項鐘庸
過去，我國高爐煉鐵重產量、粗放型生產，對煉鐵技術的要求不高，對科研的投入也不夠。現今世界煉鐵界對高爐內部的狀態認識已經從靜態轉變為動態的觀念，以及從線性轉變為多維的、立體的觀念，考慮問題也已經從單因素轉變為多因素研究。為了降低燃料比和實現高爐長壽，高爐煉鐵必須精細化操作，并加強對高爐爐內過程的研究。這就需要以試驗研究為基礎，大力推行調查研究和科學研究。由于高爐煉鐵是一個多相運動的、復雜的物理化學反應過程，除了應用物質平衡、能量平衡的規律以外，還要應用多相流體力學、運動力學、化學反應動力學等基本規律，并對高爐內軟熔帶、風口循環區、死料堆等基本現象進行分析。
低燃料比和高爐長壽須加強高爐爐內現象研究
高爐技術的發展史表明，在某個國家煉鐵工業起飛和燃料比下降之前，煉鐵技術必然有一個大幅度的發展。例如，20世紀60年代以后，日本煉鐵技術崛起，產量由1960年的1127萬噸猛增至1970年的6754萬噸，全國平均燃料比由1960年的617kg/t下降至1970年的475kg/t，礦石比由1518kg/t上升至1580kg/t，利用系數由約1.0t/m3·d提高至1.73t/m3·d。日本高爐技術深入到高爐爐內，最突出的就是對高爐的解體調查，對死料堆、循環區、軟熔帶、塊狀帶的狀況，以及礦石的還原和焦炭在爐內的劣化過程等的研究。
由于歷史的原因，我國對高爐強化的認識一度存在誤區，重產量、輕能耗；重系數、輕焦比，以為多鼓風就能多產鐵，采取粗放型的生產模式，忽視節約資源、能源和降低燃料比的工作。而降低燃料比必須轉變操作模式，由粗放型轉變成集約型的操作模式。這就必須從加強科學研究著手，扎實做好降低燃料比和長壽的工作。
為了實現高爐煉鐵的精細化管理和操作，筆者認為應該進行兩方面的工作：一方面，應總結前段時期降低燃料比和長壽的成功經驗，加以標準化、規范化；另一方面，必須加強對高爐內部過程的研究，這為標準化提供科學依據。
低燃料比和高爐長壽對生產提出更高的要求
降低燃料比是我國高爐煉鐵長期忽視的問題。近20年來，我國在精料水平、高風溫、富氧、噴煤等客觀條件的改善方面進行了一系列的工作，可是，當前原燃料質量有下降的趨勢，高風溫、富氧也是有限度的，提高噴煤量受冶煉強化和原燃料質量的限制。為了降低燃料比，只有從合理強化、合理布料、提高爐身效率、提高爐內煤氣一氧化碳的利用率等改善高爐工藝過程方面尋找辦法，必須對爐內現象進行深入研究，改變粗放型高爐操作的理念。
最近研究者對一批2000m3級高爐生產日報數據從能量流的角度，運用Rist線圖和分區熱平衡、氧平衡、碳素平衡，對風口前燃燒溫度和燃燒帶提供的熱量，以及評價高爐生產效率的新方法進行了分析。分析表明：
我國2000m3級高爐經過校算后，按高溫區的熱量收入分為兩組：爐腹煤氣量指數為60m/min以下的一組，高溫區熱量收入為4.3GJ/t左右，不過另外也有一些高爐爐腹煤氣量指數高于60m/min，高溫區熱量收入高達5.2GJ/t，甚至5.5GJ/t，要較國內外高爐高許多。國外先進高爐的爐腹煤氣量指數均比較低，而高溫區熱量收入在4.0GJ/t以下，國內外先進高爐與2000m3級高爐相比差12%~43%，相當可觀。剩余的熱量除了提高燃料比以外，由煤氣帶出爐外，提高成本，增加污染。這些過剩熱量對高爐冶煉沒有必要，而且對高爐設備和內襯也只有負面的影響。
高爐風口鼓風參數對高爐過程起著關鍵性的作用，因此，在高爐精細化操作中要抓住這個重要環節。經常用物料平衡和熱平衡校正鼓風、氧氣流量計，計算風口耗氧量和燃燒碳素量，掌握高爐熱量消耗和還原過程的狀況。
校算以后T組高爐的爐腹煤氣量指數下降了6.0m/min，風口燃燒碳素量下降了近0.2molC/molFe；可是與N、Q組高爐相比，爐腹煤氣量指數仍相差5.7m/min，風口燃燒碳素量仍有0.3molC/molFe的差距；燃燒提供的熱量雖由5.4GJ/t下降至5.2GJ/t，可是較N、Q組高爐仍相差0.9GJ/t，相差20%；煤氣利用率相差約7%。
T組高爐調整后Rist線的斜率降低約0.2，理應大幅度降低了燃料比；可是按調整后Rist線的斜率計算燃料比要較日報數據約高50kg/t，是否采用了綜合冶煉強度中的綜合焦比作為燃料比不得而知；T組高爐比N、Q組高爐Rist線的斜率約大0.5，燃料比相差近80kg/t。
提高爐腹煤氣量，應充分考慮對燃料比、產量和成本的影響。實踐表明，爐腹煤氣量指數過高，不但利用系數不能提高，反而有下降的趨勢；還引起燃料比上升、能源介質增加；多投入、少產出，反而提高了成本。
減少高爐高熱量的消耗是一項系統工程，要從原料進入鋼鐵廠開始，直到渣鐵、煤氣和爐塵等副產品出煉鐵系統的各個環節來尋找解決方法。最近，我國有些單位對高爐開始進行比較深入的研究，如對實物大小模型中的無料鐘爐頂布料、高爐停爐解剖調查、爐內探測和大型高爐爐底解剖調查等。這是一個良好的開端，為發展我國高爐精細化操作、降低燃料比、延長高爐壽命做了扎實的工作，將對提升我國煉鐵技術做出貢獻。
軟熔帶位置對塊狀帶的體積及燃料比有巨大影響
降低燃料比、減少噸鐵爐腹煤氣量必須采取提高煤氣利用率的措施。布料方式應該克服發展邊緣或過度疏松中心的裝料制度。因此，高爐操作者要經常實時掌握爐內煤氣分布，必須保持合適的狀態。在評價裝料制度時，除了爐身上部煤氣成分分布和爐喉部位溫度分布以外，爐內塊狀帶體積的大小也是評價裝料制度是否合適的重要指標。因為塊狀帶的體積關系到煤氣與爐料的接觸時間、還原反應進展的程度，為此必須加強對軟熔帶的研究。
對軟熔帶的研究。日本在上世紀60~80年代解剖調查了一批高爐，還采用了各種方式研究生產中高爐的軟熔帶狀況，由許多解剖調查得到爐內多種因素影響過程的一些普遍規律，從而模型化，成為解決問題的工具，用以指導高爐管理、操作、設計。而我們往往引進了模型，其中一些參數是要根據各自的條件加以修正的。我們沒有做深入研究，很難對參數重新設定，因此，遇到不同情況就難以解決實際問題。前段時間，萊蕪鋼鐵廠解剖了120m3高爐，對爐內軟熔帶進行了研究。這是我國對爐內現象進行深入研究的一個良好開端，相信今后由于精細化操作的要求會解剖調查更多的高爐。
對爐內溫度場的測量。神戶制鋼的神戶高爐，加古川的1號高爐、2號高爐都設置了垂直水平探測器來探測爐內溫度分布。探測器隨著爐料下降而下降，同時，測量了爐內徑向和高度方向的溫度。
對中心加焦的研究。為了能使高爐爐料在過高的冶煉強度下順利下降，除了不惜多燒燃料發展邊緣以外，部分高爐濫用了中心加焦，以“中心過吹型”的所謂中心加焦，犧牲燃料比換取高冶煉強度。其特點是：一是中心加入大量的焦炭，在高爐中心形成大面積低O/C區域；二是形成穹頂開了大天窗的倒U型的軟熔帶，使爐內溫度分布不合理，壓縮了低于1200℃間接還原區域的體積；三是大量富集CO的煤氣沒有通過礦石層就從爐頂逸出，導致煤氣利用率的惡化。
正常的中心加焦與“中心過吹型”中心加焦兩者對爐內的效果有明顯的差異，使用“中心過吹型”中心加焦的后果可歸納為：煤氣與爐料不能有效地接觸，間接還原區域縮小，使煤氣利用率下降，燃料比升高。軟熔帶根部肥大、過低，直接還原度升高。中心高溫區碳素溶損反應區域擴大，高爐中心焦炭柱在高溫作用下長期呆滯、劣化，造成死料堆擴大、爐缸堆積。軟熔帶與死料堆的間距減小，限制了通過的煤氣量。高爐邊緣的O/C很高，而煤氣通過量不足，高爐下部有大量未充分還原的爐料可能直接進入爐缸，會影響高爐爐缸的壽命。有一批高爐已經總結了這些經驗教訓，應引以為戒。
在區分兩種中心加焦以后，應進行必要的試驗、研究，才能正確使用中心加焦并達到預期的目的。
高爐爐缸長壽須進行系統研究
高爐爐缸長壽也是一項系統工程，需要系統地進行研究，這里僅從日常操作的一個方面和爐底解剖調查方面進行介紹。
高爐日常操作的研究。爐缸內形成阻礙鐵水流動的低透液區域將嚴重影響鐵水的流動，加強爐缸側壁的局部沖刷，導致凝結層局部脫落，致使炭磚直接接觸鐵水而迅速被侵蝕。如果低透液區偏在爐缸一側，使鐵水發生偏流，產生局部侵蝕的危害更大。生產必須從出鐵、出渣的狀況密切關注死料堆的透液性及其對爐缸侵蝕的影響。
國外許多長壽高爐是在爐底解剖調查的基礎上，改進操作和設計的。國內外一些長壽高爐中間有一段時間爐缸侵蝕是比較嚴重的，如千葉6號高爐、寶鋼3號高爐，它們都是在操作上采取了措施才得以長壽。目前國內已經重視了爐底的解剖調查工作，如寶鋼3號高爐，在高爐生產19年后，乘大修的機會將高爐爐底和爐缸整體移出，進行了詳細的調查研究。
爐缸爐底的解剖調查。為了確定高爐死料堆和鐵水的流動狀態，法國、加拿大、日本等國高爐從風口噴入示蹤物，測量鐵水中示蹤物深度隨時間的變化。為了查明渣比的偏差的原因，高爐還用示蹤原子進行了測量以及在停爐后對高爐下部進行了解體調查，對爐底炭磚和殘鐵取樣研究。
示蹤原子測量結果表明：當低燃料比的正常操作時，死料堆透液性降低，部分鐵水由側壁繞道流向鐵口的流動時間延長，說明環流加強。西側的1號、4號鐵口比東側的2號、3號鐵口渣比高，側壁長期溫度高。當高燃料比操作時，示蹤物排出很集中，說明死料堆透液性好，鐵水能透過死料堆，比較集中地流向鐵口。西側鐵口的渣比增加，而東側鐵口的渣比減少，各鐵口間渣比幾乎沒有偏差，側壁和爐底溫度上升。
解體調查的結果顯示，爐底殘鐵沿直徑東西方向，在西面爐底側壁附近區為生鐵；從側壁2m~2.5m往中心為焦炭填充區。隨著取樣位置向東移動，焦炭的比例逐漸增加。此外，東邊的爐底角部為焦炭與鐵水呈混合狀態的區域。在爐底與側壁之間的角部主要為粒度0.005m以下的微粒焦炭與鐵水的混合相；在焦炭填充區內為塊狀焦炭與鐵水的混合相；爐底側壁附近只有鐵水，可是在鐵水中存在層狀焦炭。在殘鐵上部的焦炭層中焦炭的比例為45%~60%，下部為0~40%。