高爐是鋼鐵制造流程中的關(guān)鍵生產(chǎn)工序，是鐵素物質(zhì)流轉(zhuǎn)換的核心關(guān)鍵單元，是能源轉(zhuǎn)換和能量流網(wǎng)絡(luò)的核心單元。高爐煉鐵生產(chǎn)成本約占鋼鐵制造成本的70%~75%，能源消耗約占鋼鐵綜合能耗的70%。由此可見(jiàn)，高爐煉鐵在鋼鐵制造流程中的作用至關(guān)重要，其地位舉足輕重。面對(duì)當(dāng)前日益嚴(yán)峻的形勢(shì)和挑戰(zhàn)，高爐煉鐵工藝要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，必須在高效低耗、節(jié)能減排、清潔環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、低碳冶金、綠色發(fā)展等方面取得顯著突破，需要進(jìn)一步提高風(fēng)溫、降低燃料比，以增強(qiáng)高爐煉鐵技術(shù)的生命力和競(jìng)爭(zhēng)力。  
　　功能解析 

　　高爐煉鐵工藝在大型化、高效化、長(zhǎng)壽化、智能化、集約化等方面取得了重大技術(shù)進(jìn)步，已經(jīng)發(fā)展成為目前鐵氧化物還原效率最高的鐵冶金工藝。高爐的主要功能也隨其技術(shù)發(fā)展在不斷地演進(jìn)，高爐煉鐵功能解析如下： 

　　還原器和滲碳器。高爐是以焦炭為燃料和還原劑，將鐵礦石還原成液態(tài)生鐵的工藝裝置，屬于典型的豎爐型反應(yīng)器，在下降爐料與上升煤氣流的相向運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)高爐冶金過(guò)程的“三傳一反”。而豎爐高溫還原過(guò)程賴以順利實(shí)現(xiàn)的前提，是焦炭料柱的存在和其不可取代性，這就決定了在高爐內(nèi)還原過(guò)程進(jìn)行的同時(shí)，總是伴隨有不同程度的滲碳過(guò)程。 

　　熔化器和質(zhì)量調(diào)控器。高爐最主要的功能就是為轉(zhuǎn)爐提供優(yōu)質(zhì)的液態(tài)生鐵，這是轉(zhuǎn)爐煉鋼賴以存在的基礎(chǔ)，高爐從以鐵氧化物為鐵素源的固態(tài)礦物中還原而得到液態(tài)金屬鐵，因此，它具有熔化器的功能。而且，高爐連續(xù)還原出鐵水的方式?jīng)Q定了它是一個(gè)連續(xù)的鐵水供應(yīng)器。與此同時(shí)，高爐煉鐵工藝過(guò)程，對(duì)鐵水的質(zhì)量具有重要的調(diào)控功能，可以通過(guò)高爐操作穩(wěn)定控制鐵水的溫度、成分及其偏差，特別是控制鐵水中[S]、[Si]的含量保持在合理的范圍內(nèi)。 

　　能源轉(zhuǎn)化器。高爐生產(chǎn)過(guò)程中，伴隨著巨大的能源消耗和能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，其特點(diǎn)是將焦炭、煤粉、天然氣、重油等化學(xué)能轉(zhuǎn)化為高爐產(chǎn)出物（鐵水、熔渣和高爐煤氣）的物理顯熱和化學(xué)能，因此高爐具有能源轉(zhuǎn)換器的功能。隨著高爐節(jié)能技術(shù)的進(jìn)步，TRT和其他余熱、余能回收利用技術(shù)的實(shí)施，使得高爐作為能量轉(zhuǎn)換器的功能愈顯突出。高爐工序是目前鋼鐵制造流程中最大的能源轉(zhuǎn)換工藝單元，是能量流網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的中樞。 

　　消納固體廢棄物。高爐煉鐵工藝除了具有冶金功能之外，還具有消納大宗固體廢棄物的功能，包括利用焦化工藝和高爐噴吹處理廢塑料，燒結(jié)利用鋼鐵廠粉塵造塊，高爐噴吹除塵灰，利用焦?fàn)t熱解處理城市生活垃圾等。 

　　流程集成與結(jié)構(gòu)優(yōu)化 

　　動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)。新一代鋼鐵廠工程設(shè)計(jì)的理論必須建立在符合其動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程物理本質(zhì)的基礎(chǔ)上，特別是生產(chǎn)流程的動(dòng)態(tài)有序、協(xié)同連續(xù)、準(zhǔn)連續(xù)運(yùn)行中的運(yùn)行動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)上。高爐動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)應(yīng)以先進(jìn)的概念研究和頂層設(shè)計(jì)為指導(dǎo)，運(yùn)用動(dòng)態(tài)甘特圖（Gantt Chart），考慮高效協(xié)同的界面技術(shù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)有序、協(xié)同連續(xù)/準(zhǔn)連續(xù)的物質(zhì)流設(shè)計(jì)和高效轉(zhuǎn)換、及時(shí)回收利用、節(jié)能減排的能量流設(shè)計(jì)，在更高的層次上體現(xiàn)鋼鐵制造流程實(shí)現(xiàn)鋼鐵產(chǎn)品制造、高效能源轉(zhuǎn)換和消納廢棄物并實(shí)現(xiàn)資源化的三大功能。 

　　流程網(wǎng)絡(luò)。流程網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建是現(xiàn)代高爐設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容。必須擯棄傳統(tǒng)高爐設(shè)計(jì)粗放、孤立、靜止的模式和慣例，構(gòu)建基于動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)運(yùn)行的流程網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)高爐煉鐵的功能優(yōu)化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和效率優(yōu)化；實(shí)現(xiàn)鋼鐵廠流程結(jié)構(gòu)優(yōu)化條件下的高爐大型化，構(gòu)建鋼鐵廠物質(zhì)流、能量流、信息流流程網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)優(yōu)化的動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)運(yùn)行體系。現(xiàn)代高爐設(shè)計(jì)要著力建構(gòu)基于串聯(lián)—并聯(lián)結(jié)合、簡(jiǎn)便—順暢—高效的物質(zhì)流網(wǎng)絡(luò)，基于輸入—輸出、高效轉(zhuǎn)換、耗散最小的動(dòng)態(tài)能量流網(wǎng)絡(luò)以及簡(jiǎn)捷—高效、協(xié)同—調(diào)控的信息流網(wǎng)絡(luò)。 

　　界面技術(shù)的優(yōu)化。在高爐煉鐵工程設(shè)計(jì)中，由于上、下游工序/裝置的界面技術(shù)合理化，容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的組織協(xié)調(diào)；容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程、調(diào)度過(guò)程的信息化；并使裝置、設(shè)備的生產(chǎn)速率高，生產(chǎn)效率更高，單位產(chǎn)能的投資也最省。典型的界面技術(shù)包括以“一罐到底”鐵水直接運(yùn)輸為代表的煉鐵—煉鋼界面技術(shù)，以集約高效、連續(xù)緊湊的無(wú)中間料倉(cāng)原燃料直接輸運(yùn)為代表的燒結(jié)—高爐、焦化—高爐界面技術(shù)。 

　　關(guān)鍵共性技術(shù) 

　　流程集成創(chuàng)新。應(yīng)根據(jù)鋼鐵廠整體流程結(jié)構(gòu)的合理性、高效性、經(jīng)濟(jì)性綜合考慮確定鋼鐵廠產(chǎn)能，進(jìn)而再據(jù)此確定高爐的產(chǎn)能、數(shù)量和容積。考慮到物質(zhì)流、能量流和信息流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，一個(gè)鋼鐵廠配置2座~3座高爐是適宜的選擇，鋼鐵廠流程結(jié)構(gòu)優(yōu)化條件下的高爐大型化是未來(lái)高爐的發(fā)展方向。 

　　優(yōu)化總圖設(shè)計(jì)。高爐總平面圖不僅體現(xiàn)的是平面工藝布置，還體現(xiàn)了空間關(guān)系和時(shí)間關(guān)系，其實(shí)質(zhì)是物質(zhì)流和能量流的運(yùn)行路徑和軌跡。物質(zhì)和能量在幾何空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，必須實(shí)現(xiàn)路徑最短、阻損最低、效率最高、耗散最小的“層流式運(yùn)動(dòng)”。鋼鐵制造流程的合理性，表現(xiàn)在高效率、低成本，使鐵素物質(zhì)流、能量流、信息流協(xié)同高效動(dòng)態(tài)運(yùn)行，必須擯棄傳統(tǒng)的靜態(tài)設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)、效率、功能協(xié)同優(yōu)化的高爐大型化。 

　　高爐精料技術(shù)。精料是現(xiàn)代高爐實(shí)現(xiàn)高效、低耗、優(yōu)質(zhì)、長(zhǎng)壽的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)高爐生產(chǎn)減量化和耗散最小化的重要措施。一是采用合理爐料結(jié)構(gòu)。高爐爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化要遵循資源最優(yōu)化、技術(shù)最優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化的原則，注重改善爐料綜合冶金性能，開(kāi)發(fā)研究低品質(zhì)礦高效利用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)資源減量化、利用最佳化和環(huán)境友好化。二是改善爐料冶金性能。現(xiàn)代大型高爐精料技術(shù)的主要技術(shù)內(nèi)涵是：提高入爐礦品位，入爐礦綜合品位達(dá)到58%以上，熟料率為80%~85%，采用經(jīng)濟(jì)合理爐料結(jié)構(gòu)，降低原料成本；提高焦炭質(zhì)量，大型高爐焦炭要提高機(jī)械強(qiáng)度、熱強(qiáng)度和平均粒度，M40≥89%，M10≤6.0%，CSR≥68%，CRI≤25%，平均粒度≥45mm；提高爐料成分和理化性能的穩(wěn)定性，減少成分和性能的波動(dòng)，保證高爐生產(chǎn)穩(wěn)定順行；開(kāi)展低品質(zhì)礦的高效化利用研究，實(shí)現(xiàn)資源利用的減量化和最優(yōu)化。三是采用分級(jí)入爐技術(shù)。這可以提高煤氣利用率，實(shí)現(xiàn)鐵素資源的最大化利用；可以實(shí)現(xiàn)爐料分布的精準(zhǔn)控制，提高高爐透氣性和煤氣利用率，促進(jìn)高爐順行，降低燃料消耗。四是應(yīng)用爐料分布與控制技術(shù)。現(xiàn)代大型高爐生產(chǎn)效率高，爐料裝入量大，裝料設(shè)備不僅要滿足高爐裝料能力，還要滿足高爐操作對(duì)爐料分布精準(zhǔn)控制的要求，實(shí)現(xiàn)爐料分級(jí)入爐和中心加焦。 

　　高爐長(zhǎng)壽技術(shù)。高爐長(zhǎng)壽的實(shí)質(zhì)是在高爐一代爐役期間，保持合理的高爐操作內(nèi)型。實(shí)現(xiàn)高爐長(zhǎng)壽，需要在高爐整個(gè)生命周期內(nèi)采取有效措施，維護(hù)合理的操作內(nèi)型，形成基于自組織、自維護(hù)體系的“永久性”爐襯。一是優(yōu)化高爐內(nèi)型。合理的高爐內(nèi)型是實(shí)現(xiàn)高爐煉鐵多目標(biāo)優(yōu)化的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，現(xiàn)代高爐高徑比漸趨降低，呈矮胖化發(fā)展。二是采用長(zhǎng)壽爐體結(jié)構(gòu)。現(xiàn)代高爐顯著的技術(shù)特征是在爐腹至爐身中下部區(qū)域大量采用銅冷卻壁，依靠高效銅冷卻壁及合理配置的冷卻系統(tǒng)，在風(fēng)口以上區(qū)域形成基于渣皮保護(hù)的“永久內(nèi)襯”以延長(zhǎng)高爐壽命。三是采用合理的爐缸爐底內(nèi)襯結(jié)構(gòu)。通過(guò)設(shè)計(jì)合理的死鐵層深度，采用合理的爐缸爐底內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，選用抗鐵水滲透、熔蝕性能優(yōu)異的高導(dǎo)熱炭磚，配置合理的冷卻系統(tǒng)，抑制爐缸爐底“象腳狀”異常侵蝕，使高爐壽命達(dá)到15年~20年。 

　　高風(fēng)溫技術(shù)。高風(fēng)溫是高爐降低焦比、提高噴煤量、提高產(chǎn)量的重要技術(shù)途徑。現(xiàn)代大型高爐在熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)形式呈現(xiàn)多樣化發(fā)展的同時(shí)，其主要技術(shù)特征體現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：采用空煤氣低溫雙預(yù)熱或富化煤氣，使風(fēng)溫達(dá)到1250℃甚至更高；采用預(yù)熱爐預(yù)熱助燃空氣，在全燒高爐煤氣的條件下實(shí)現(xiàn)1250℃~1300℃風(fēng)溫；通過(guò)優(yōu)化燃燒過(guò)程及氣流運(yùn)動(dòng)研究，提高氣流分布的均勻性，采用高效格子磚，縮小拱頂溫度與風(fēng)溫的差值；優(yōu)化熱風(fēng)管道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用無(wú)過(guò)熱—低應(yīng)力設(shè)計(jì)體系，合理設(shè)置管道波紋補(bǔ)償器和拉桿，有效處理管道膨脹以降低管系應(yīng)力，熱風(fēng)管道采用組合磚結(jié)構(gòu)，消除熱風(fēng)管道的局部過(guò)熱和竄風(fēng)；采取有效的爐殼晶間應(yīng)力預(yù)防措施，延長(zhǎng)熱風(fēng)爐使用壽命；優(yōu)化熱風(fēng)爐操作，合理設(shè)定熱風(fēng)爐工作周期，提高熱風(fēng)爐換熱效率；降低燃料消耗，減少NOx和CO2的排放，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排與低碳環(huán)保。 

　　煤氣干法除塵與TRT技術(shù)。高爐煤氣干法除塵技術(shù)同傳統(tǒng)的高爐煤氣濕式除塵技術(shù)相比，提高了煤氣凈化程度、煤氣溫度和熱值，可以顯著降低煉鐵生產(chǎn)過(guò)程的新水消耗和動(dòng)力消耗，還可以提高二次能源的利用效率、減少環(huán)境污染。高爐煤氣干法除塵—TRT技術(shù)是現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展的重要技術(shù)途徑，已成為現(xiàn)代高爐煉鐵技術(shù)的發(fā)展方向。目前，我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的高爐煤氣干式布袋除塵技術(shù)在設(shè)計(jì)研究、技術(shù)創(chuàng)新、工程集成及生產(chǎn)應(yīng)用等方面取得突破性進(jìn)展，自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的大型高爐煤氣全干式脈沖噴吹布袋除塵技術(shù)，完全取消了備用的高爐煤氣濕式除塵系統(tǒng)；研究開(kāi)發(fā)了高爐煤氣布袋除塵低壓脈沖噴吹清灰技術(shù)、煤氣溫度控制技術(shù)、煤氣含塵量在線監(jiān)測(cè)、除塵灰濃相氣力輸送、管道系統(tǒng)防腐等關(guān)鍵核心技術(shù)，使大型高爐煤氣全干式布袋除塵技術(shù)日臻完善。 

　　富氧噴煤技術(shù)。富氧鼓風(fēng)是現(xiàn)代高爐強(qiáng)化冶煉的有效技術(shù)措施之一，可以充分發(fā)揮高風(fēng)溫、噴煤降焦的綜合作用，提高噴煤量和煤粉燃燒率，對(duì)提高煤粉燃燒率和噴煤量的作用十分明顯。以降低高爐燃料消耗為技術(shù)目標(biāo)，以提高風(fēng)溫、提高噴煤量為技術(shù)途徑，以精料技術(shù)和優(yōu)化操作為技術(shù)保障，高爐富氧噴煤大有可為。