》 北大核心 2003年第4期19-22,共4页
通过加强精料、实施技术改造、优化高炉操作等措施,新钢炼铁生产取得了明显的进步,技术经济指标明显改善。
关键词 炼铁 精料 技术改造 高炉操作 技术进步 技术经济指标
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邯钢1号高炉工序能耗及降耗技术简析
20
作者 李子亮 李楠楠 刘欢欢 《炼铁》 北大核心 2025年第1期1-5,共5页
钢铁行业能源消耗问题日益突出,低碳发展任务艰巨。对邯钢1号高炉2022年12月的能源消耗与回收状况进行简述,并计算高炉工序能耗,结果为382.1 kgce/t,进一步阐述了1号高炉在生产过程中采用的降耗技术,包括优化装料制度降低燃料比、炉顶... 钢铁行业能源消耗问题日益突出,低碳发展任务艰巨。对邯钢1号高炉2022年12月的能源消耗与回收状况进行简述,并计算高炉工序能耗,结果为382.1 kgce/t,进一步阐述了1号高炉在生产过程中采用的降耗技术,包括优化装料制度降低燃料比、炉顶均压煤气回收技术、冲渣水余热回收技术和热风炉富氧烧炉技术,并对其降耗能力进行了评价。认为:①冲渣水余热进一步回收的潜力较大,应继续探索全年高效回收技术;②1号高炉工序能耗低于行业平均值,但进一步降耗至标杆水平仍有一定难度,有必要进一步探索高炉节能降耗的前沿技术。 展开更多
关键词 高炉 工序能耗 余热余能 回收利用 降耗
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