以前炼铁界常说七分原料三分操作是指原料的重要性在高炉顺行上占70%份额，现在随着高炉的大型化，炼铁对原料重视程度的提高、设备、质检对生产起到的关键作用越来越大，所以说现在是三三加质检，即：操作、设备、原料、质检数据的准确性同等重要。随着我国近几十年冶金工业的发展及高炉的大型化、设备先进化，炼铁已经形成了一个很规范化的生产流程，人工的影响基本上很小了，除非是设备出现了相应问题。而原料的质量对产品的质量就产生了很大的影响，所以控制了原燃料的粒度、品位、冶金性能和物理性能，就可以获得更好产品质量的概率及稳定顺行的高炉炉况。这句话实际上是强调原料（包括烧结矿、球团矿、块矿）、燃料质量（包括焦炭、喷吹煤粉）在高炉炼铁中对高炉顺行、高炉技术经济指标的重要性。为让更多同行及新毕业的冶金系学员们系统地了解原燃料质量对高炉冶炼的影响机理，笔者将十多年来对原燃料质量变化造成高炉冶炼影响的总结分享给众多读者朋友，本文就以原料筛分开始对其一一做如下介绍。

原料筛分：很多文章资料及各企业对强化冶炼和处理炉况过程中经常提到加强原燃料的管理，加强槽下筛分管理，做好原燃料质量跟踪管理，可见原燃料质量对高炉冶炼的重要性不言而喻。笔者相信各位同行朋友在很多会议场所也经常听到加强原燃料质量管理，督促并跟踪好槽下筛分管理工作，在炉况出现波动时领导问的第一句话往往是原燃料什么情况，有没有看料？但是很少有人能够说清楚加强槽下原燃料筛分的目的是什么，加强槽下筛分的用意何在。

笔者认为对于槽下筛分的目的和用意不仅高炉操作者要清楚，还要让负责原料筛分的操作人员了解，只有让其明白原料筛分的目的和意义，并提高其工作的主动性和积极性，才能确保原燃料筛分的质量。对于原燃料筛分目的普遍理解是筛除小粒度粉末降低入炉物料的含粉率，有助于提高料柱的透气性及日产量，降低料柱压差和炉况难行的概率。此种理解没有错误，但是有些片面，很多东西无法解释。

对此笔者的理解是，筛除小粒度物料，一是降低入炉物料的含粉率，防止小粒度粉末堵塞大颗粒物料的空隙，一旦粉末形成阻塞体，将会阻止高热量还原煤气流的通过，造成部分物料在上部块状带很难加热还原，当这部分物料达到软熔带开始融化时，剩余的氧化物需要靠直接还原去除，这会导致吨铁燃料比上升或炉况向凉。

二是操作者经常从风口看到的类似渣皮状的“未熔”物料，很多缺乏经验的操作者往往认为是渣皮脱落，渣皮脱落可以从遍布炉体各处的温度曲线变化进行验证，如若炉体各处温度曲线平稳，从风口处降落的“未熔”物基本可以断定为在上部未能熔化的物料即风口“生降”。当“生降”占比较大时吨铁燃料比上升、炉温下行也就成了必然。

三是由于其流动特性粉末也会在一定区域内产生沉积，造成布料偏析，当原料装入炉顶料罐时，粉末停留在装入物料的碰撞点位置，并随料位上升，而粗颗粒物料受安息角的影响则快速向下滚落。当料罐下料时，将从位于中心的物料开始供料，这些中心物料小粒度物料占比很大，然后从料罐边缘留出的大颗粒物料，以至于溜槽也产生粗细物料的偏析。小颗粒物料在降落曲线的内部，大颗粒物料在曲线的外部迅速向低处滚落，导致在炉喉碰撞点的物料基本全是小颗粒物料，受小粒度物料的影响边缘气流也会发生一定的变化。

烧结矿质量：对于烧结矿的质量的评价行业内常用其物理性能和冶金性能进行衡量比对。烧结矿的物理性能包括转鼓指数、抗磨指数和筛分指数，也就是烧结厂和质检室日常做的冷态强度下烧结转鼓试验。冶金性能主要包括还原性、低温还原粉化性、软熔性等。 

1、烧结矿的物理性能对高炉冶炼最直接的影响就是在上部的块状带，其现象大致体现在以下几个方面：

（1）经过多个物料转运站的碰撞和摔落到达矿槽料仓时粒度等级已经发生了变化，中小粒度占比会有所增加，这种变化对块状带的煤气流分布造成一定的影响；

（2）小粒度矿入炉后特别是在块状带小粒度烧结矿不均匀的填充在空隙中，使得煤气流的正常上升通道受阻，极易使高炉产生局部气流，控制不到很有可能会造成管道行程；

（3）小粒度烧结矿入炉会填充大颗粒物料的缝隙，导致炉料的缝隙变小，含铁原料不能充分与煤气进行接触，降低烧结矿在上部块状带的气体还原量，由于气体还原量的减少，煤气利用率下降，直接导致下部直接还原量增加、吨铁燃料消耗增加，高炉产量降低；

（4）块状带炉料的正常预热完全是靠下降的炉料和上升的高温煤气在逆向运动中的热传递、热交换实现的，由于小粒度矿入炉后的不均匀的填充在空隙中，使得煤气流的正常上升通道受阻，气流分布不均匀，使得部分炉料无法充分预热，这部分炉料到了软熔带由于温度不足不能正常熔化，只能在下部直接还原，随着直接还原量的增加所消耗的焦炭比例也会增加，在风口气化燃烧的焦炭比例势必降低，造成高温煤气量减少，综合负荷也会随之下降。

2、烧结矿的冶金性能对高炉冶炼操作的影响是从还原反应开始的等温线以下开始的，此时炉料中的表水已经蒸发完毕，随着炉料和上升煤气中CO的接触，炉料中的Fe₂O₃（赤铁矿）最先开始进行脱除氧的反应，此反应过程是放热的过程，紧跟其后的是Fe₃O₄（磁铁矿）这个过程是吸热的过程，然后是FeO（浮士体）和FeO1/2，反应过程是放热的过程。在实际生产中FeO只能在下部的高温区进行直接还原，FeO含量也意味着上部烧结矿还原的难易程度。还原性的高低同时也意味着炉缸工作负荷的大小和燃料消耗的高低。  低温还原粉化性（RDI），炉料中的Fe₂O₃（赤铁矿）和上升煤气中CO的接触并发生反应后，该反应会使炉料的晶体结构产生内应力，也可能会引起晶体结构的破裂，使炉料变成较小的颗粒，炉料的这一特性被称之为低温还原粉化，如若低温还原粉化率较高则会使炉料的空隙度降低、炉身上部料柱透气先恶化，炉身结瘤的风险性也会增加，煤气流的正常分布也会遭到破坏，煤气利用变差，在上部因小粒度矿不均匀的填充在空隙中，使得煤气流分布不均匀，造成部分炉料无法充分预热和进行脱氧反应，这部分炉料到了软熔带才能逐步熔化甚至部分熔化，最终导致风口出现生降，吨铁燃料比增加、产量下降。通过对烧结矿成分及炼铁高炉透气性、煤气利用等参数不断分析研究，最终确定Al₂O₃、R₂、FeO、TiO₂对烧结矿RDI+3.15影响因素大致如下：

（1）MgO/Al₂O₃对RDI+3.15的影响在烧结矿冷却过程中，孔隙周围的磁铁矿被氧化形成骸晶状赤铁矿；这种骸晶状赤铁矿在烧结矿低温还原过程中极易被还原并产生较大的结构应力，使烧结矿发生粉化。根据矿相分析，确定了不同MgO/Al₂O₃条件下烧结矿中骸晶状赤铁矿的体积含量；根据骸晶状赤铁矿的体积含量与烧结矿低温还原粉化性能的关系可知当MgO/Al₂O₃为1.22时，骸晶状赤铁矿的含量较低，烧结矿具有较好的低温还原粉化性能。究其原因当烧结矿的MgO/Al₂O₃适宜时，其矿物组成比较合理，因而在很大程度上抑制了骸晶状赤铁矿的生成，使低温还原粉化性能得到改善。当MgO/Al₂O₃过高时，一方面会促进烧结矿中磁铁矿的发展；另一方面较多白云石的配入也使得烧结矿大孔增多，从而为骸晶状赤铁矿的生成提供了条件，导致烧结矿低温还原粉化性能恶化。Al₂O₃在赤铁矿中固溶量的增加，烧结温度较高时，熔体中次生赤铁矿结晶格子的一部分Fe₃+被Al₃+代替，促使Fe₂O₃再结晶连晶，由粒状向片状发展。数个单颗粒结合为片状结晶态，使Fe₂O₃还原时产生的膨胀应力由较为分散变得相对集中，引起晶面收缩，产生内应力使烧结矿的强度降低，还原时容易产生新裂纹，而且裂纹容易扩展，促使膨胀激烈化。从改善烧结矿低温粉化指标考虑，应尽可能控制烧结矿MgO/Al₂O₃在1.06-1.22的范围，以保证RDI+3.15指标能够满足高炉生产需要。

（2）FeO对RDI+3.15的影响随着亚铁的升高，烧结矿低温还原粉化性能得到有效改善，因FeO对RDI+3.15的影响，随着亚铁由8.3%升高至9.8%，烧结矿低温还原粉化性能得到有效改善，因烧结过程中随着燃料的增加提高了烧结矿温度后亚铁升高，增加了赤铁矿的溶解，生成了更多的液相，从而使烧结矿的结构变得致密，烧结矿低温还原粉化指标得到改善，但随着亚铁逐渐增加，烧结低温还原粉化指标提升并不大，反而烧结还原性指标开始下降，所以在能够满足烧结低粉化指标前提下适当控制亚铁在10%以内。

（3）碱度R对RDI+3.15的影响通过增加生石灰用量，烧结矿碱度由1.83%升高至1.96%，烧结矿低温还原粉化性能得到有效提升，同时烧结料层的透气性得到改善，当烧结矿R2低于1.85时，每降低0.1的碱度，将影响燃料比和产量各3.0%~3.5%。据了解，在实践生产中，降低碱度对高炉燃料比的影响远高于3.5%的比例。原因是烧结矿碱度R下降以后其粘结相矿物发生变化，主要由钙铁橄榄石及少量的硅酸一钙、硅酸二钙，铁酸钙和玻璃体组成，烧结矿冶金性能差。但是随着碱度的提高，硅酸二钙、铁酸钙明显增多，而钙铁橄榄石和玻璃体则逐渐下降，从而改善了烧结矿RDI+3.15指标，所以建议在考虑烧结产量平衡的同时，适当提高烧结矿碱度，以提高烧结矿低温还原粉化性能。

（4）TiO₂对RDI+3.15的影响烧结矿中TiO2由0.28%降低至0.23%，烧结RDI+3.15上升，同时减少高炉铁水含钛量，铁水流动性变好。相关研究表明烧结矿中的TiO₂主要存在于玻璃相中，TiO₂降低了玻璃相的断裂韧性，玻璃相的抗还原粉化晶型转变应力能力降低，使烧结矿的裂纹产生更多，粉化加剧。烧结矿中的RDI+3.15随着烧结矿中TiO₂含量的增加而降低，在还原时烧结矿产生的裂纹增多，同时烧结矿中的钙钛矿和气孔也增多，不仅使烧结矿强度降低，而且改善了还原的动力学条件，恶化了中钛型烧结矿的还原粉化性能，所以降低入炉料钛含量，有利于烧结矿冶金性能提升。

3、软熔性是指烧结矿的软化开始温度、软化区间、软熔带的透气性。软化开始温度和软化终了温度决定了软化区间，对烧结矿的高温性能来讲烧结矿软化开始温度越高越好，一旦炉料开始软化和熔化，将造成煤气透气性大幅度下降，因此炉料的软化温度区间越小越好，一是高炉软熔带的高度有所降低，二是炉料在炉内加热时，不会堵塞煤气流的通道，有利于提高料柱透气性。对于物料的软化温度一般要求≥1100℃，软化终了温度在1300-1350℃，软化温度区间≤150°C，在100-120℃比较合适。

烧结矿开始软化温度的高低取决于其矿物组成和气孔结构强度，而开始软化温度的变化往往是气孔结构强度起主导作用的结果。这就是说，软化终了温度往往是矿物组成起主导作用。反之，如果软化开始温度低，首先是软化温度区间自然变大软熔带厚度增加，其次是不利于软熔带透气性的改善，料柱压差升高炉况稳定性下降。

据相关试验表明软化带的阻力损失约占25%，这也是反映炉料在炉身下部和炉腰部位顺行状况的一项重要指标。对烧结矿的熔滴性能来讲，熔融开始温度要求≥1400℃，温度越高越好，熔融温度越高也就意味着熔融区间越低、熔融层厚度越小，最大压差越低，软熔带对高炉煤气流的阻力越小。

熔滴性能是烧结矿冶金性能中最重要的性能，因为熔滴带的阻力损失约占高炉总阻力损失的60%，它是高炉下部顺行的限制性环节。这也是由过去长期以高炉上部操作为主改为以高炉下部操作为主的新的高炉操作理念的原因所在。

球团矿质量：对于烧结矿质量的评价通常是从化学成分、冷态强度、球团矿的粒度、膨胀特性、软化和熔化等指标进行比较。生产过程中对于球团性能最为关注的无非是粒度、冷态抗压强度、膨胀性及软化和熔化温度。球团矿粒度波动范围是最小的块状物料，大粒度球团对提高料层的透气性较为有利，而小粒度球团更容易被还原，但是粒度范围较大时对料层透气性会产生不利的负面影响。

对于球团矿的抗压强度而言，其差别有些大抗压强度好的球团矿能到2800N，差的会低于2000N，对于酸性球团矿来讲其冶金性能一般，但是强度较好，还原度指标稍差，软化和熔化温度比溶剂性球团和镁基球团低。在膨胀方面酸性球团对CaO比较敏感当R₂＞0.25时其膨胀趋势非常强，尤其是炉内存在碱金属含量是，球团矿会发生过度膨胀，膨胀以后势必会产生粉末，对料柱的透气性和顺行程度造成不良的影响。

块状质量：对于块矿的影响关注的重点是块矿的还原粉化性能、熔化温度和物理特性。由于块矿属于生矿，其冶金性能比烧结矿和球团矿差，一般具有如下特征：

（1）块矿的软化温度较低、软熔带较宽、软熔性能差，熔滴区间大，这些性能导致高炉软熔带的透气性变差，下部压差增高；

（2）块矿的热爆裂性能较差，中温区爆裂后，粉化产生大量粉末，对透气性和煤气流的分布影响严重；

（3）块矿的SiO₂/Al₂O₃较低，对高炉造渣影响较大，特别是初成渣影响炉内气流的变化，造成边缘气流逐步增加，同时渣中Al₂O₃升高，降低炉渣的流动性，降低脱硫能力而影响生铁质量；

（4）一些块矿品种的还原性不好，造成高炉燃料比升高。因此，如果处于生产成本的考虑，需要大幅度提高块矿的使用比例时，要注意块矿冶金性能，防止因冶金性能下降破坏高炉的顺行，恶化冶炼指标导致得不偿失的现象。碱性金属的影响：通常所说的碱金属是指钾、钠和锌，高炉内的碱金属对高炉冶炼运行有多重影响。不过在以中心气流为主的高炉受碱金属的影响一般较小，因为中心煤气流的温度升高的一定水平之后，部分碱金属和所有的锌会以蒸气的方式随炉顶煤气排出高炉。

这种现象曾经在1080m³和1280m³高炉使用同样物料，由于1280m³高炉中心气流的较旺盛，从净煤气除尘灰的成分和1080m³高炉受到的影响来看，中心气流旺盛的高炉受碱金属的影响较小。如果炉顶煤气温度低，碱金属和锌会在炉内积聚，导致高炉顺行程度下降。

碱金属对高炉冶炼的影响如下所述：

（1）从化学反应的角度来讲，碱金属对焦炭溶损反应（C+CO₂→2CO）起到催化剂的作用，同时也意味着随着碱金属含量的增加，吨铁燃料比也会所有提高；

（2）造成焦炭和炉料强度下降，加剧焦炭和炉料的粉化程度，恶化料柱透气性，降低高炉顺行程度及生产指标；

（3）碱金属和锌粘附在固体颗粒表面粘结到高炉炉身的炉墙上。形成炉瘤带来的影响是炉料下降恶化，在极端情况下导致悬料和滑料；

（4）碱金属会侵蚀耐火材料，尤其是碳基耐火材料，是耐火材料强度下降“变脆”或者出现不同程度的裂纹，降低炉衬使用寿命。

鉴于碱金属对高炉冶炼的不良影响，为确保高炉炉况稳定顺行，GB-50427-2008高炉炼铁工艺设计规范，对原燃料碱金属的总含量要求≯3kg/t。在局部地区一些公司受条件限制，所使用的当地铁矿，碱金属可能会到较高的水平。

1、焦炭质量：高炉冶炼常用的焦炭质量指标除常规固定碳、灰分、挥发分、硫分、水分之外还有工业分析指标，强度指数M40、耐磨指数M10、反应性指数CRI、反应后强度CSR。M40和M10是反映焦炭冷态性能的重要指标。较高的M40和较低的M10，有利于提高炉内块状带的透气性，改善炉况的顺行程度。

相较于焦炭M40的变化对产量的影响，M10对高炉冶炼过程的影响更大，M10对产量的影响是M40的3.6倍。因此在提高M40的同时须保证M10得到有效控制。对于焦炭反应性指数CRI、反应后强度CSR，迄今为止最常用的方法是采用日本新日铁的“化学反应性指数试验”，通过焦炭在100%CO₂和1100℃环境中，经120分钟的气化反应后的百分数即CRI，焦炭反应性越大，重量损失越大。完成反应后的焦炭经转鼓试验后，颗粒大于10mm的百分比即CSR，CRI和CSR成反比例关系。焦炭对冶炼机理的影响大多数操作者一般停留在料柱骨架、发热剂、还原剂、渗碳剂的认识里，这种认识在一定程度上也有很大的片面性。

对此笔者的理解是：

（1）实现煤气上升并分布穿过炉料，支撑高炉软熔带以上的全部物料重量，保证渣铁向下顺利流动至铁口；

（2）产生热量来熔化炉料；

（3）产生还原气体来脱除含铁炉料中与铁结合的氧；

（4）提供碳脱除含铁炉料中在块状带未能脱除的剩余氧和满足铁水渗碳的需要。

基于上述内容和高炉大型化以后煤比不断提高的现实条件，为确保高炉炉况的稳定顺行对焦炭质量的要求也更为苛刻。

首先焦炭在炉内下降过程中，面临挤压、机械磨损和（化学）侵蚀的状态，焦炭M40指标的优劣决定了装料带和块状带焦炭的受挤压后的状态，较好的M40能够降低焦炭在装料带的破碎率，同时在块状带下部也能保持较好的粒度，如此对提高块状带的透气性和降低炉料压差极为关键。

其次从900℃起，焦炭开始于CO₂反应，一直持续到1000℃，这个区域内焦炭发生的劣化是由机械磨损和温和的气化反应造成的，M10指标的优劣决定了这个区间内的磨损状况，较低的M10代表焦炭的抗磨损程度较好，反之较差。

CRI（焦炭反应性指数）：在软熔带块状铁矿物料开始软化和变形，形成较大的团状颗粒粘结体。此区域矿层物料基本没有透气性可言，上升的煤气只能通过保留的焦炭层（焦窗层）通过。由于在较高的温度水平，此区域温度在1000~1300℃的区间范围，焦炭反应速率增加，焦炭与CO₂气体反应较为激烈，其环境和热反应试验过程中基本相似，区域内焦炭块与软化或熔化物料的接触更加密切，由此不仅造成焦炭反应后的失重和多孔状变化，还会导致焦炭颗粒的耐磨损强度下降。CRI指数越高，在高温区的反应越激烈，失重现象越大，耐磨强度下降幅度也就越大，反之亦然。

随着焦炭CRI指数的升高，软熔带焦窗的厚度在挤压后也就越小，料柱的透气性也会随之下降，料柱压差势必上升，高炉炉况的稳定顺行也会出现明显的变化，反之亦然。

CSR（焦炭反应后强度）：反应后强度和反应性指数呈成反比关系，随着CRI的升高，CSR逐渐下降，对高炉的影响机理有：

（1）造成软熔带焦窗变薄、料柱透气性变差、压差升高的现象；

（2）导致风口焦炭燃烧的数量下降，燃烧产生的热量下降，加重炉温向凉趋势；

（3）CSR下降以后高炉接受高喷煤比的能力下降，由此导致富氧率和产量的下降以及吨铁成本上升；

（4）随着M40的下降，进入炉缸的焦炭粒度也会下降（因为进入炉缸中心的焦炭，基本没有或者非常有限的受到CO₂侵蚀，其CSR性能基本没有下降，该焦炭或多或少保持装入炉时的粒度，仅仅是在炉内下降过程中受到轻微磨损的影响），由此导致炉缸死焦堆的孔隙度变差，炉缸死焦堆的透液性和炉缸活跃程度下降，铁水沿炉缸圆周方向的环流侵蚀加重，对炉缸炭砖的象脚侵蚀有加重的趋势；

（5）随着M40的下降，进入炉缸的焦炭粒度也会下降，从而导致炉缸焦堆透液性差，此种条件下铁水硅素含量偏高使铁水黏度大、炉渣中MgO/Al₂O₃偏低炉渣流动性下降，很容造成致炉缸的液体排泄能力下降，从而导致风口小套下部和前端烧损。根据酒泉钢铁技术部的经验总结，焦炭质量对高炉冶炼过程影响程度的排序依次为M10、M40、CRI、CSR。

2、烟煤、无烟煤质量：燃煤质量指标除了碳含量和氢含量之外还包含灰分、挥发分、硬度（可磨指数）、水分、碱金属、发热值，对高炉冶炼来讲上述成分除了硬度（可磨指数）之外再有就是风口喷煤的均匀性及全风口喷煤，毕竟个别风口断煤对高炉软熔带造成的危害太大。煤对于高炉喷吹的特别之处，最有价值的热量是来自煤变成CO、H的“不完全燃烧”，CO和H用来还原铁矿石中的氧，因此也被称为气体“还原剂”。

众所周知在高炉下部需要高温热量（热焓，对于热焓的定义笔者2021年12月16日发表在中国炼铁网《MgO对炼铁生产的影响》一文中曾有详细的解释），最适宜的煤是灰分含量低以及结构中氧含量低的煤。因为煤中存在碳—氧键（是指碳原子和氧原子之间形成的共价键，是有机化学和生物化学中最常见的化学键之一）越少，形成CO时产生的热量越多。从产生热量的角度来讲，灰分、挥发分含量越低煤粉质量越好。在生产过程中操作除关注煤粉灰分、挥发分、固定碳、水分之外，还需关注煤粉的发热值，当高炉其他变量较为稳定时，煤粉发热值的变化同样会造成炉温、风量及料速的波动。

再者风口局部断煤对软熔带的影响太大，笔者对其的理解是：

（1）在冶炼过程中，每个风口在单位时间内都接受同样的热量，一旦局部风口断煤，该风口的热风量仍与相邻的风口相同。但此风口至燃烧焦炭，由此导致焦炭燃烧速率（生产率）的增加和火焰燃烧温度的大幅度上升；

（2）由于该风口的煤被分给其他风口，降低了其他风口的焦炭燃烧速率（生产率）和火焰温度，结果造成了高炉软熔带的不对称性，据相关计算，个别风口断煤时造成其对应软熔带局部上移的厚度能够达到正常风口对应软熔带的一倍；

（3）高炉煤比越高，断煤风口带来的软熔带不对称问题越严重，如果连续两个相邻风口断煤，对软熔带的危害会更加严重，因为在高煤比高炉的冶炼过程中两个风口的煤量平均到其他风口，其他风口的火焰温度和生产速率势必更低，软熔带的不对称性也会拉的更大。为确保软熔带的均匀性，在生产过程中务必要重视风口均匀喷吹，一旦个别风口局部断煤要迅速采取措施，避免造成这种软熔带的不对称性，以保持气流的均匀分布。

1、根据原燃料质量对高炉冶炼的影响，在日常组织生产过程中为平衡生产成本或不可控因素不得不使用低品质炉料时，生产系统可以根据炉料的不良特性，临时采取应对措施，以免造成炉况波动；

2、为确保生产稳定、顺行，控制最重要的工艺变量，减少因原燃料质量的波动导致炉况顺行遭到破坏，生产系统可以有组织、有计划地将低品质炉料逐步消化掉；

3、如因外部因素，企业不得不长时间使用低品质原燃料时，生产系统应根据“烧结、炼铁生产十稳定”和生产操作“攻、守、退”的原则制定有针对性的具体操作方针，用以过渡低品质原燃料的生产，达到生产稳定、顺行的目的。