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科学和正确的提高高炉生产效率
在这方面，需要转变观念，要从传统的评估高炉生产效率的指标——高炉冶炼强度高低，高炉有效容积利用系数的高低，转变到新常态下的高炉与冶炼条件相适应的炉腹煤气量、炉腹煤气量指数和炉缸面积利用系数。 2.1、有效容积利用系数ηV和炉缸面积利用系数ηA
高炉是由六段，炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸、死铁层形成的竖炉，不论高炉大小，都有这六段。但从相似原理来说，大小高炉并不是一样的，它们的Hu⁄D，d⁄D，d1⁄D都不相等，造成大小高炉生产指标（业绩指标）中一些指标无可比性，另一些指标则有可比性。其中高炉有效容积利用系数是无可比性的，小高炉的ηV可以达到4.0t/（m³·d），而大高炉则不能，最多也就2.5~2.6 t/（m³·d）。但是炉缸面积利用系数则相对具有可比性，大小高炉基本相同。高的80 t/（m²·d），低的60 t/（m²·d）. 
从表中可以看到小高炉ηV达到4.0t/（m³·d）与大高炉ηV达到2.5 t/（m³·d）的ηA是基本相同的，因此建议今后企业内不同容积高炉，企业之间不同容积高炉对标时采用炉缸面积利用系数来评估生产业绩。 2.2 提高高炉生产效率的途径
长期以来，中国炼铁是靠不断提高冶炼强度来达到高产，高效率。冶炼强度I、容积利用系数ηV好燃料比K存在着的关系为：ηV=I/K 通常人们认为高炉的高产高效率就是将ηV提高，从上述关系可以看到存在四个途径使ηV提高：①I提高，K降低；②I提高，K不变；③I不变，K降低；④I提高，K也随之提高，但前者提高幅度大于后者的提高，ηV仍有稍有提高。中国60余年来就是走的第4条道路，在供不应求的情况下，的确给企业带来了效益，但也造成了中国的炼铁燃料比高于世界平均水平约50kg/t~100kg/t。 
随着冶炼条件变化；原燃料质量变化，价格攀升，环保要求严格，费用投资增加等生铁成本上升，而市场波动大，产能过剩需求减少，销售价格降低，产量与效益的关系变成另外一种状况。这时，仍然遵循传统的提高冶炼强度增加产量的途径将使企业亏损。在新常态下，必须转变观念，要走维持与冶炼条件相适应的炉腹煤气量大力降低能耗，即转向第三条道路。 现在有些企业提出：目前尚有不少，炼铁厂仍然走着高冶强高有效容积利用系数的途径是否可行的问题，我们认为要具体分析，这要从市场供求，企业内对铁水量的要求等方面来讨论。从国家总体来说，是不提倡再走这条路，因为它的后果是燃料比升高，能耗增加，CO2排放量和粉尘等污染物排放量增加，但从个别企业来说，它原来的规划铁水供求不平衡，即炼钢能力大于炼铁能力，在炼铁设计时，就采用了大马拉小车的思路，即风机，设备能力大，而为追求高利用系数将高炉建的偏小，在市场看好，价格上升时，就要求高炉炼铁加大产量，但高炉容积已固定，那就只能不顾燃料比升高，提高冶炼强度，提高有效容积利用系数来满足炼钢要求的铁水量。这就是去年虽然产能淘汰了3000多吨，但总产量却提高的原因。应该说这是暂时现象，未来将能耗，CO2排放等环保来评估企业时，这种现象将会消失。 2.2.1 如何确定与冶炼条件相适应的炉腹煤气量问题
这要在寻求高炉稳定顺行去解决。通过研究得到的不同容积高炉的K值示于图5，而炉腹煤气量指数与燃料比和有效容积利用系数的关系示于图6。 例1 某4000m³级高炉 P热风=0.396MPa，P顶=0.22MPa，从图5上查出其K值在2.6~3.0，以最大的3.0值计算： 
由炉腹煤气量算出风量：V风max=6400~6500m³/min；
由风量算出冶炼强度：1.05~1.09t/(m³·d)；
在这种参数下生产获得燃料比486~490kg/t，利用系数2.20~2.24t//(m³·d)。
例2 某2000m³级高炉，炉缸直径9.6m，从图6上查出燃料比低，利用系数高时X炉腹在58～64范围内， 
2.3. 最低燃料比
过去将最低燃料比称理论焦比，前辈的专家教授推出不同的计算方法，本人认为目前最简单而普遍采用的是20世纪40年代创立的C-rd法，从高炉冶炼的基本规律出发，决定最低碳消耗的是间接还原耗碳（Ci）和热消耗碳（C热），在这两者平衡相等时，就是除渗碳，少量元素还原耗碳以外（即铁还原与风口前燃烧）的最低碳消耗，从图解上就是 
热消耗碳与冶炼所需要的热量多少有关，先进高炉的热消耗在8.5～9.0GJ/t，后进的可达12GJ/t，有的甚至更高，在图7上，热消耗低的C热线下移与Ci线交点也下移，碳消耗降低，燃料比低。热消耗高的C热线上移与Ci线交点上移，碳消耗增加，燃料比高。间接还原耗碳与高炉中上部间接还原发展程度有关，用炉顶煤气利用率 表示间接还原发展程度，ηCO低，间接还原发展差，Ci线顺时针移动，Ci升高，ηCO高的间接还原发展好。 高炉生产顺利是非常重要的，炉子一旦不顺行，就会造成生产的技术经济指标恶化，失去经济效益，根据流体力学基本规律，高炉生产顺行的必要条件是： 根据流体力学规律高炉顺行的条件是△P/H〈r料就是高炉任何部位的炉料的堆积密度r料要大于该部位单位高度上的压差，如果△P/H接近r料，高炉就要难行，如果△P/H〉r料，高炉要悬料，如果难行或悬料初期上升煤气流冲过某部位就形成管道，如果某部位下部炉料不断下降出现空间，上部r料不断增加，就出现崩料和塌料。 一定冶炼条件下的炉料堆积密度相对稳定，矿石×矿批堆积密度+焦炭×矿石堆积密度。吨铁矿石消耗量由矿石含Fe量决定。波动在1.6t/t~1.7t/t。焦炭消耗量由燃料比决定。在现在的冶炼条件下，燃料比在550kg/t，其中焦炭在350kg/t~400kg/t，焦丁35kg/t左右，喷煤120kg/t~170 kg/t。矿石的堆积密度随含铁量和粒度组成而波动。富块矿2.5±0.5，烧结矿2.0±0.3，球团矿2.5±0.5t/m³。焦炭主要决定于粒度组成，大块焦0.45t/m³~0.5 t/m³，小块焦0.6t/m³~0.7 t/m³。这样吨铁入炉料的堆积密度在4t/m³左右。将它乘以批料出铁量就可以得到每批料的堆积密度。 它既是上升煤气对下降炉料的浮力，也是上升煤气运动过程中的阻力损失，按照散料层中流体运动的规律推导出来的高炉内的规律是： 
通过研究，我们认为按流体力学规律，应用煤气透气性阻力系数和炉腹煤气量指数来确定炉腹煤气量较为科学。 至于空隙度，在三个区域不完全相同： 块状带：由焦炭层的εC和矿石层的εO加和组成，即矿石占的百分比×εO＋焦炭占的百分比×εC； 软熔带：完全由焦炭的εC决定，因为软熔带内矿石软熔，孔隙逐步堵塞而不透气，在软熔带内透气性的比例为软熔层：矿石层：焦炭层＝1:4:52 滴落带：由焦炭孔隙度和渣铁滞留量决定，即εC-ht。 正常生产高炉三个带的孔隙度示于图 块状带决定于炉料的粒度组成，粒度越均匀空隙度越大，而粒度组成中70%大粒与30%小粒的组成是空隙度最小。影响空隙度的还有烧结矿的低温还原粉化，富块矿的爆裂，它们都会产生粉末，填入烧结矿、块矿的空隙而降低料柱空隙度。 软熔带是料层中阻力最大的部位，因为矿石在这里软熔。由固体转变为液体，转变过程中矿石层的空隙度由正常转变为零，软熔层透气性与焦炭层透气性之比为软熔带是料层中阻力最大的部位，因为矿石在这里软熔。由固体转变为液体，转变过程中矿石层的空隙度由正常转变为零，软熔层透气性与焦炭层透气性之比为1：52，所以软熔带的煤气主要通过焦炭层（俗称焦窗），△P/H还与软熔带层数n，软熔层厚度h和软熔带宽度β有关。 
从以上分析可以知道，无论是炉料空隙度，还是煤气流速都与原燃料质量有关，所以必须重视原燃料生产和管理。高炉生产正常情况下，高炉顺行稳定。突然任何参数不变，炉子出现异常，首先要考虑炉料发生了变化，特别空隙度变小，造成ΔP/H上升。这时要对炉料进行检验。我们经常告诫工长们，每天上班，在接班前应到料仓去巡视一番，观察今天本班要吃的料的状况，筛子的筛分效果如何，做到心中有数。 我国目前普遍现象是炉内压差偏高，压量关系紧张，其原因就是冶炼强度过高，煤气流速过大，炉料空隙度过小，表现为焦炭平均粒度小，堆积密度大（过去低时0.45，一般0.5，现在低时0.55，一般在0.6），烧结矿10~5mm的过多，国外先进的10~0mm的9%~11%，平均10%,而我国10~5mm好的15~20%，差的40%以上，0~5mm的好的3%，差的5%以上。有的企业领导甚至要求烧结矿不用过筛，全部入炉以降低成本，这种做法是适得其反，这就是“不科学”炼铁。 流体力学的规律是流体总是沿着阻力最小的通道流动，而高炉内炉料（实质是散料）分布是不均匀的，其空隙度也是不均匀的分布，在空隙度变小后，在某处被煤气窜过就形成管道，煤气流将小颗粒粉末带走，管道越来越大，有可能形成恶性管道。操作者采取措施堵管道，将所有通道都堵死，就发生悬料，因此处理时要堵与疏同时并举，即堵管道疏通其周边，使煤气流有通道。 2.4 如何确定燃料比和最低燃料比
中国钢铁生产的能源结构中煤占了主要部分70%，它用在高炉炼铁上就是燃料消耗（焦炭＋煤粉）占了高炉炼铁所需的能源的70～80%，所以低碳炼铁的重点是降低燃料比，根据国际钢铁协会2006年公布的数据，高炉平均燃料比为543kg/t，德国486kg/t,中国台湾488 kg/t，欧盟15国494 kg/t，南美洲496 kg/t，日本498 kg/t，韩国503 kg/t，北美510 kg/t，中国大陆555 kg/t，从总体上看中国平均燃料比高于国际平均水平，应该说中国燃料比实际比统计的要高，因为在统计中一些企业报的是综合燃料比，即将煤比乘了置换比，而且还有把焦丁认为是废物利用，不计入燃料比，造成中国的实际燃料比低于统计值，实际中国燃料比（焦比＋煤比＋焦丁比）要高出国际水平50～80kg/t，个别的高出100kg/t，因此要实现低碳炼铁，必须降低燃料比。 为正确评估生产的实际燃料比，这里要再重复真实燃料比的计算方法和奋斗目标的确定方法。 高炉炼铁技术进步的重要动力就是降低吨铁的碳素消耗，在炼铁工艺原理和技术的发展过程中，研究最低碳比是个重要内容，它的依据就是冶炼过程的热力学。从高炉冶炼过程来说，碳素消耗于：生铁渗碳、直接还原耗碳、提供冶炼所需热量耗碳。 2.5 冶炼吨铁的碳消耗
在高炉冶炼的条件下，吨铁的碳消耗有四个方向：生铁渗碳Ce，少量元素还原(Si,Mn,P,Ti,V等)和脱硫耗碳CdSi,Mn,P,S…;铁的直接还原耗碳CdFe和风口燃烧带内燃烧碳C风。这个燃烧既形成间接还原的还原剂，同时放热，满足冶炼所需要的热能。
生铁渗碳Ce 其量与生铁成分和铁水温度的因素有关，可根据经验式计算，也可通过化验测定。
生产实践表明，目前生铁含碳在炼钢生铁中波动在4.5%~5.1%即45kg/t~51kg/t。
少量元素还原和脱S 其量与生铁中Si，Mn，P，V，Ti等元素含量及吨铁硫负荷有关，可通过化学反应式计算：
式中[Si],[Mn],[P],[S],[Ti]—铁水中元素含量，%; CO,H2—炉顶煤气中CO,H2含量，%; t铁水—出铁的铁水温度，℃; P顶CO—炉顶煤气中CO分压，KPa. 吨铁风量V风可以通过物料平衡计算，也可通过仪表风量计算 V仪（1-α）/（ρ/60×24） α—漏风率,%;ρ—日产量，t/d 风中含氧量 不富氧（1-ψ）0.21+0.5ψ=0.21+0.29ψ 富氧 [(1-ψ)0.21+0.5ψ](1-A)+A·O2 ψ—大气湿度，%；A—富氧率；O2—工业氧中氧含量； 根据以上4项碳的消耗就可以计算出吨铁消耗碳量，然后除以燃料中的含碳量就可以得到燃料比。 吨铁消耗碳量=Ce+Cd Si,Mn,P,S…+CdFe+C风 燃料比=吨铁消耗碳量/燃料中含碳量 可用两种方法来计算实际消耗的碳量，里斯特操作线法和C-rd法
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