杨天钧

（中国金属学会）

摘  要  介绍了近年来中国高炉炼铁的概况，着重阐明两年来中国炼铁生产所取得的进步，主要体现在：炼铁原燃料质量基本稳定或略有改善、高炉炼铁生产技术指标有所进步、高炉大型化取得新进展、炼铁系统工序能源消耗有所降低。同时指明了中国高炉炼铁与国外先进水平相比尚存在的差距主要为燃料比高、高炉寿命短、环保压力大等方面。进而提出了实现高效节能、安全环保、低碳低成本炼铁生产需要重视的工作：贯彻落实科学发展观，认真执行国家新的环保标准，实现绿色低碳低成本炼铁；坚持精料方针不动摇，进一步提高风温，推广经济富氧、经济喷煤，倡导低硅生铁冶炼，建立科学的高炉长寿理念。

关键词  高炉炼铁；精料；高炉操作；低碳；低成本

1  近两年来高炉炼铁生产概况

近两年来中国炼铁工业面临原燃料供应和价格波动且质量持续劣化，产能过剩和环保要求严峻的局面，但在国民经济发展的拉动下，生铁产量继续增长，2012年和2013年两年的铁和铁矿石产量等数据列于表1~表3[1]。

近年来，因铁矿石价格飞涨，炼铁工业的精料工作难度加大，部分企业仅仅以低成本为目标组织生产，造成高能耗、高排放，炼铁生产的指标全面下滑。2012~2013年全国重点统计企业的生产指标和4000m3以上大型高炉的生产业绩列于表4~表5[1]。

2. 两年来炼铁生产的进步与差距

2.1原燃料质量基本稳定或略有改善

前些年，受不用或少用焦煤和肥煤，用低价、质差的煤炼捣固焦，以降低焦炭成本；并且使用劣质低价矿，以大幅度降低炼铁成本的负面影响，造成2011年高炉生产技术指标全面下降。这两年来，虽然品位继续下降，但在烧结工作者的努力下，烧结矿质量稳中有升，这主要是：

（1）基于铁矿粉高温基础性能的优化配矿技术，已经得到广泛应用，为企业扩大了可使用的铁矿资源，生产厂家在充分把握多种可使用铁矿粉高温基础性能的前提下，运用性能互补原则配矿，既降低了成本又提高了烧结矿的质量；

（2）厚料层低温烧结技术被广泛应用，烧结料层由过去的500~600mm提高到目前的750mm左右，例如，莱钢、首钢京唐等部分厂家已经提高到800mm，马钢、京唐甚至实施了900mm厚料层技术，为烧结矿质量改善，工序能耗降低做出了贡献；

（3）烧结机布料技术有了改进，偏析布料解决了燃料在料层高度上的合理分布，从而实现在烧结生产中，料层蓄热量的高效使用，降低了固体燃料消耗5%~7%；

（4）烧结的基础理论—铁酸钙固结理论的研究不断深入，研究了不同矿物化学成分和铁矿物与脉石矿物特征，以及对铁酸钙生成行为的影响，确定了烧结矿化学成分、碱度、SiO2含量、MgO含量和Al2O3/SiO2比对复合铁酸钙生成数量和赋存形态的影响规律，有效地指导了工业生产，从而提高了烧结矿质量。

与此同时，焦化生产厂家采用煤调湿，优化配煤和干熄焦（干熄焦有155套，处理2亿t以上焦炭）等技术，以及大型及超大型（7m以上焦炉有17座）焦炉建成投产，据不完全统计，2012年和2013年分别新建大型焦炉43座、59座，新建干熄焦装置21座。这两年来重点钢铁企业焦炭质量有所提高，也。由2011年的84.96%提高到2012年的86.28%和2013年的86.46%；M10相应的由6.59%降低到6.39%和6.32%；灰分也略有下降，相应的由12.66%降到12.56%和12.47%[1]，为高炉炼铁生产技术指标的改善创造了条件。

2.2  高炉炼铁生产技术指标有所进步

在原燃料质量稳定和略有改善的基础上，经过广大炼铁工作者的努力，扭转了2011年炼铁生产指标全面下滑的局面，2012和2013年的指标都比2011年有了改善（见表1、表4）。应该说明，一些指标是在逐步回归数据真实性的情况下取得的，例如过去燃料比中绝大多数企业是不计入炉小焦的，现在大部分已计入（虽然2013年还有43家未计入）。有些指标的回归，则是随冶炼条件的变化必然产生的，并不一定是坏事，反而是科学性的表现，例如高炉有效容积利用系数的下降，这主要是从片面追求高冶炼强度、高利用系数回归到维持与冶炼条件相适应的冶炼强度的结果。又如喷煤量的下降也是由片面追求高喷煤量（180~200kg/t）退回到与冶炼条件相适应的适宜（经济）喷煤量，过去冶炼条件好的高炉喷煤量达到了180~200kg/t，现在遇到不可避免的原燃料质量劣化，他们的喷煤量降到165~175kg/t，从而维持了低燃料比和低成本。

2.3  高炉大型化取得进展

据不完全统计，2011年中国大于1000m3高炉约320座（产能占总产能48%以上），其中大于5000m3高炉3座，4000m3以上14座，大于2000m3高炉116座[3]；而到2013年大于1000m3高炉约有520座，其中大于4000m3高炉有18座。按照国家产业政策，2013年底以前应该淘汰400m3以下小高炉，但是由于种种原因，并没有完全淘汰，因此，虽然大于1000m3高炉已达500座，但是高炉总座数仍有1480余座，所以平均炉容仍然偏小（仅为580m3）[4]。

高炉大型化将为高效、紧凑、长寿以及生产过程环境友好创造条件，使高炉生产的能耗降低，生产效率提高（如表5），并减少CO2和污染物排放。

从表1也可以看出，淘汰400m3以下高炉和大型高炉数量增加后，2013年重点企业生铁产量增长7.22%，而其他企业增长仅0.45%，说明重点企业生铁产量增幅大于其他企业，以及年产量超过1000万吨的企业数量由2012年的13家增加到2013年的16家。炼铁产业集中度得到升高，有利于中国钢铁工业结构优化。

2.4  能源消耗有所降低

2012~2013年全国重点钢铁企业铁前工序能耗列于表6。

表6表明炼铁各工序的能耗均得到下降，为吨钢综合能耗下降做出了贡献。

应当指出的是烧结工序能耗中，固体燃料消耗约占80%，电力占13%，点火燃耗约占6.5%[5]，2013年烧结固体燃料消耗为53.35kg/t，仍处子较高的水平，而且各烧结厂间的差距也相当大，尚有降低的潜力。

表6显示，企业之间的炼铁工序能耗存在较大的差距。一般来说，焦比在工序能耗中约占60%，煤比约占17%，煤气消耗约占11.5%，所以燃料比变化对工序能耗产生影响，在实际统计的工序能耗中，会出现有的企业燃料比上升而工序能耗降低；而有的企业却相反，燃料比下降，工序能耗却上升。表7就是典型案例，我们希望做企业能耗统计时，要认真贯彻国家标准GB1350632-2010（钢铁企业节能设计规范》，真实反映炼铁工序能耗。

要进一步降低炼铁能耗，必须把重点放在降低燃料比（包括小焦）上。燃料比降低后，吨铁风耗也下降，风机消耗的能量也降低，对炼铁工序能耗的降低起到双重的作用。

2.5  差距和存在的主要问题

（1）焦比和燃料比偏高。

在中国炼铁工业发展过程中，很短时期内个别企业也曾有过焦比低于300kg/t，燃料比低于480kg/t的多座高炉。但是近年来遇到铁矿石供应紧张、质量降低而价格反而猛涨的风暴袭击之后，至今还没有一座高炉能稳定并长期维持焦比在300kg/t以下，燃料比在480kg/t以下。以平均燃料比为例，中国高炉炼铁的平均燃料比在547.36~547.90kg/t，焦比在362.63~364.3lkg/t，较欧洲的燃料比496kg/t高出50kg/t[7]，比日本的平均燃料比也高出40kg/t以上[6]。

造成中国炼铁燃料比高的原因主要是：

①精料水平差：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、含有害杂质高等；

②片面追求高冶炼强度和高喷煤量；

③操作技术有待提高：表现在炉顶煤气利用率ηCO普遍低于0.45，因此在布料技术和煤气流分布方面还需要改进。

（2）高炉一代寿命偏低，炉缸事故频发。

高炉长寿是当前高炉炼铁技术发展的重要特征。高水平的长寿高炉应该是一代炉龄长达15年左右，产铁15000t/m3左右，且一代炉役内平均利用系数在1.8~2.0t/(m3·d)。

近年来中国高炉在长寿上已有较大进步，武钢、宝钢高炉的寿命均达到15年左右，最长的宝钢3号

高炉达到了19年，创中国大高炉长寿记录，但是总体上讲，中国高炉的寿命仍然不长，近年来一批民营企业的450m3高炉到1080~1780m3高炉频繁出现事故，寿命短的不足一年，长的也就3年左右，分析原因是：

①设计尚待改进：例如一批1080m3高炉是某民营公司将莱钢750m3高炉减薄炉衬扩容。无论在炉型上还是在炉衬结构上，要适应当前高炉操作技术，还有许多商榷之处；

②选用的耐火材料质量低下：低价的假微孔炭砖，假半石墨化炭砖泛滥，业主常常要降低投资，采购劣质砖用于炉缸炉底，当然会造成事故；

③筑炉时砌筑和安装的质量差：造成砖缝和间隙过大，导致投产后形成气隙，影响冷却和传热，甚至液态铁水渗入破坏炉衬；

④监测缺失，维护不当：主要是业主为省投资，不要求完善的检测设备，采用便宜元件又不维护，形同虚设等；

⑤操作者缺乏长寿意识：诸如开炉快速达产，盲目发展边缘煤气流维持高炉顺行高产，经常超高冶炼强度操作，炉前操作不规范造成出铁口过浅，甚至出现串煤气等造成铁口周边和铁口下方侵蚀严重等等；

⑥低价劣质矿的使用带入炉内大量有害元素，加快炉缸侧壁的侵蚀等。

（3）减排和污染治理差距巨大

高炉炼铁属于碳冶金学范畴，冶炼所需能量主要由焦炭和煤粉中碳燃烧放热提供，因此高炉炼铁是钢铁工业中CO2的主要排放源，据德国克虏伯—蒂森公司研究分析，炼铁系统排放的CO2占钢铁企业排放量的90%以上：高炉73.6%，焦化4.4%，烧结11.5%。而且炼铁系统还是粉尘及SO2等的主要排放源，2012年环保部门发布了一系列与钢铁工业相关的污染物排放新标准和环境空气质量标准，对炼铁系统新增了烧结NOx，氟化物，二噁英；炼铁系统热风炉NOx焦化的多环芳烃HCN等15项污染物指标，提高了污染物排放标准，例如排放颗粒物标准从原来的50~100mg/m3提高到20~30mg/m3，这增加了炼铁系统的减排和治污的任务和达标的难度，目前炼铁系统生产的减排和治污落后与严格的排放标准之间的矛盾突出，造成的原因是[8]：

①钢铁生产陷入微利甚至亏损的状态，缺少对环保资金投入。

要达到国家规定的新环保标准，要将现在的排放总量降低一半以上，这要求吨钢环保投资少则70元左右，多则需百元以上，还要付出吨钢环保设施运行费130~150元，而中国现在先进环保企业，宝钢和唐钢吨钢环保投资仅34.44元和31.05元，运行费用100元左右，国内一般企业环保投资不足30元（重点企业平均25元左右），而运行费一般只有20元，如果按唐钢和宝钢标准实行，则7.8亿吨钢的环保投资需268亿，而运行费超过430亿，现实与要求相差太大。现在，京唐公司吨钢环保费用在177元/t。

②落后产能和待淘汰落后产能的排污严重。

据统计中国尚有巨大数量的落后产能还没有如期淘汰，这些企业的设备老化，排放超标。还有部分非重点企业即使有能力也不愿意进行环保治理和设施改造，得过且过，即使有时为了应付环保部门的检查，进行环保设施改造，也是投入极少，改造实际效果不好；出现环保设施作业率不高，质量低劣，造成非重点企业吨钢排放比重点企业高出2.5到3.6倍。

③烟气粉尘无组织排放严重。

一些企业不让烟气等通过烟囱，或经过除尘以及脱除SO2设施排放，任凭其从厂房，料场，操作车间等向大气中散逸，成为无组织烟气粉尘，其数量有时达到有组织排放的20倍以上。现在大量企业，内外运输采用汽车运输，其比例占总运输量的20%~70%不等，汽运扬尘和尾气加重了环境污染程度，这些都不计入有组织排放的统计范畴，所实际排放量和污染程度远超过统计数据。

④审批监管考核体系不健全，执行不严格。

只能管住守法企业，对于无视国家审批监管考核制度的企业的行为，不审批就上项目，环保设施能不上就不上，即使上了能不运行就不运行，白天开晚上关，检查时开，不检查时关等，制止不住，有时处于地方保护主义，地方政府还成了他们的保护伞，这种不能有效震慑违法企业是导致钢铁工业环保无法实现达标和清洁生产的根本原因。

3  实现高效节能、低碳低成本生产，需要重视的工作

3.1  原燃料质量劣化条件下的精料工作

要坚持高炉炼铁以精料技术为基础的方针。精料是高炉炼铁实现低碳低成本生产的基础，当前在原燃料质量不断劣化的情况下，尤其要做好精料工作，统计表明：精料水平对高炉生产指标的影响率在70%左右。

3.1.1  焦炭

在高冶炼强度、高喷煤比条件下，焦炭质量对高炉指标的影响率在35%左右。对冶炼液态铁水的高炉来讲，焦炭是不可或缺的，它不仅是铁矿石的还原剂，冶炼过程的高温热源、铁水渗碳的碳源，更重要的还是高炉料柱的骨架，特别是软熔带以下，几乎完全依靠焦炭支撑，保证料柱的透气性和透液性。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，GB50427—2008《高炉炼铁工艺设计规范》对不同容积高炉规定了焦炭不同质量要求：

中国由于资源条件的限制，完全使用国产煤炼出的焦炭，其灰分常常大于12%，在这样的条件下，提高焦炭的常温和高温性能是当前的主要研究对象。2013年中国进口炼焦煤7000多万t，有利于改善中国焦炭质量。

根据焦炭在高炉内的行为和焦炭在高炉内所受劣化作用：热应力，摩擦，溶解损失反应和液态渣铁的溶蚀等破损因素，应将诸强度指标中的M10和CSR放在最重要的位置，尽量把M10控制在7%以下，CSR控制在60%以上。

焦炭的反应性受多方面因素的影响，其中很重要的是有害元素K，Na，Zn等对溶损反应的催化作用，这是造成焦炭破损的最不利的因素，即使在焦炭生产过程中将CRI控制在25%以下，达到了国标要求，但如果不控制冶炼过程中有害元素的负荷（一般认为K2O、Na2O负荷不超过3kg/t，Zn、Pb负荷不超过0.15kg/t），焦炭仍将被劣化，产生大量的碎焦和粉末，影响料柱的透液性和透气性，造成炉况不顺和炉缸堆积等。

目前国内生产优质焦炭的焦煤肥煤资源短缺，而且分布不均，节约使用成为炼焦的重要课题，现在国内外炼焦企业中大力推广的是捣固炼焦。国外在炼焦配煤中，用20%~25%的弱粘结性煤（一般是被称为1/3焦煤的气煤或气肥煤片弋替主焦煤和肥煤，用一定压强的捣锤将配煤捣成煤饼使其堆积密度达到1.0±0.5t/m3，然后装焦炉炭化室炼成捣固焦，质量达到正常配煤（主焦煤和肥煤60%~75%，堆积密度0.8~0.85t/m3）顶装焦的同样水平，并用于2000~4000m3高炉。中国近年来捣固焦发展很快，2012年中国捣固焦炭的产能约3亿吨，占焦炭产能的一半以上，主要集中在独立焦化企业，也有部分钢铁联合企业建成或正在建设捣固焦炉，涟源钢铁公司生产的捣固焦已经用在其3200m3高炉上，效果良好。但是中国独立焦化厂捣固焦炉生产的焦炭均属于2级和3级焦，一般而言，不应该应用于2000m3级以上的大高炉，要提高捣固焦质量，使之广泛应用于大型高炉，需要解决以下问题：

（1）捣固炼焦配煤规范化。焦炭质量的决定性因素是炼焦煤原料的胶质体数量，以1/3焦煤、气煤替代主焦煤和肥煤是有限度的，当主焦煤和肥煤减少到超过限度时，胶质体数量不足以炼出高质量焦炭时，捣固煤炼焦的成品就达不到冶金焦的要求。目前独立焦化厂配煤中主焦煤和肥煤配的过少，有的甚至不配。国内外实践和研究表明，要炼出应用于大型高炉的焦炭，配煤中主焦煤和肥煤的配比不能低于45%~50%。

（2）捣固压强要足以维持炼焦的最佳密度，研究和生产表明捣固炼焦煤饼密度应控制在1.0±0.5% t/m3，但部分独立焦化厂生产时不配主焦煤和肥煤，而将捣锤压强增大，企图以高堆积密度1.15t/m3补偿不配主焦煤和肥煤生产出满足高炉炼铁要求的焦炭，实际上是不可能的。胶质体数量是决定性因素，而捣固工艺只起辅助作用，与其相反，高压强造成的高堆积密度煤饼炼焦，常常造成推焦困难，焦炉炭化室损坏；焦炭强度高，但反应性差，炼铁能耗上升。

（3）捣固炼焦时焦炉温度控制技术尚不成熟。焦炉炭化室高度增加后，各个方向的加热均匀性变差，温差变大，焦炉两端黑头焦（石墨含量低）多，应加强研究控温技术。

（4）进一步研究捣固焦的冶金性能测定方法与标准。一般而言，捣固焦显微结构不如顶装焦，裂纹偏多，内部空隙分布不均，捣层中间的空隙小而少，而捣固层间出现细长状扁平盲肠孔，这样容易在高温和强冲击力作用下破损。高炉生产实践表明，捣固焦抗碱金属能力差，用顶装焦性能测定方法测得的捣固焦性能数据可能失实，应该研究适用于捣固焦的性能测定方法和标准。

对于顶装焦炉炼焦节约主焦煤的工艺方面，应加强配型煤炼焦的研究和推广，加配型煤炼焦也可以使煤料的堆密度增大。随着煤料堆密度的增加，炼出来的焦策强度也会提高，型煤在受热软化熔融时产生的煤气量多，特别是型煤产生膨胀，压缩周围煤粒使它们被压紧，从而使整个装入煤料的粘结性提高，这也有助于焦炭强度的改善凹，采用配型煤炼焦也可减少主焦煤和肥煤20%~25%，而非粘结性煤的用量可达23%左右[9]。

3.1.2  烧结矿

含铁物料的精料水平首先要看品位，中国高炉炼铁入炉品位曾到过58%以上。当然，近年来世界范围包括中国铁矿石的质量普遍下降，价格上涨。

目前炼铁企业常常迫于成本压力，采购低价劣质矿，造成烧结矿品位大幅度下降，而中国使用的含铁原料主要是烧结矿（占炉料结构的75%左右），因此入炉品位也随之下降。

平心而论，现在过分强调提高入炉品位已不现实，但是要让高炉炼铁生产技术指标不再大面积下滑，从而实现低碳低成本，还是要注意，不宜片面追求烧结降低成本，更不宜采购过于低价的劣质矿，一定要保住必要的品位，以实现低碳低成本炼铁的全面目标。一般建议的入炉品位为：4000m3以上高炉58.5%以上；3000m3级高炉58%以上；2000m3级高炉57.5%以上；1000m3级高炉57%以上；1000m3级以下高炉56%以上。

今后的含铁原料的精料工作的重点应放在烧结矿冶金性能的提高、质量的稳定和节能减排上。

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点的要求，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粘结相的高碱度烧结矿，才能保持获得还原性好的烧结矿，烧结矿气孔结构也影响还原性，这要通过配矿、配碳和控制烧结工艺参数来避免过熔和薄壁结构。

影响烧结矿强度的因素有粘结相的强度、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。生产高碱度烧结矿也应以强度较好的铁酸钙粘结相为主，从矿物来说影响强度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。现在一些烧结厂中为追求产量，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；另一方面是熔剂（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消化而体积膨胀也是影响强度的因素之一。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，而骸晶状是最差的，它不仅影响强度，而且烧结矿中Fe2O3骸晶状菱形结构，是造成低温还原粉化的主要原因。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+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矿石粒度大于8mm比例过高，烧结成品中有夹有生矿也值得注意。

质量稳定方面包括化学成分稳定和粒度组成稳定。建议化学成分要做到ΔFe±0.5%达到90%以上，ΔR±0.05(倍)达到95%以上，ΔFeO±1.0%达到95%以上，而粒度组成则应>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%。

目前中国烧结机平均面积偏小，技术装备水平和生产条件差异较大，造成企业之间生产指标差距较大，环保治理差距也较大。总体是能耗高，环境治理水平不高。为此要大力推广降低能耗和环保技术，主要是厚料层低温烧结，热风烧结和偏析布料，降低烧结机漏风率等，要开展烧结过程燃料燃烧反应提高燃烧效率的研究。中国烧结机漏风率普遍较高，一般在50%左右，高的达60%以上。而世界先进的漏风率在20%左右，中国已全面掌握了烧结机降低漏风率技术，例如，中冶长天为日本和歌山设计制造的烧结机漏风率可以降低到20%，现在的问题是需要推广和投资改造。

降低烧结工序能耗的重要措施是回收烧结矿的显热，它占了烧结总能耗的50%，将冷却烧结矿的热废气经除尘后，引入到余热锅炉，可以回收40~70kg/t低压蒸汽，可以用于混合料预热；也可用于发电，约10~20(kW·h)/t。

3.1.3  球团矿

前几年，中国球团矿生产取得很大进展，产能达到2.3亿t，先进的大型焙烧设备建成投产，例如鄂州，湛江500万t链篦机—回转窑，首钢京唐400万t带式烧结机。逐步淘汰了能耗高、球团矿质量不稳定的小型竖炉。按产能计算，球团矿在炉料结构中的比例已达到19%，为炉料结构优化和炼铁技术进步提供了有效的支持，例如太钢4350m3高炉使用25%~27%的球团矿，高炉炼铁技术指标达到国内先进水平[10]。

由于中国以生产酸性球团矿为主，而且精矿粉中SiO2含量偏高，精矿粉粒度偏粗，球团矿的还原性尤其是1200℃高温还原性较低，高温冶金性能也较差，只能作为高炉结构中的酸性料。我们曾建议利用国产精矿粉生产镁质球团矿以改善性能，河南永通公司生产碱度0.3镁质球团矿使用于高炉，已经取得了明显效果。我们注意到，国外炼铁最先进指标正是用50%~100%球团矿高炉实现的，例如瑞典高炉，使用100%球团矿，3000m3级高炉燃料比降低到440kg/t左右；1000m3级高炉燃料比也只有460kg/t[11]，取得了良好的业绩。

球团矿生产过程的能耗低，产生的粉尘和污染物低于烧结矿生产的能耗和排放的NOx，SO2和二噁英等，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%，而烧结矿品位一般低于60%，只有54%~57%，即使扣除CaO后的品位，球团矿也高于烧结矿。在中国目前的条件下，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，中国球团矿还有较大的发展空间。

但是事与愿违，目前球团矿生产没有发展，而且已建成球团厂纷纷停产。2011年，球团矿产量为15612万t，2012年降为13558.7万t，而2013年降到1700万t，这种不正常状态与世界造块技术发展背道而驰，世界先进工业国家尽量减少烧结生产而致力发展球团生产。究其原因是精矿粉价格扭曲，目前精矿粉价格超越其使用价值，造成采选企业利润丰厚，而球团厂亏本，炼铁高炉使用后成本升高，炼铁厂反而纷纷采购低价劣质矿生产烧结矿和低品位块矿入炉，这是中国炼铁燃料比升高的主要原因之一。我们建议有矿山自产精矿粉的企业，应当提高精矿粉质量，按其真实成本规划球团矿生产，发挥球团矿的优势来改善高炉炉料结构。

为此建议加大力量（企业、高校、科研院所结合）和投入，共同建立球团矿评估体系，研究提高现有球团矿质量和降低成本的途径和技术，开发国内多类精矿粉（赤精粉、褐铁矿类型精粉等）生产优质球团的生产技术等。

3.2  提高高炉操作水平

3.2.1  高风温

风温带入高炉的热量是可以全部替代燃料在风口前燃烧放出的热量，是以自产低热值煤气换得高温的最有效手段。目前，风温带入的热量占高炉冶炼热收入的16%~20%，较低数值（16%）适合于高富氧低燃料比的吨铁风耗少的高炉，高值（20%）则适合于不富氧或低富氧高燃料比的吨铁风耗多的高炉。在现有高炉的冶炼条件下，风温提高100℃可降低燃料比1.5%~3%（低值适用于风温1150℃以上，高值适用于风温1000℃±50℃）。2013年重点企业的风温为1169.9℃，低于2011年的1179℃和2012年的1183℃，呈下降趋势。目前的风温水平，离中国已掌握技术可获取的风温尚有差距。

（1）采取有效措施改进热风管道系统

从部分风温降低厂家的情况分析，造成的主要原因是管路不能承受高风温，问题主要在热风出口破损，或热风管路损坏，以及直吹管及其与小套的球面接头等处。这要通过改进并合理安排波纹膨胀器的位置，设置热风总管固定支架和滑动支架并且良好配合，改进热风管道的绝热结构，砌筑优化等方面，来解决热膨胀和盲板力的影响，以及解决热风窜风和散热损失等问题。图1、图2示出了可供参考的方案间。

（2）进一步缩小拱顶温度与热风温度的差值

现在大部分热风炉的这个温差由150~200℃降到100℃以下，成功的经验是：

①取消混风阀，采用全交叉（4座热风炉）或半交叉（3座热风炉）的并联送风，这可以缩小温差20~40℃；

②全自动烧炉、换炉，维持合理的送风周期4075min；可以缩小温差15℃左右；

③适当提高废气温度，强化热风炉下部传热，每提高废气温度100℃，可缩小温差40℃左右，提高了温度的废气，用于预热烧炉用的煤气和助燃空气到250~300℃，而废气进入烟囱的温度降低到150℃以下，提高了热风炉的热效率；

④冷风进入热风炉时设置导流板，使冷风进入蓄热室时得到合理分布，冷风与格砖之间热交换更完善，可缩小温差10℃。

3.2.2  关于经济富氧量和喷煤量

在上两届年会上我们已对富氧喷煤作过较全面的分析，这里只提请生产厂家重视以下两个方面的问题。

（1）尽量发挥制氧能力，将高炉富氧率提高到经济富氧率4%±1%，以充分发挥富氧对高炉生产的作用，这样可以在不增加炉腹煤气量的情况下增加高炉产量，并且与喷煤相结合，可以取得良好生产技术指标。

（2）生产中维持与冶炼条件相适应的喷煤量，致力于提高煤粉在高炉内的利用率和维持较高的置换比，达到低燃料比生产，实现低碳低排放。

现在部分生产厂家仍在片面追求高喷煤量生产，认为低喷煤量或将过高的喷煤量降下来在对标时是丢面子的事，有的则认为煤比焦炭便宜，多喷点代替焦炭总是合算的。这是造成这些厂燃料比高的原因之一。

中国宝钢高炉曾在国内创造过喷煤记录，煤粉喷吹曾经超过200kg/t，现在冶炼条件发生了变化，他们随之调整了喷煤量，2013年4座4000m3级高炉的喷煤量在165~175kg/t之间，燃料比仍保持500kg/t以下，最低的为486.49kg/t，最高只有494.26kg/t（表5）；国外燃料比低的高炉，喷煤量也常在120~150kg/t之间（见表9、10），这些经验值得借鉴。

3.2.3  低硅生铁冶炼

降低生铁含Si量不仅可以降低燃料比，还为后续炼钢创造了良好的条件。目前国内外低硅生铁的含硅量在0.3%左右。而目前中国高炉炼铁生产的炼钢铁含硅量维持在0.4%~0.6%，仍处于较高的水平，特别是一些小高炉硅量偏高，有着进一步降低的潜力。分析较高含Si量的原因，有原料条件方面的，也有操作理念和操作技术方面的。

（1）原燃料条件。中国冶炼炼钢铁的硅源较之国外的要高得多，表现为焦炭的灰分比国外高2%~3%，而灰分中有50%左右是SiO2。从硅还原机理可知，炼钢生铁主要是燃料灰分中的SiO2还原出来的。中国高炉冶炼每吨生铁由燃料带入炉内的SiO2量高达35kg/t，较国外高出10kg/t。如前所说，要降低国产煤炼出焦炭的灰分是不可能的，所以，降低硅源的最主要途径是降低焦比。

（2）操作理念。长期以来炼铁生产者是以生铁含Si量来判断炉温和炉缸热状态。在冶炼低硅生铁时需要转变这种传统观念。科学的考虑，要看风口燃烧带热平衡的理论燃烧温度t理，以及焦炭进入燃烧带时的温度tC。在中国目前冶炼条件下，前者应控制在2200℃±50℃，后者则应达到0.75t理。另外研究表明铁水温度与焦炭进入燃烧带时的温度有很好的相关关系t铁水=tC-(200~250)℃，因此在主沟内用探头或其他仪器测量铁水温度，也是判断炉缸炉温和热状态的良好手段。陈旧的观念，以［Si］来判断炉温和热状态，常常阻碍了低硅生铁的冶炼，这也是目前生铁［Si］偏高的原因。

(3）操作技术。一方面要控制软熔带高度，另一方面要增大渣铁耦合反应。一般而言，高炉中还原出来的金属铁，是在滴落带中滴落过程中溶入Si的，从软熔带下边界到达渣面的距离越长，即软熔带冒尖越高，金属铁溶入的Si也会越多。高炉操作中控制较平坦的软熔带，不仅减少金属铁溶入Si量，还扩大了间接还原区，有利于氧化铁的间接还原发展，减少下部直接还原吸收高温的数量，这样就有利于炉缸热状态的稳定。

热量充沛而且稳定的炉缸状态和适宜的炉渣碱度，使得还原出的铁珠穿过渣层时，通过耦合反应可以脱去较多的[Si]，达到低[Si]的水平。适宜的炉渣碱度为R=ω(CaO+MgO)/ω(SiO2)=l.50±0.5，R=1.45适用于二元碱度较高的炉渣，R=1.55适用于二元碱度低的炉渣，或按统计规律：

ω(CaO+MgO)/ω(SiO2)=1.52-0.20ω([Si])  (w(CaO)/w(SiO2)-1.2以下)

或ω(CaO+MgO)/ω(SiO2)=1.58-0.208ω([Si])  (ω(CaO)/ω(SiO2)=l.l以下)

前者适用于渣中MgO低的，后者适用于渣中MgO高的。

3.2.4  关于炉渣适宜ω(MgO)/ω(Al2O3)探讨[13]

随着低AI2O3优质铁矿石的日益枯竭，使用高Al2O3铁矿石势在必行，国内一些专家进行了深入的研究，通过对国内部分高炉炉渣ω(MgO)/ω(Al2O3)数据和A12O3数据进行分析可知，ω(MgO)/ω(Al2O3)算术平均值为0.65，A12O3分布均在20%以下，其中Al2O3为18%以上渣系的ω(MgO)/ω(A12O3)约为0.6。相比之下，国外某钢铁公司在渣中Al2O3质量分数高达20%以上不利的条件下，对应ω(MgO)/ω(A12O3)年平均值低于0.5，而对于Al2O3为15%~16%的渣系，某国外钢铁公司熔渣的ω(MgO)/ω(A12O3)年平均值为0.22，渣中MgO的绝对质量分数仅为3.5%。

国内有些专家根据理论分析，统筹考虑熔渣黏度、熔点以及脱硫能力的变化，R=1.0~1.2的条件下，对应Al2O3为15%-20%时，炉渣的适宜ω(MgO)/ω(Al2O3)比为0.2~0.5，且在满足高炉冶炼要求的前提下尽可能采用较低的ω(MgO)/ω(Al2O3)。

也有些专家结合实际生产经验认为需适当降低ω(MgO)/ω(Al2O3)，综合考虑熔化性温度和确保炉渣具有良好的流动状态，在当前条件下，ω(MgO)/ω(A12O3)可控制在0.5左右，有利于低成本、低燃料比炼铁。

也有些专家认为高炉炉料结构，应该坚持低MgO和低A12O3的原则。国内外均有低MgO烧结和高炉冶炼的经验，例如韩国浦项，烧结矿的MgO为0.78%，高炉炉渣的MgO含量低至3.23%，日本新日铁的烧结矿MgO历来均低于1.0%。中国三明钢铁公司也有低MgO烧结和高炉炼铁低MgO炉渣的实践，烧结矿的MgO为0.64%~0.8%，高炉炉渣MgO为6%，高炉操作指标良好。

3.2.5  高炉长寿

中国虽然有少数高炉的寿命已达15年以上，但也不乏短命的高炉。分析原因，除了前面已提及的设计结构不合理，耐材质量差，砌筑安装不规范等，更主要的是大量业主和高炉生产者，缺乏科学的长寿操作理念并用以指导生产，盲目追求短、平、快（建设周期要短，投资吝啬，尽快回收资本）。典型的事例就是上世纪末，本世纪初的一座450m3高炉投资6000万，6个月建成，投产6个月回收全部资金；现在部分1000m3级高炉仍然存在这种短平快的现象。为此，我们建议：

（1）大修和新建高炉不要过分强调3天~7天达产。最好冶炼10~20天铸造生铁，让铁水中的石墨碳析出，填入砖缝和砌筑和烘炉时产生的间隙。开炉开始护炉，护炉坚持始终；

（2）转入正常生产时应维持与冶炼条件相适应的冶炼强度。可以考虑以料柱允许的最大炉腹煤气量为极限，达到稳产高产；杜绝盲目追求冶炼强度1.2t/(m3·d)以上不恰当地强化生产；

（3）根据炉容大小制定适宜炉体热负荷。严密注意冷却器工作状况，特别是风口；关注冷却器的漏水和串煤气现象，应及时休风更换漏水设备或按规范灌浆堵塞串煤气通道；

（4）配置完备的监测设施。开炉后立即启用在线模型控制炉墙侵蚀，并按预定方案及时处理出现的问题；

（5）开炉后一年左右，应该进行一次含钛炉料护炉操作，以后按期重复护炉以确保炉缸侧壁厚度在安全生产范围内；

6）重视炉前操作。控制出铁速度，力争大型高炉出铁速度维持在7~8t/min，中型高炉~6t/min。推荐采用优质炮泥维护铁口，铁口深度保持在泥包厚度600~800mm，一天出铁次数应该在9次以下，炮泥耗量应该在0.5kg/t以下；

（7）坚持一代炉役内原燃料带入炉内的有害物质不超标（ω（K2O+Na2O）＜3kg/t，ω（Zn）＜0.15kg/t等）。对在炉内循环积累富集的有害元素要定期排除，建议含碱金属和Zn高的布袋除尘灰，不要再返回烧结，必须切断有害元素富集链条；

（8）高炉操作中避免边缘气流过分发展。

4  结论

（1）面临各方面压力，中国炼铁技术近两年仍然取得了长足进步。原燃料质量基本得到稳定或略有改善，高炉炼铁生产技术指标有所提高。炼铁装备大型化不断进展，2013年大于1000m3高炉约有520座，其中大于4000m3高炉有18座。炼铁能源消耗有所降低，要进一步降低炼铁能耗，必须把重点放在降低燃料比（包括小焦）上，燃料比降低后，吨铁风耗也随之下降，风机消耗的能量也必然降低。

（2）与国际先进水平相比，中国炼铁技术依然存在较大差距。由于中国精料水平不尽人意，有些企业片面追求高冶炼强度和高喷煤量，高炉操作还有待改进，导致中国焦比和燃料比偏高成为与国际先进水平有差距；其次，高炉炉缸事故频发，高炉长寿仍然是今后的重要课题；与此同时，炼铁工业的减排和环保要花大力气治理。

（3）为了实现高效节能、低碳低成本生产，中国炼铁工业需要多方面采取综合措施。要始终坚持精料方针，采用新工艺提高焦炭质量，研究矿石日渐贫化形势下的造块技术，开发国产精矿粉生产优质球团的生产技术；不断提高低碳低成本炼铁和高炉长寿的操作技术水平，进一步提高风温，推广经济富氧、经济喷煤，倡导低硅生铁冶炼；建立科学的高炉长寿理念。

（4）大力开发低碳炼铁的新工艺、新技术。

（5）认真贯彻执行国家新的环保标准，实现绿色低碳低成本炼铁。

5  参考文献

[1]中国钢铁协会信息统计部.中国钢铁工业统计月报.2013.12.

[2]中国钢铁协会高炉生产技术专家委员会.炼铁生产主要指标参数统计表.2013.12.

[3]中国金属学会.中国钢铁工业协会.2011~2020年中国钢铁工业科学与技术发展指南.冶金工业出版社,2012:75.

[4]王维兴.2013年重点钢铁企业高炉炼铁技术进展.

[5]王维兴.2013年重点钢铁企业能源消耗评述.

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[7]Bodo H, Peter M, Schmoele P. Iron Making in Western Europe[C]//The Chinese Society for Metals, Steel Institute VEDh, 3rd CSM-VDEh Metallurgical Seminar Proceedings. Beijing, 2011: 33-50.

[8]李新创,刘涛.以应对雾霾为契机切实提升钢铁工业环保水平[J].中国钢铁业,2013(7):9-13.

[9]李哲浩.炼焦生产问答[M].北京：冶金工业出版社.2003.

[10]许满兴.高质量球团矿生产与高炉合理炉料结构的选择.

[11]中国钢铁工业统计月报.2013.12.

[12]王筱留.钢铁冶金学.3版.北京:冶金工业出版社:425-426.

[13]沈峰满,郑海燕,姜鑫,等.高炉炼铁工艺中Al2O3的影响及适宜ω(MgO)/ω(Al2O3)的探讨[J].钢铁.2014(1):1-6.

[14]许满兴.把好中国大型高炉“低成本、低燃料比”炼铁的关.