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『技术文献』酒钢高炉炼铁降本技术研究及应用

『技术文献』酒钢高炉炼铁降本技术研究及应用 钢铁之家服务平台
2026-01-07
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导读：关注！



















































































































































酒钢高炉炼铁降本技术研究及应用

张得科，刘值伯

（酒泉钢铁（集团）有限责任公司运营管理部，

甘肃嘉峪关735100)




摘要

酒泉钢铁（集团）有限责任公司针对高炉炉况频繁失常、生铁成本居高不下等问题，进行了研究。该研究聚焦镜铁山矿高MgO、BaO、MnO及有害元素的特性，通过系统性研究配煤配矿技术，优化了烧结矿冶金性能、喷吹煤结构及低硅冶炼技术。具体措施包括合理控制烧结矿MgO含量、开发高钾高锌新资源、优化喷吹煤配比及实施低硅冶炼。实践表明，上述优化技术的应用显著降低了生铁成本，使其行业排名从第17位跃升至第2位。该研究系统阐述了相关技术原理、创新点及实际应用效果，为高炉经济冶炼提供了重要参考。

关键词：高炉炼铁；配煤配矿；降本技术；烧结矿；低硅冶炼

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引言

近年来，追求低成本冶炼、以经济效益为中心的经济炼铁策略已成为铁前系统的主题，各企业一直在不停探索与创新适合企业实际条件的低成本炼铁模式[1]。酒钢在此背景下，直面其高炉生产的核心挑战：炉况频繁波动、有害元素(K、Na、Zn)富集以及原燃料成本居高不下。这些问题的根源在于其主要自产资源—镜铁山矿的特性，即高MgO(3.58%)、高BaO(1.04%)及高有害元素含量，这对烧结矿冶金性能和高炉冶炼构成了严峻考验。为此，酒钢炼铁厂自2020年以来，聚焦矿石特性，通过系统性开展配煤配矿技术创新，结合实验室研究与工业实践，探索并成功应用了一套适应自身资源条件的降本技术路径，最终实现了生铁成本的大幅降低与高炉炉况的显著稳定。

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酒钢高炉冶炼多因素耦合影响分析及协同优化技术研究

⑴自产矿成分特点分析

镜铁山矿、自产精矿、外购精矿成份见表1,由表1可知酒钢镜铁山矿含有显著高于行业水平的有害元素(K2O0.34%~0.4%、ZnO0.06%),导致高炉入炉碱负荷(6~8.5kg/t)和锌负荷(0.8~1.2kg/t)长期高位运行。这些有害元素不仅削弱焦炭高温性能、影响软熔带位置、导致球团矿异常膨胀，还严重制约了配矿技术发展：①迫使高炉降低炉渣碱度、提高炉温（生铁含硅较行业高40%~50%);②限制资源开发选择；③随着7号、新3号高炉大型化改造，对原燃料要求更趋严格（碱／锌负荷控制标准分别降低1kg/t和0.2kg/t)。

由表1可知：酒钢自有矿中特有的BaO（原矿2.5%~4.5%、精矿1.0%)虽能抑制烧结矿粉化，但可能对焦炭产生负面影响；高MgO(3.58%,为外购矿84倍）和MnO(1.52%)含量则会影响烧结矿液相生成及高炉渣性能（粘度、脱硫等）。这些独特的矿石特性构成了酒钢高炉冶炼面临的核心技术挑战，亟需系统性研究以突破生产瓶颈。

⑵酒钢本部烧结矿质量分析

酒钢烧结矿主要性能与行业水平的对比见表2。

由表2可知：酒钢烧结矿在转鼓强度和低温还原粉化率方面处于行业领先水平，900℃还原度略优于行业均值，但在熔滴性能指标上存在显著差距。熔滴特性值和最大压差作为评价烧结矿熔滴性能的关键参数，直接反映高炉下部熔滴带的透气性状况（该区域压损约占高炉总压损的60%)。目前酒钢烧结矿的软化熔滴性能，特别是熔滴特性值与宝钢等先进企业差距明显，这已成为制约高炉顺行的重要瓶颈。因此，亟需系统研究造成这一差距的根本原因，并制定针对性的烧结矿冶金性能提升方案。

⑶合理喷吹煤理论基础

酒钢当前采用无烟煤＋动力煤＋改质煤＋工艺焦粉的喷煤结构，优化配比（降低高价无烟煤、增加低价动力煤及工艺焦粉）是降本的重要方向，但面临三方面制约：一是工艺焦粉燃烧性差，配比提高可能导致未燃煤粉增加影响顺行；二是动力煤固定碳含量低，需提高喷煤比但存在未燃煤粉增加和挥发分偏高的风险；三是对未燃煤粉作用机制认识不足，需明确其是否存在正向影响以指导配煤优化。随着新建2×70t/h磨煤机投产，台时产量已不再是限制因素，当前喷煤结构调整需重点平衡成本效益（优先低价煤种）、燃烧性能（控制未燃煤粉）和系统安全（防范爆炸风险）三大要素，其中深入研究未燃煤粉的影响机理将为结构优化提供关键理论支撑。

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改善烧结矿冶金性能及降低固体燃料消耗

烧结矿作为高炉主要原料，其冶金性能直接影响高炉炉况的稳定顺行。通过与行业先进水平对标分析，发现酒钢本部烧结矿在900℃还原度和高温熔滴性能方面仍存在提升空间，需重点优化改进。通过对酒钢烧结矿熔滴实验数据的系统分析，揭示了化学成分对熔滴性能的影响规律。研究表明：在基准MgO含量(3.2%)条件下，适当降低MgO含量可提高软化开始温度、缩小熔融区间，但过度降低会导致软熔带上移；建议根据自产精矿配比灵活搭配外购精矿（高配比时选用低MgO高品位精矿，低配比时选用高MgO精矿），将MgO控制在3.2%以内。同时，降低碱度至1.78±0.05倍可改善熔滴性能，缩短高压持续时间。这些优化措施通过调节熔滴特性值（温度－压差积分）和最大压差等关键指标，有效提升了烧结矿在熔融区间的透气性，为高炉稳定顺行创造了有利条件。

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高炉喷吹煤结构优化研究与实践

通过分析未燃煤粉生成机理（未及时燃烧与不完全燃烧）及其对焦炭的保护作用（降低CRI2.6%、提升CSR1.5%),结合煤种性能对比发现：动力煤燃烧率最高(71.91%)但挥发分超标风险大，改质煤燃烧性能差但气化保护效果次优，无烟煤固定碳高(78.63%)而燃烧率低。基于爆炸性实验与经济模型（临界焦炭价2703元/t),确立“8%工艺粉焦＋动力煤≤60%”安全配煤结构，实现固废全量利用，混合煤成本降低104.6元/t,同时维持固定碳≥70%、挥发分≤24.5%,兼顾高炉顺行与经济性，为钢铁企业喷煤降本提供系统解决方案。

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高炉低硅冶炼技术突破

高炉冶炼过程中，降硅是一项重大节能增产措施。生铁含硅量的降低既可降低焦比和提高产量，也可促使炼钢实行无渣或少渣冶炼，缩短炼钢时间，降低能耗和材料费用，因此，硅铁的冶炼技术是炼铁生产技术现代化的重要内容之一[2]。针对酒钢高炉铁水含硅量偏高(0.5%~0.8%)、燃料灰分SiO2超30%的瓶颈，通过炉渣特性研究发现：含钡、高锰及高MgO(14%~16%)炉渣可显著提升热容量（温度波动抵御能力增强15%),在BaO增量条件下炉渣温度提升20~30℃,MnO添加使黏度降低10%~15%。基于此，创新采用“三环布料＋焦矿角差调控”装料制度（焦角提升1°、矿角降低1.5°),实现全厂铁水含硅量由0.63%降至0.51%,铁水物理热仅下降5℃,硫含量微增0.007%,在保持1482℃铁水温度前提下突破低硅冶炼技术壁垒，为高硫燃料条件高炉降本提供新路径。

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高钾高锌经济料开发与协同排杂技术应用

针对西藏块矿高钾(K2O0.355%)、高锌(ZnO0.259%)特性，通过解析钾锌危害机理发现：钾在软熔带富集达入炉13.1倍，导致焦炭CRI飙升34%（由23.6%升至57.5%),CSR骤降30%；锌冷凝恶化透气性并引发风口损毁。研究证实，温度升高、炉渣排钾能力下降；碱度提高、炉渣排钾率下降；MgO含量增加、排钾率降低；而Al2O3含量增加则显著提高排钾率[3]。基于此，创新实施“渣系调控＋气流优化”协同策略：①通过降低炉渣碱度（由1.05降至 1.03)、提升MgO至9.5%（排钾效率最优区间），并利用Al2O3的促排特性，使渣中K2O含量提升至0.94%（较同行高0.5%),排钾率达108%;②采用“长风口＋富氧强化”送风制度（富氧量+85.7%,风压+6kPa),中心气流速度提升15%,排锌率突破 114%。累计消纳西藏块矿25.7万t,在吨铁渣量维持140kg高位条件下实现钾锌高效同步脱除，为高成本压力下经济料开发建立“温度－碱度-MgO/Al2O3”钾在高炉内的迁移行为见图1。

由图1可知：该图直观反映了钾元素在高炉不同区域的迁移路径和富集特性，特别是在软熔带区域的高倍富集现象（可达入炉量的13.1倍），这是导致焦炭性能劣化(CRI飙升，CSR骤降）的关键机制。

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结论

面对钢铁行业严峻形势，酒钢本部以生铁成本跻身行业前五为目标，通过系统性技术创新实现降本突破。针对镜铁山矿高BaO、MgO、MnO及有害元素的特性，率先开展自产矿对烧结冶炼性能影响的深度研究，建立有害元素管控体系，通过优化配矿原则、提升高炉排碱排锌能力，开发新型资源组合降低原料成本。同步推进工艺革新：基于未燃煤粉对焦炭高温性能的保护机理优化喷煤结构，创新装料制度提升煤气利用率至47.7%,实施低硅冶炼（铁水硅含量0.25%~0.35%)与物理热稳定控制技术。烧结环节重点攻关FeO含量调控，使固体燃耗降低3.8kg/t,并首次系统研究氯元素对高炉的影响机制。

酒钢通过配煤配矿技术创新，解决了高有害元素资源利用难题，实现了生铁成本的大幅降低。未来需进一步优化低硅冶炼工艺，探索高炉煤气脱氯技术，以应对更严苛的环保要求。此项研究为类似资源条件的高炉提供了可复制的技术路径。

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参考文献

[1]郭宪臻，沈峰满，关志民，等．低成本高炉炼铁科学化管理与操作[J].材料与冶金学报，2011,10(2):88⁃92.

[2]杨生州，候伟．高炉冶炼低硅生铁技术的探讨[J].甘肃冶金，2013,35(6):23⁃24,34.

[3]刘世腾，赵亚军．基于酒钢高炉渣的排钾效果实验研究[J].甘肃冶金，2025,47(1):48⁃50,55.

[4]刘艳敏，辛渊，李保良，等．氯元素对高炉煤气管道的腐蚀与预防[J].天津冶金，2022(5):8⁃10,14.


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