杨天钧  张建良  刘征建  焦克新

(北京科技大学)

摘  要  论述了2016-2017年我国高炉炼铁生产概况和技术经济指标的变化，分析了近两年来我国铁生产在去产能、提高原燃料质量，以及高炉大型化、炼铁环保技术和非高炉炼铁技术等方面取得的进展，指出了在原燃料质量、高炉高风温、高炉长寿、炼铁节能环保等方面存在的问题。认为，炼铁生产应持续改善原燃料质量，全面贯彻精料方针;提高精细化操作水平，降低燃料比;重视高炉长寿系统技术，继续推广高风温技术，发展节能环保技术，探索高炉大数据及可视化技术；重视炼铁资源及环境保护;注重基础理论研究，不断研发新工艺和新技术，努力实现绿色高效炼铁生产。

关键词  高炉炼铁  原燃料  高护操作  绿色高效

1  近两年来高炉炼铁生产概况

1.1  生铁及原矿产量

我国和世界高炉生铁产量的变化如图1所示，2016年和2017年我国生铁产量分别为69798万t和71076万t,均占世界生铁产量的60%以上。我国和世界高炉生铁产量增长率及我国占世界生铁比例的变化如图2所示，继2014年和2015年连续两年负增长之后，2016年和2017年我国生铁产量持续保持低速增长。自2009年之后，我国生铁产量一直保持占世界生铁产量的60%左右，世界生铁产量增长率与我国生铁产量增长率变化基本保持一致[1]。

从地区产量来看，2017年全国共有28个省份生产生铁，其中，17个省份生铁产量呈正增长，11个省份生铁产量下滑。在2017年全国各地生铁产量排行榜上，河北省以年产量17997.27万t/a位居榜首，产量同比下滑2.18%。排名第二的是江苏省，江苏2017全年生铁产量为7131.97万t/a,产量同比下滑0.59%。山东省2017年生铁产量为6561.71万t/a,排名第三。

我国原铁矿产量、进口铁矿量以及铁矿石对外依存度的变化如图3所示。2017年，承接2016年的回暖态势，铁矿石市场持续好转，国内铁矿行业逐步复苏，全国铁矿石原矿产量122937.3万t,同比增加7.1%。2017年，全国铁矿石进口量达107474.0万t,再创新高，较2016年增长5.0%,但增幅较2016年有所减小。随着我国铁矿石进口量进一步增加，而需求增幅有限，导致我国铁矿石对外依存度逐年上升，2017年铁矿石对外依存度达到88.7%。我国焦炭产量及年增长率推移图如图4所示，2017年1-12月全国焦炭产量累计为43142.6万t,累计同比下降3.3%(2016年累计焦炭产量为44600万t)。

1.2  技术经济指标

2017年中钢协会员单位生铁产量占全国的87.44%,平均燃料比为544.04kg/t。高炉燃料比和工序能耗略微增加，热风温度及入炉品位略有提高(见表1)。

2  近两年来炼铁生产技术的进步

2.1  淘汰落后产能

2017年是钢铁去产能的攻坚之年，政府工作报告的目标是钢铁去产能5000万t,目前已经超额完成，其中，河北、江苏、山东等省份和有关中央企业在去产能方面成绩突出，合计粗钢压减量约占全国的75%。“十三五”的前两年，钢铁完成去产能已超过1.15亿t(2016年完成钢铁去产能6500万t),而“十三五”期间钢铁去产能的总体目标是1~1.5亿t,下限目标已经完成，距离上限目标（1.5亿t)只差3500万t,去产能目标有望提前完成。

2.2  原燃料质量基本稳定或略有改善

(1)烧结球团指标略有改善。近年来，我国铁矿粉烧结的发展重点已由早期追求产量和质量，转变到降低能耗和清洁生产上来，特别是一些新技术的实施，例如超厚料层烧结技术、焦炉煤气强化烧结技术、烧结料面喷水蒸气、新型烟气循环烧结、烧结矿余热利用等技术的使用，对烧结矿提质、减排和降耗有着重要意义。2017年与上年同期相比中钢协会员单位的烧结矿含铁品位、转鼓指数、固体燃耗等指标都得到不同程度的改善（见表2)。

近年来，高压辊磨、润磨预处理技术，赤铁矿、镜铁矿生产球团技术，镁质球团技术，碱性复合球团技术，自熔性球团技术，混合原料球团制备与启烧技术等获得工业应用，为我国球团工艺技术跨进世界先进行列提供了技术支撑。

(2)焦炭方面的进展。2017年与上年同期相比，中钢协会员单位焦炭质量得到不同程度的改善，如M40提高、M10降低（见表3),一些指标先进值已达到国际先进水平；一些落后的企业，表现出尚有较大的改善潜力。

（3）多品种燃料得到应用。兰炭、提质煤等燃料在高炉炼铁中得到应用。兰炭和提质煤作为低阶煤中、低温干馏产物，挥发分大量析出，固定碳含量和发热值接近于无烟煤，但由于其在裂解过程中保留了较为充分的空隙结构，使其燃烧性能接近于烟煤，可以作为一种优质的高炉喷吹燃料。目前经过北京科技大学和鞍山热能研究院等单位的联合攻关，形成了兰炭、提质煤在炼铁领域应用技术研究与开发的系统成果，开发了兰炭、提质煤高效应用于炼铁工序的调控技术，解决了兰炭喷吹可磨性偏低、兰炭烧结速率过快和替代焦炭强度偏低的技术难题，形成了一整套兰炭、提质煤运用于炼铁领域的新型工艺路线。推动了低阶煤资源在炼铁系统的高效利用，有助于钢铁企业节能减排及降低生产成本。

2.3  高炉大型化和集约化

近年来，我国在高炉大型化方面取得了进步，大型高炉数量逐年增加（如图5所示）。当前4000m3以上高炉有23座，其中5000m³以上的有6座[2]。我国高炉平均炉容达到了1047m3;高炉产能集中在1000~2000m3的高炉，产能约占总量的35.8%。而2011年和2014年我国高炉平均炉容分别为580m3和770m3。

2.4  炼铁环保技术进展

(1)大型全封闭料场纷纷建成。过去露天堆场造成扬尘污染，已成为钢铁企业原料生产、运输、贮存过程中无组织排放的主要污染源；现在大型全封闭料场纷纷建成，可最大限度地减少粉尘排放，实现源头削减污染，从而创造了社会效益、环境效益和经济效益。目前，宝钢、邯钢、邢台德龙钢铁等多家钢铁企业采用全封闭料场，取得了良好的效果。

(2)控制污染物排放取得进展。近年来，我国环保形势日益严峻，特别是新污染物排放标准实施后，钢铁行业污染物排放标准对SOx和NOx的排放也提出了更加严格的要求，政策性限产已成为钢铁企业生产常态[3]。2017年，我国重点统计钢铁企业的吨钢SO2排放已降低至0.5896kg/t的水平，低于“十二五规划”的1kg/t;吨钢烟粉尘排放降低至0.6123kg/t的水平。废水化学耗氧量（COD)达到0.018kg/t,低于“十二五规划”的0.065kg/t。吨铁水耗2.93t,吨钢耗新水降低6.13%,水的重复利用率得到提高，废气SO2排放降低3.69%,工业粉尘排放降低11.58%,都有相当大的进步。

2.5  非高炉炼铁技术进展

经过5年的探索与实践，某企业在吸收澳大利亚奎那那（Kwinana)HIsmelt熔融还原工艺原有流程核心技术的基础上，结合我国超高纯特种铸造生铁生产的经验，在如何保证冶炼过程的连续化、开发熔融还原炉（SRV)长寿技术、提高资源利用率等关键性问题上，取得了重大技术革新和技术突破。该企业HIsmelt熔融还原工艺自运行以来，多项生产及技术指标创造了该流程的历史新记录。其中，2017年连续稳定运行时间超过100d,且生产中的技术经济指标远远超过历史最高水平。2017年日产量达1920t,月产量达5.06万t,是HIsmelt工艺过去历史最高产量的两倍以上。相较于HIsmelt熔融还原过去生产15万t需更换5次炉衬的情况，该企业H melt熔融还原炉寿命明显延长，至2017年底已生产铁水25万t,炉衬仅有轻微侵蚀。

3  近两年来高炉炼铁存在的若干问题

3.1  高炉原燃料质量及评价体系有待进一步改善

(1)对烧结矿、球团矿质量指标体系的内涵认识有待提高。对高品位、高强度原料方面认识比较充分，但对还原性、高温软化熔融性能等原料冶金性能的影响，认识有待提高。同时，对炼铁原料成分的稳定性、有害元素的含量及危害等指标更要格外重视，以免造成高炉稳定顺行出现问题。

(2)合理炉料结构的性能及匹配。在合理的炉料结构搭配方面，虽然重视在化学成分及碱度方面的搭配，但对冶金性能的搭配、性能互补、高温冶金性能的变化及其影响，认识尚待深入。需要进一步加强研究，在不同炉料的性能变化、综合炉料不同性能的变化及其影响下的应对措施。部分企业高炉炼铁炉料中球团矿配比偏低。

(3)关于焦炭的质量问题。我国优质炼焦煤储量不足，且主要集中在山西地区，国外的资源主要被澳大利亚和巴西两家大型跨国矿业集团控制。优质炼焦煤是生产优质焦炭的必要保证。当前我国钢铁产能严重过剩，随着劳动力成本和对环保要求水平的提高，高炉大型化的趋势不可避免，但是否在产能转移时，高炉大型化就一定要建4000m3或5000m3的特大型高炉，值得商榨[4]。高炉大型化对优质煤炭资源的依赖程度明显提高，建立特大型高炉，首先要考虑对优质炼焦煤的掌控能力，前些年因主焦煤影响焦炭质量的变差，后果较为严重。

3.2  高炉焦比和燃料比偏高

目前，我国炼铁企业有500多家，多层次、多种结构，先进指标与落后指标并存。

2017年与上年相比，中钢协会员单位中有32家高炉燃料比有所升高。总体来看，高炉焦比变化不大，煤比升高3.01kg/t,实际燃料比升高1.13kg/t。2017年我国只有宝武集团的高炉燃料比低于500kg/t。以平均燃料比为例，我国高炉炼铁的平均燃料比较欧洲高炉的平均燃料比496kg/t高出50kg/t,比日本的平均燃料比也高出40kg/t以上[5]。

我国高炉燃料比偏高的主要原因有以下几点：

一是原燃料质量恶化，不仅表现在入炉品位较低，而且烧结矿的冷态性能差，粒度不均匀，焦炭的灰分高（1%~3%),原燃料质量不稳定、有害杂质含量高等；

二是高炉热风温度有待提高，2015年高炉风温达1166℃，但2016年高炉风温为1139℃，比2015年降低了27℃。2017年中钢协会员单位高炉风温为1142.05℃，比2016年同期升高了2.70℃，扭转了热风温度下滑的趋势。然而，我国大型高炉热风炉系统设备仍然存在诸多问题，多家大型钢铁企业热风炉均出现不同程度的热风管道塌落、炉顶裂纹、热风管道温度高、煤气管道腐蚀泄漏等设备问题，热风温度距离比较理想的1280±20℃高风温差距约80~100℃。

三是高炉顺行状态不好，表现在炉顶煤气利用率nco普遍偏低（绝大部分低于50%),因此在高操作技术和煤气流分布方面还需进一步改进。

3.3  高炉长寿发展不均衡

高效、安全、长寿的运行是对现代大型高炉的必然要求。近年来，我国在大型高炉设计体系、核心装备、工艺理论、智能控制等关键技术方面取得了重大进步。高炉长寿也取得了显著进展，宝钢、武钢钢等企业的高炉寿命也达到15年以上，其中宝钢号高炉达到了接近19年，创我国高炉长寿的记录。但是，我国高炉长寿技术发展很不均衡，高炉平均寿命仅为5~10年，与国外高炉相比还存在较大差距[2.6]。近些年，我国高炉长寿还存在着较大问题，高炉追求高冶炼强度，降低休风率，减少检修维护频次，高炉监测不到位，使得高炉炉缸侧壁温度异常升高，甚至炉缸烧穿以及铜冷却壁大面积破损的案例明显增加，高炉炉身结厚现象也频繁发生。此外，高炉煤气干法除尘系统在大高炉上推广普及，高炉系统的C1元素多数经由高炉煤气以HCI形式排出高炉，当煤气温度低于水的露点温度时，煤气中的水蒸气就会冷凝析出并溶解煤气中的HCI形成酸性溶液，造成煤气管道腐蚀，这一问题也应引起重视[7]。

3.4  炼铁资源利用及环保问题

(1)烧结烟气污染物综合治理。我国现有烧结机约1200台，但只有少数烧结机的脱硫装置能保持脱硫效率和同步运行率在80%以上。烧结工序和自备电厂烟气NOx控制是钢铁企业NOx减排的重点。因此，钢铁企业需要更为有效的低成本污染物处理技术，探索以较低的成本完成污染物处理。

(2)高炉渣综合处理。现代高炉炼铁生产中，采用的高炉渣处理方法基本上是水粹法和干渣法，目前高炉渣处理主要采用水溶法。随着我国钢铁工业的高速发展，水资源的短缺成为除了铁矿资源短缺外的另一个制约我国钢铁工业发展的因素。目前的高炉渣处理的几种方法并没有从根本上改变粒化渣耗水的工艺特点，其区别仅在于冲渣使用的循环水量有所不同，新水消耗量差别不大，炉渣物理热基本全部散失，SO2、H2S等污染物的排放并没有减少[8]。

4  对今后炼铁技术发展的建议

4.1  深入贯彻“精料方针”[5]

高炉炼铁“精料方针”是炼铁工作者的共识，对高炉冶炼稳定顺行、高产低耗、节能环保、长寿具有重要作用，坚持实施“精料方针”仍然是新时期高炉炼铁工序生产的基础保障。

(1)烧结矿。对“精料方针”的理解应该充分，“精”不仅仅是高品位、高强度，从高炉冶炼对铁矿石要求来看，同时还包括炉料的还原性、高温软化及熔化等冶金性能，化学成分、粒度和性能的稳定，以及有害元素的含量等多方面的内容，对精料的内涵认识及理解应该是全方位的，缺一不可，也就是说对“精料方针”的理解需要透过现象看本质。

因此，在精料方面，需要重视含铁原料间接还原性能的提高，促进高炉炼铁煤气利用率的提高，这样才能降低能耗、减少排放；在原料高温软化和熔化性能方面，要注重炉料的高温交互作用，以矿物特征成分匹配、性能变化及影响为基础，改善高炉中下部炉料透气性，只有高炉顺行，才能促进冶炼效率的提高。冶金性能方面的重点应放在还原性和强度上。

目前广泛生产高碱度烧结矿，其还原性指标RI应保持在85%以上，对大型高炉更应提出高一些的要求，应保持在90%以上。影响还原性的主要因素是烧结矿的矿物组成，烧结矿中还原性最差的矿物是2FeO·SiO2和CaO·FeO·SiO2,还原性最好的矿物是Fe2O3和铁酸钙CaO·Fe2O3、CaO·2Fe2O3,因此生产以针状铁酸钙为主要黏结相的高碱度烧结矿，才能保证获得还原性好的烧结矿。烧结矿气孔结构也景响还原性，这要通过配矿、配碳和控制烧结工艺参数来避免过熔和形成薄壁结构。

影响烧结矿强度的因素有黏结相的强度、烧结矿的显微结构、矿物组成、烧结过程的工艺参数和操作制度等等。生产高碱度烧结矿也应以强度较好的铁酸钙黏结相为主，从矿物来说，对强度影响最大的是正硅酸钙和硅酸盐的玻璃相。正硅酸钙(2CaO·SiO2)在冷却过程中发生相变，体积增大10%~12%,这是造成烧结矿粉化的主要原因。烧结矿冷却过快，使冷凝析晶过程来不及将能量释放出来，硅酸盐不能形成晶体，而以玻璃质状态存在于烧结矿中。现在一些烧结厂为追求产量，配碳过高和冷却过快，有20%~60%硅酸盐以玻璃相状态存在，这是造成转鼓强度低的一个原因；另一个原因是熔剂（石灰石）粒度过大，分布偏析严重，烧结过程中来不及矿化而以自由CaO(白点）存在于烧结矿中，遇H2O消化而体积膨胀而影响强度。烧结矿的显微结构对强度也有重大的影响，针状交织结构是强度最好的显微结构，而以晶状是最差的，烧结矿中Fe2O3散晶状菱形结构不仅影响强度，而且是造成低温还原粉化的主要原因。所以应该通过优化配料、控制烧结过程工艺参数和操作制度，来获取强度好的烧结矿（转鼓指数+6.3mm达到：大型高炉80%以上，中小型高炉75%以上）。一些小企业烧结原料中粒度大于8mm的矿石比例过高，烧结成品中夹有生矿也值得注意。

质量稳定方面，应进一步完善提高炉料化学成分及性能的稳定性，控制有害元素的含量，促进高炉稳定顺行，实现长期稳定生产。建议化学成分要做到铁分波动的达标率达到90%以上，碱度波动的达标率达到95%以上，FeO波动合格率达到95%以上，而粒度组成则应&gt;50mm的粒级不超过10%,<5mm的粒级不超过3%,10~5mm的粒级不超过30%。

(2)球团矿。重视镁质酸性及熔剂型球团矿的性能改善及作用，发挥球团矿在品位、性能及节能减排方面的优势。相比于烧结矿生产的能耗和排放的NOx,SO2和二嗯英等，球团矿生产过程的能耗、产生的粉尘和污染物更低。而且球团矿的品位高于烧结矿，球团矿品位一般在63%以上，高的达到67%,而烧结矿品位低于60%,一般只有54%~57%,即使扣除CaO后的品位，球团矿也高于烧结矿。在我国目前的条件下，炉料中配入30%左右的球团矿，可提高入炉品位1.5%,降低渣量1.5%,降低焦比4%,提高产量5.5%,按照这样的炉料结构考虑，我国球团矿还有较大的发展空间。

由2017年统计数据可以看出，提高炼铁球团矿配比有四大优点：

一是球团矿生产能耗比烧结矿低，2017年中钢协会员单位的球团工序能耗为25.59kg标准煤/t,而烧结矿的工序能耗为48.50kg标准煤/t,说明球团工序能耗比烧结低22.91kg标准煤/t;

二是球团矿含铁品位高。球团矿含铁品位在64%,烧结矿在55.7%,二者品位相差约9.0%;

三是炼铁提高球团矿配比，可有效地提高炼铁入炉品位，促进降低燃料比、污染物的排放。

四是多用球团矿，减少烧结矿用量，可降低烧结生产对环境的污染，也降低企业建设环保设备和运行费用。因此，建议将高炉炼铁球团矿配比提高到25%,有条件的企业可达30%以上。

(3)造块工艺参数匹配。烧结及球团工序既是铁矿粉造块过程，同时也是制造矿物的过程，以资源高效利用、化学成分、理化及冶金性能、成本及对冶炼影响等因素的优化配矿技术为前提，配合工艺参数的优化环节，特别要关注烧结过程燃料质量的提高，水一碳配合，降低漏风率，以及料层及负压的匹配；关注球团矿焙烧工艺参数，诸如温度、气体流速、焙烧气氛等工艺参数的优化措施，从而生产具有优质矿物组成和合理矿物结构的炉料，而且通过源头控制、过程控制、终端品质控制，进一步提高精料品质，满足高炉冶炼要求。结合“中国制造2025”的大背景，烧结、球团工序在智能化生产方面，对各项原燃料基础数据，以及生产、操作、运行数据进一步研究，研发高水平的专家系统，为精料品质的长期稳定应用提供保障。

(4)焦炭。在现代高炉中，喷吹燃料可以替代焦炭的还原剂、热源和渗碳等作用，但不能替代焦炭的骨架作用，焦炭质量成为高炉炉容，喷吹燃料数量和炉缸状态的主要限制性因素，《高炉炼铁工程设计规范》（GB50427-2015)对不同容积高炉规定了焦炭不同质量要求（见表4)。随着高炉大型化和智能化的发展，对焦炭质量及对其评价、预测和控制的要求也越来越高。近年来对焦炭的评价方面逐渐从过去的宏观指标深入到焦炭微观结构，通过对比不同焦炭的气孔结构、密度、碳结构、灰分结构等，明确了不同焦炭的本质差异，同时也对焦炭的抗碱金属危害能力进行了科学评价，部分企业已经开始重视焦炭的抗碱能力，特别是抗碱蒸气破坏的能力。关于焦炭质量的评价体系及其应用仍需进一步加强研究。

4.2  降低燃料比，实现低碳炼铁[2]

(1)转变观念，避免过度强化。由于一直沿用有效容积利用系数和冶炼强度作为高炉生产的主要指标，有些企业没有从炉内的基本反应出发，没有充分考虑原燃料与冶炼条件，盲目强化；有些企业的高炉煤气流分布不合理，煤气的热能和化学能没能得到充分利用，致使燃料比偏高。我国中小高炉过度强化是导致其燃料比高的主要原因之一，客观分析，所谓小高炉效率高只是一种假象。

因此，强烈建议使用炉缸面积利用系数来评价高炉生产效率，这样有利于适当控制产能，避免盲目强化，盲目高产，盲目竞争。同时也有利于实现炼铁节能减排，降低燃料消耗，符合低碳、节能、环保的要求[9]。

(2)提高高炉操作水平。我国的高炉燃料比较国外的先进水平高出50~100kg/t,最重要原因之一是煤气没有得到充分地利用。因此，提高煤气利用率，可以有效降低吨铁燃料消耗，其中控制好煤气流的三次分配是影响煤气利用率的关键。

煤气流初始分布的关键是控制好燃烧带的大小，通过风速、鼓风动能、风口小套伸入炉内长度和倾角等，达到合适的燃烧带环圈面积与炉缸面积之比，一般而言，大高炉为0.5,中高炉为0.55,小高炉为0.6~0.65。

煤气流二次分布是要保证形成类似倒V形的软熔带，而且软熔层内有足够而稳定的焦窗，这需要适当选用大料批，使焦层厚度保持在500~560mm;与此同时，在调整焦炭负荷时，一般选择调整矿石批重，而保持焦炭批重不变，以维持相对稳定的焦窗[10]。

煤气流三次分布在块状带内实现，这与块状带料柱的空隙度有密切的关系。由于块状带炉料运保持着层状活塞型下降，因此影响三次分配的主要是炉顶装料制度，当然原料性能也有一定的影响，尤其是烧结矿的低温还原性能、原料粉化等造成的粒度变化等等。应用无料钟炉顶布料的特点，在装料过程中按煤气流分布的要求，搭建有一定宽度的平台，在炉喉形成平台加中心浅漏斗的稳定料面，经常能够得到很好的效果；还可以应用矿焦堆集角度的大小和角差来微调，可以达到最佳的煤气流分布。国内外很多高炉在合理分布煤气流上取得很好的业绩，宝钢为我们提供了宝贵的经验，国外某些高炉的炉顶煤气流分布也值得我们认真研究，如千叶6号高炉（4600m3)、塔兰托5号高炉（4044m2)、君津3号高炉（4044m)等。

具体到每座高炉，采用哪种装料制度要根据冶炼条件确定，以获得好的煤气利用率，从而达到降低燃料比的目的。应该肯定的一点是，在炉况变差甚至失常时，中心加焦作为调节中心和边沿两股气流、打开中心的手段是必不可少的。

提高高炉操作水平，保持炉况稳定顺行和提高煤气化学能和热能利用，是降低燃料比的重要方向，通过上下部调剂搞好三次煤气流分布，将煤气利用率提高到50%以上是炼铁工作者努力的方向。

4.3  高炉长寿系统技术仍需高度重视[2]

高炉长寿技术首先要关注炉缸炭砖的侵蚀，其次是炉腹、炉腰以及炉身下部冷却壁的破损。解决好这两方面的问题，可基本实现高炉长寿的目标。

(1)高炉炉缸的长寿。高炉的长寿是结合设计、建设、操作、维护和监测为一体的系统工程，保障炉缸长寿的关键是在高炉炉缸耐火材料与铁水之间形成一层保护层，使铁水与耐火材料有效隔离，避免铁水的溶蚀，从而为高炉炉缸耐火材料的安全创造条件[11-12]。炉衬的侵蚀不可避免，但是只要高炉维护得当，烧穿可以避免。在生产中应对高炉定期体检，对冷却强度、冶炼强度、铁水成分、炉缸状态、出铁操作等因素进行综合调控，保证保护层的稳定。

另外，炉缸内部积水及有害元素的影响同样需要关注，水蒸气及有害元素对耐火材有氧化及脆化作用，并形成气隙破坏炉缸传热体系，甚至会导致炉缸异常侵蚀[13]。

实现炉缸长寿，需要重点做好以下工作：

一是设计方面，采用合理的炉缸炉底结构以及选用优质耐火材料。

二是砌筑方面，注重耐材砌筑质量，保证冷却壁安装到位，耐材砌筑误差控制在要求范围内，并严格验收制度。

三是操作维护方面，要从以下几项工作着手。

①保持原燃料质量稳定，尤其注重焦炭质量，降低有害元素的入炉负荷；②促进煤气流合理分布，发展中心气流，适当抑制边沿气流；③保证炉缸工作活跃，避免死料柱透气透液性恶化；④维持合理的冷却制度；⑤重视出铁管理，保证一定的铁口深度和合适的出铁速度；⑥注重炉役期间的维护，采用炉缸压浆、钛矿护炉、及时维护或及时更换损坏的风口和冷却壁等措施，延长炉缸寿命；⑦控制有害元素入炉量，减少其破坏作用，从而减缓炉缸炭砖侵蚀的速度。

四是监测方面，一旦发现热电偶损坏要及时更换，采用在线模型对炉缸炉底侵蚀以及热流强度进行监测，及时发现并处理问题。

(2)铜冷却壁的长寿。铜冷却壁依靠其极高的导热性及良好的冷却，形成渣皮作为永久工作内衬，在我国大型高炉广泛应用。目前，我国共有超过200座高炉采用了铜冷却壁，绝大部分处于稳定的运行之中。然而，近年来，我国多家钢铁企业也出现了铜冷却壁大面积损坏的现象，给高炉生产带来了巨大的损失。据目前国内已经出现的铜冷却壁热面大面积损坏情况分析，铜冷却壁热面大面积损坏具有共性特征：采用不同材质及加工方式的铜冷却壁均出现了热面大面积损坏的情况，严重损坏的部位均集中在炉腰与炉腹交界位置，有明显的区域性。铜冷却壁热面渣皮脱落时，高炉炉料的下降和含有细小颗粒物的上升煤气直接与壁体接触产生磨损以及铜冷却壁氧含量较高时的“氢病”效应，加速了铜冷却壁的破损。

针对铜冷却壁的破损情况及破损原因，建议采取以下措施延长铜冷却壁寿命[14-15]：

一是改进高炉内型设计，保证炉内煤气流的合理流动。特别要关注的是，薄壁高炉应该有较大的炉腰直径和较小的炉腹角。对比欧洲和我国高炉炉腹角，欧洲高炉炉腹角一般在72°~74°,我国一般在76°~78°,值得我们认真研究。此外，高炉原燃料条件及操作制度应与合理的操作炉型相匹配。

二是保证高炉冷却系统设计的可靠，杜绝高停水事故的发生。提高冷却壁的冷却比表面积，冷却壁用水应用软水或除盐水，水速应控制在2.0m/s或以上。

三是铜冷却壁结构以及炉型对于渣皮的稳定有重要影响；控制合适的冶炼强度，避免采用过度发展边沿气流的操作方针，以及保证高炉热负荷稳定，有利于渣皮的形成和稳定；或在铜冷却壁热面设置凸台，提高炉内渣皮的稳定性。

四是据有些炼铁专家建议，应严格控制铜冷却壁本体铜料的氧含量，控制铜冷却壁体中的氧量<30×10-6,以减缓“氢病”的破坏。

4.4  继续推广高风温技术[16-19]

高炉热平衡中，风温带入的热量占高炉冶炼热收入的16%~20%。在现有的高炉冶炼条件下，提高100℃热风温度，可降低高炉燃料比约15kg/t。目前的风温水平，距离我国已掌握技术可获取的风温尚有一定差距。应当明确，高风温技术并不是无节制地提高热风炉拱顶温度来提高风温，要同时兼顾到高风温和延长热风炉服役寿命两个方面。如果一味采取提高拱顶温度，短时间内高炉的风温有所提高，但拱顶难以长期承受而被烧坏，被迫停炉检修或降低风温以维持生产，得不偿失。并且，在提高热风炉风温的过程中，不少钢铁企业热风炉热风管道出现问题，影响了高炉的正常生产，已经成为制约进一步提高风温的限制性环节。所以我们要推广合理的高风温技术，针对制约提高风温的限制性环节，提出合理的解决方法。

综合考虑高风温技术特点，应推广的高风温技术主要有以下几点。

(1)将高炉煤气和助燃空气双预热后烧炉，使拱顶温度维持在热风炉钢壳不被晶间腐蚀、耐材能承受的温度（1380±20℃）,提倡研发并应用自动控制烧炉技术。

(2)缩小拱顶温度和热风温度的差值到80~100℃，重点要做好以下几项工作[2]:

一是自动控制并联换炉，可缩小温差20~40℃。

二是使用耐热铸件的炉算子和支柱，将废气温度提高到450~500℃，可缩小温差40~50℃。高温废气用来加热高炉煤气和助燃空气到250℃，废气进人烟肉时温度控制在150℃，从而提高热风炉热效率到80%以上。

三是有些专家建议，对于并联送风的热风炉，高炉投产稳定以后，将热风总管尾端的混风阀封死，或用耐高温软密封阀截断，这样避免原有混风阀让冷风进入热风总管而降低风温，这样可提高风温20~25℃。当然不同条件下，这一措施还有待于生产实践来检验。

四是热风管道采用高铝纤维板或绝热板可降低管道热损失，使风温损失由普通的100℃降低到50℃以下。

五是蓄热室的设计，应实现热量的传递与储存能力的统一，以保证热交换过程的优化。

(3)通过优化燃烧过程、研究气流运动规律，以及研究蓄热、传热机理，提高气流分布的均匀性；采用高效格子砖，增加传热面积，强化传热过程，缩小热风炉拱顶温度与风温的差值。

采用以上技术可以将热风炉拱顶温度控制在1380±20℃，风温达到1280±20℃，而且取得热风炉节能长寿的效果。

4.5  发展节能环保技术

(1)烧结机漏风治理技术。在烧结生产中，烧结机的漏风一直是烧结工艺的疑难问题之一。国内烧结机漏风率常常在50%左右，对于老化的烧结设备，烧结机系统漏风更为严重，这样会降低烧结矿的产量和质量，不利于烧结生产。因此，呕待开发新的技术，能够方便检测烧结漏风率，能够通过头尾密封盖板、滑道、台车体、栏板、风路系统等的技术改造，降低烧结机漏风率。滑道使用高质量的材料，可延长使用寿命，降低漏风率。

(2)烧结、球团烟气污染物协同处理技术[20-23]。目前烧结工序的污染处理目前主要依赖于末端环保治理，末端治理成本高、难以稳定达标，驱需从末端污染治理向全过程污染控制技术升级。根据严峻的烧结烟气污染物排放形势及治理情况，未来烟气污染物治理应逐步屏弃单一污染物治理，并且能够开发低温、低成本、高效吸附剂和催化剂，逐步实现多种污染物协同治理，避免浪费资源，降低烟气治理成本。

(3)钢铁尘泥高附加值利用技术。钢铁冶金尘泥传统的资源化利用方式多采用配入烧结系统直接回用，已经引起一些问题的出现，如有害元素富集影响高炉生产、细粒级粉尘阻碍烧结透气性，碱金属对电除尘效果的影响，这些都制约了钢铁冶金尘泥直接回收利用。此外，无止境的循环返回应用还导致铅、锌、钢、锦、铭、锅等毒性、强毒性物质向环境中的排放[24]。因此，有必要突破传统思路，寻求新的利用工艺技术，实现钢铁尘泥有价元素的高附加值利用。

(4)高炉渣综合利用技术。炼铁工序中，炉渣的显热能极高，属于高品位余热资源，回收价值很大，从能源节约和资源综合利用来看，提高炉渣“热”和“材”的利用意义重大。目前已初步开发出能够利用高炉渣制备微晶玻璃、水泥和建筑材料等技术，然而却未能实现高炉渣显热的利用。因此，未来需要进一步研究开发高炉渣综合利用的新工艺，能够实现高炉渣“热”和“材”的综合利用，并逐步形成大规模工业化利用技术。

4.6  发展大数据及可视化技术

随着“工业4.0”及“中国制造2025”规划对工业变革的快速推进，大数据与可视化技术在冶金领域的应用将迎来前所未有的巨变。

未来的炼铁大数据应用，应当首先满足对于寻找最优生产工艺操作参数的要求，从而在提高炼铁生产效率、改善产品质量、实现降本增效等方面起到关键作用。进一步研究，大数据应用应实现对炼铁生产全面实时的监测与预警，进而提高生产稳定性并延长设备生命周期，为高炉操作者提供最优的生产决策及设备故障诊断方案[25]。

对于高炉可视化，目前主要存在两种方式，一种是诸如红外炉顶成像、风口热成像以及激光测料面技术等，通过相关设备对炉内情况进行直接检测的手段；另一种则是例如炉缸炉底侵蚀模型、布料与料层预测模型等，依据高炉生产参数，通过相关物理、化学、传热传质等成熟的基础理论进行模拟，获得炉内状况，对高炉生产进行指导。

未来以智能制造为主导的“工业4.0”计划的实施，即通过物联网、移动互联网、云计算平台、大数据，构建深度学习的神经网络高炉专家系统，以及各种可视化技术的集成应用，对优化高炉工艺，乃至于全周期全流程的炼铁工序技术进步将会大有神益。

4.7  重视基础理论研究，开发炼铁新技术

经过长期的发展，我国炼铁技术的发展有了很大的进步，在很多设备的设计生产、高炉长寿等技术方面，我们拥有自己独特的优势。整体来看，我国炼铁技术已总体上路身世界先进行列，但与欧盟、日本和韩国为代表的国际最高水平相比，我国的基础理论研究还相对薄弱，特别是炼铁前沿的基础理论研究，需要进一步加强。例如，需要针对劣质铁矿资源，开发新的造块工艺，实现复杂难选矿物高效利用；需要研究在高比例球团矿条件下，相应的高炉块状还原带、软熔带及滴落成渣物态演变，明确高比例球团矿条件下的高炉各项工艺参数，形成高比例球团矿操作技术；需要深入探究氢在炼铁领域应用的基础理论，探索氢冶金技术以减少碳排放；需要进一步消化、吸收国外成熟的气基还原非高炉炼铁工艺的核心技术，充分利用我国充足的焦炉煤气等资源，开发适于我国国情的气基竖炉还原非高炉炼铁工艺；需要针对HIsmelt工艺，进一步解析熔融还原中铁矿粉的熔炼反应，以降低能耗、提高产能[26]。总之，任重道远，基础理论研究还需要得到格外重视。

5  结语

(1)2017年与上年相比我国生铁产量升高1.83%,产业集中度有所提高。相应的铁矿石产量和进口量均有提高，焦炭产量略有降低。中钢协会员单位高炉利用系数、入炉铁品位、劳动生产率和热风温度有所提高，企业之间技术经济指标发展不平衡，差距较大。要格外关注燃料比、工序能耗、污染物排放有所抬头，应当及时扭转。

(2)近两年来去产能工作取得突破性进展，已经完成“十三五”去产能目标上限的76%。与此同

时，炼铁技术取得长足进步：2017年与上年同期相比，中钢协会员单位的烧结矿含铁品位、转鼓强度固体燃耗等指标有所改善，兰炭、提质煤等低价燃料也在炼铁领域得到广泛应用；高炉大型化、集约化取得进展；烧结烟气脱硫脱硝、二嗯英处理以及废水净化技术得到提升；此外，熔融还原工艺的开发有所进展。

(3)我国炼铁行业技术进步任重道远。以下几个炼铁技术问题值得我们认真反思：对烧结矿、球团矿质量指标体系的内涵认识有待提高，精料方针尚未深入贯彻；高炉长寿问题依然严峻；热风温度尚有提升的空间；燃料比较国际先进水平还有较大差距；炼铁工业资源环保方面仍然面临巨大压力等等，历史的经验和教训值得总结。

(4)为应对新时期的挑战，对我国高炉炼铁技术持续发展的路径的建议是：深入贯彻精料方针；稳定高炉操作，努力提高煤气利用率，提高风温，富氧喷吹，大幅度降低燃料比；重视高炉安全长寿与环境保护；探索高炉智能生产技术；注重基础理论研究，不断研发新工艺和新技术。

6  致谢

衷心感谢王彼留教授和王维兴教授级高级工程师的宝贵资料和辛勤的工作，感谢刘云彩、项钟庸、吴启常、沙永志、于仲洁、汤清华、沈峰满等专家的宝贵意见，感谢冯根生、王广伟、李克江、王振阳和王耀祖等师生的大力协助。

7  参考文献

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