高炉强化冶炼技术及其进步
高炉炼铁生产的原则
高炉冶炼生产的目标是在较长的一代炉龄(例如5年或更长)内生产出尽可能多的生铁，而且消耗要低，生铁质量要好，经济效益要高，概括起来就是“优质，低耗，高产，长寿，高效益”。长期以来，我国乃至世界各国的炼铁工作者对如何处理这五者间的关系进行过，而且还在进行着讨论，讨论的焦点是如何提高产量及焦比与产量的关系。
众所周知，表明高炉冶炼产量与消耗的三个重要指标—有效容积利用系数(ηY)、冶炼强度(I)和焦比(K)之间有着如下的关系：ηY＝I/K
显然，利用系数的提高，也即高炉产量的增加，存在着四种途径：
(1)冶炼强度保持不变，不断地降低焦比；
(2)焦比保持不变，冶炼强度逐步提高；
(3)随着冶炼强度的逐步提高，焦比有所降低；
(4)随着冶炼强度的提高，焦比也有所上升，但焦比上升的幅度不如冶炼强度增长的幅度大。
在高炉炼铁的发展史上，这四种途径都被应用过，应当指出在最后一种情况下，产量增长很少，而且是在牺牲昂贵的焦炭的消耗中取得的，一旦在冶炼强度提高的过程中，焦比升高的速率超过冶炼强度提高的速率，则产量不但得不到增加，反而会降低。因此，
冶炼强度对焦比的影响，成为高炉冶炼增产的关键。
在高炉冶炼的技术发展过程中，人们通过研究总结出冶炼强度与焦比的关系如图1所示。
图1 冶炼强度与产量(I)和焦比(K)的关系
a一美国资料，b一原西德资料，c一前苏联资料
在一定的冶炼条件下，存在着一个与最低焦比相对应的最适宜的冶炼强度I适。当冶炼强度低于或高于I适时，焦比将升高，而产量稍迟后，开始逐渐降低。这种规律反映了高炉内煤气和炉料两流股间的复杂传热、传质现象。在冶炼强度很低时，风量及相应产生的煤气量均小，流速低，动压头很小，造成煤气沿炉子截面分布极不均匀，表现为边缘气流过分发展，煤气与矿石不能很好地接触，结果煤气的热能和化学能不能得到充分利用，炉顶煤气中CO，含量低，温度高，而进入高温区的炉料因还原不充分，直接还原发展，消耗了大量宝贵的高温热量，因此焦比很高。随着冶炼强度的提高，风量、煤气量相应增加，煤气的速度也增大，从而改变了煤气流的流动状态，由层流转为湍流，风口前循环区的出现，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，间接还原的发展减少了下部高温区热量的消耗，从而焦比明显下降，直到与最适宜冶炼强度儿相对应的最低焦比值。之后冶炼强度继续提高，煤气量的增加进一步提高了煤气流速，这将带来叠加性的煤气流分布，导致中心过吹或管道行程，在煤气流速过大时，它的压头损失可变得与炉料的有效质量相等或超过有效质量，炉料就停止下降而出现悬料。所有这些将引起还原过程恶化，炉顶煤气温度升高，炉况恶化，最终表现为焦比升高。
高炉炼铁工作者应该掌握这种客观规律，并应用它来指导生产，即针对具体生产条件，确定与最低焦比相适应的冶炼强度，使高炉顺行，稳定地高产。然而高炉的冶炼条件是可以改变的，随着技术的进步，例如加强原料准备，采取合理的炉料结构，提高炉顶
煤气压力，使用综合鼓风，改造设备等，高炉操作条件大大改善。与改善了的条件相应的冶炼强度可以进一步提高，而焦比不会提高，相反与之相对应的最低焦比也进一步下降，这就是世界各国几十年来冶炼强度不断提高，焦比也降低的原因，见图2。
但是，在任何生产技术水平上，当冶炼条件一定时，冶炼强度I与焦比K之间始终保持着极值关系，决不可以得出产量是与冶炼强度成正比地增长的简单结论，而盲目追求高冶炼强度。超越冶炼条件允许的过高冶炼强度将使焦比大幅度上升。
上述有关高炉冶炼重要技术指标ηY、I、K之间的关系还未解决经济效益最佳的冶炼强度问题。在对钢铁的需求大于供给的条件下，实践表明，尽管焦比的消耗对生铁成本有着很大影响，但在一定的操作情况下，产品的最低成本并不是在最低焦比相对应的冶炼强度下，而是在略高的情况下取得的。所以出现这种情况，是因为最高产量是在比最低焦比相对应的冶炼强度稍高的情况下达到的(图1)。随着产量的提高，单位生铁成本中不随时间变化的费用总和不断降低。在K=ƒ(I)曲线的最低值附近，随着冶炼强度的提高，焦比上升得较缓慢，在这个区域内多消耗焦炭的费用能被节省下的加工费用全部补偿，而且还有多余。实践还证明，经济上最合算的产量，并不是生铁成本最低时的产量，而是略高于这个最低产量。
图2 不同冶炼条件下的冶炼强度
(I)与焦比(K)的关系，l～5示意冶炼条件不断改善
图3 日产量(P)对产品成本(S)和生产盈利性的影响(C一出厂价格)
炼铁厂(或车间)经济上最合算的产量是在所具有的设备上，于单位时间内达到最高利润总和时的产量，如图3所示，在生铁成本为产量的函数S＝ƒ (P)曲线上，生铁最低成本是在P0产量下获得，而且在最低处附近，生铁成本升高较慢，使得生铁出厂价与成本的差值(C-S)减小的幅度比产量增加的幅度小，所以在某种P> P0的情况下经济效益户(C-S)的乘积达到最大，这就是我国众多厂家追求的产量指标。最后，应当指出的是在我国随着产量和效益的提高，高炉设备，特别是高炉本体的寿命越来越短，大修和中修费用不断增加，有可能影响到增产的效益。这个问题的严重性已引起人们重视，开始研究提高高炉寿命的有效措施，例如采用高质量碳砖，碳化硅砖，改进高炉冷却(炉底水冷，炉身软水密闭循环冷却)以及钒钛炉渣护炉等。高炉长寿技术的开发和实现将促使高炉生产实现高产、低耗、优质，高效益。目前世界各国已把高炉长寿看作炼铁技术的一个重要组成部分和发展的标志。
高炉强化冶炼工艺操作技术
我国高炉炼铁在近几年来取得了很大的进步，冶炼强度在中小型高炉上超过了1.5 t/(m3•d)，大高炉上也达到了1.1t/(m3•d)以上，利用系数相应达到3.5 t/(m3•d)以上和2.3 t/(m3•d)以上，燃料比降到530 kg/t和500 kg/t左右。这是由于采取了所谓强化高炉冶炼技术的结果。这些技术包括精料技术、高风温技术、高压操作技术、喷吹燃料技术、富氧大喷煤技术、先进的计算机控制技术等。
