近年来，受钢材市场需求持续收缩影响，钢铁行业面临严峻的成本控制与经营压力，极致降本增效已成为各钢铁企业的核心发展诉求.然而，在实际生产中，基于降本需求进行的原燃料结构调整，往往会打破高炉原有的操作平衡，给高炉炉况的稳定运行带来极大挑战.因此，如何在保障高炉长周期稳定顺行与目标产能的前提下，科学实现低成本强化冶炼，探索一条兼顾“经济效益”与“生产稳定”的技术路径，已成为当前炼铁现场亟待解决的工程难题[1].

为此，笔者团队深入现场，结合企业设备能力、原料禀赋、区位条件，与国内多家钢铁企业联合攻关，从低成本原燃料的增量化使用、与低成本原燃料相匹配的渣系调整、氧—煤—焦协同的强化冶炼策略、与低成本冶炼相适应的高炉操作调整4 个方面，提出了一套低成本强化冶炼的技术应对策略，旨在为钢铁企业在新形势下实现高炉长周期稳定运行与降本增效提供工程实践思路与技术参考.工业应用结果表明，该技术方案取得了良好的降本增效效果[2].

1 低成本原燃料的增量化使用

在配矿造块环节，提高低成本铁料配比是降低铁前生产成本的重要途径.然而，此类铁料通常存在化学成分复杂、有害元素含量偏高及成矿性能差等问题，易导致含铁熟料物理强度下降、成品率降低，并在增加烧结、球团加工成本的同时，显著增加高炉冶炼难度.如表1 所列，常用低成本铁料主要包括高铝资源(赤泥、红土镍矿、塞拉利昂粉等)、高碱锌资源(赤泥、铜渣、硫酸渣及自循环灰等)和高镁资源(以镁铁尖晶石类铁矿资源为代表)等类型.此外，部分低成本矿粉还存在粒度组成异常、分布离散度较大等物理缺陷，严重制约矿粉制粒效率，降低造块过程稳定性.

表1 典型低成本铁料的主要化学成分(质量分数)
Table 1 Main chemical compositions of typical low-cost iron-bearing materials (mass fraction) %

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盲目提高低成本铁料配比，由其制备的低品质熟料入炉后，极易引起炉况波动.这不仅会降低低成本配矿的经济效益，还会严重制约高炉产能发挥和长周期稳定顺行.因此，在低成本铁料增量化使用过程中，应结合企业实际工艺条件和设备能力，制定有针对性的改善方案，提高低成本铁料使用的经济性与稳定性.需重点关注以下方面：

(1)解决低成本铁料成矿问题.在造块工序中，低成本铁料的充分矿化是其增量化使用的关键.因此，需突破常规检测评价的局限，深入研究相关铁料的成矿特性，并结合企业设备能力和工艺条件，合理设计矿化温度控制区间，提高低成本铁料矿化比例.必要时，可通过相关技改持续提升低成本铁料的配用能力.当前配矿成本在铁前成本中占比较高，该策略可在降低配矿成本的同时，降低烧结、球团加工成本.同时，应避免因单纯降低配矿成本而导致加工成本隐性上升，这也是当前低成本配矿需重点关注的问题.

(2)解决低成本铁料造块(烧结矿与球团矿)冶金性能问题.低成本铁料造块所得熟料常出现冶金性能波动大的现象.如何在低成本铁料增量化使用中保持熟料冶金性能稳定，是发展高炉低成本冶炼的关键所在.因此，造块环节应依据原料特性实施分流造块，推进多矿种联合配用、熔剂结构优化、垂速与机速协同匹配及燃料制度调整；必要时可通过外部热量干预实现缺陷料定点成矿，改善成品烧结矿和球团矿质量.同时，应强化入炉筛分和精细化布料，最大限度地减轻熟料冶金性能波动对高炉顺行的不利影响.

(3)解决低成本铁料直接入炉的热平衡和软熔带波动问题.近年来，提高块矿入炉比例的工艺已在多家钢铁企业开展应用，但生产过程中普遍面临难以突破配加极限的问题.软熔带波动常会使高炉热工制度被迫调整，导致炉内热量重新分配，是引起高炉向凉的重要因素之一.维持高炉软熔带稳定和热平衡是突破缺陷块矿入炉比例极限的关键.因此，要明确缺陷块矿对高炉软熔带波动的影响，通过细致的基础研究提高操作的科学性和稳定性，为块矿配加极限的突破提供支撑.

(4)解决低成本燃料的适配问题.除低成本铁料外，燃料结构优化是降低铁前成本的重要途径.可通过提高煤比、优化配煤结构及适度配用低成本煤种，降低焦炭消耗，发挥以煤代焦的降本作用.值得注意的是，低成本燃料往往存在挥发分、灰分、硫分及可磨性波动较大等问题，部分煤种还有燃烧性能不足、反应性偏弱或灰分成分不利于渣系调控等缺陷.若只追求低价煤种替代，而忽视其风口燃烧行为和炉内利用效率，易导致未燃煤粉量增加、煤焦置换比下降，影响料柱透气性和炉缸活跃度，最终削弱低成本燃料的降本效果.

2 与低成本原燃料相匹配的渣系调整

炉渣的冶金性能直接影响渣铁分离及炉况顺行，渣系调控是实现脱硫、排碱、护炉和低硅冶炼的重要手段.渣系功能划分如图1 所示.

图1 渣系功能划分
Fig. 1 Functional classification of slag system

低成本原燃料的大量入炉会改变炉渣的化学稳定性和热稳定性，严重时会导致炉渣黏流特性恶化、渣铁操作运行窗口窄化，进而削弱炉渣的脱硫、排碱以及对成分波动缓冲的能力.因此，当大量使用低成本原燃料时，务必构建与其相适应的合理渣系，发挥特定功能，缓冲缺陷料入炉带来的不利影响，保障低成本条件下高炉稳定运行.为保证降本工作的持续性和稳定性，需要协同处理好以下方面：

(1)炉渣流动能力.使用高铝低成本铁料会造成炉渣中Al2O3 含量显著提升，炉渣熔化温度与黏度大幅升高，流动性恶化.因此，高铝渣冶炼应优先保证充足的炉缸物理热，以确保炉渣充分熔化.在成分调控方面，可采用“调碱度＋调镁铝比”的协同策略，寻求炉渣熔化与流动的适宜区间，保证该工艺窗口的可操作性，从而降低炉渣黏度，促进渣铁顺利分离，实现高铝低成本铁料的增量化使用.同时，在渣系调整过程中，还应兼顾烧结矿质量控制及炉渣其他功能的发挥，实现低成本冶炼的系统平衡.

(2)炉渣脱硫能力.提升高炉渣脱硫能力时，应避免仅依赖调整碱度的单一思路，结合冶金物理化学中脱硫热力学和动力学条件进行综合调控.在热力学方面，应统筹考虑炉渣碱度、镁铝比、炉缸物理热水平、铁水硅含量控制及合理渣比等因素；在动力学方面，也应考虑渣铁快速分离、料速提升和出铁频次优化等措施.尤其在消纳高硫资源时，还需充分考虑炉外脱硫、铁前—钢后一体化脱硫等技术手段，实现工序衔接，并综合评估其降本潜力.必要时，可铁前—钢后成本统一核算.

(3)炉渣排碱能力.低成本冶炼过程中应重点保障炉渣排碱能力，尤其是对K、Na 等碱金属元素的脱除能力，否则将对高炉长期稳定顺行产生显著不利影响.在炉内富集的碱金属会导致高炉燃料消耗升高，并削弱炉况稳定性，出现炉墙结厚、块状带滑尺、软熔带塌料等状况.此外，碱金属富集还会提高对焦炭质量的要求，并对高碱锌资源的低成本利用产生对冲效应，难以长期维持稳定的低成本冶炼.炉况异常现象频发、高炉向凉等问题的出现也进一步限制了低成本冶炼的推进.

(4)渣皮稳定能力.在人力成本、财务成本和设备折旧成本相对稳定的情况下，提高高炉单位日产铁量是降低铁水成本的重要手段.当前高炉利用系数普遍较高，高炉安全生产压力日益增大，部分高冶强操作的高炉存在侧壁温度频繁升高的问题.稳定的渣皮对保障高炉安全长寿具有重要作用，在渣系设计中，兼顾稳定渣皮的因素，实现高炉长寿与高产协同是低成本冶炼的重要着力点.因此，要利用缺陷料中的伴生元素，配合合理的炉温操作，在炉缸高温区形成熔点高、稳定性好的渣皮，从而起到保护炉墙和炉缸的作用.

(5)低硅冶炼能力.低硅冶炼是高炉降低燃料比的重要手段，铁水硅含量的稳定性也是后续炼钢工序的重要控制指标.虽然铁水硅含量受多种因素影响，但实际生产中，可调控因素相对有限，其中渣系设计是实现铁水低硅冶炼并提高硅含量稳定性的重要途径.因此，高炉冶炼过程中应通过理论计算对铁水硅含量进行合理预测，同时解析不同炉渣成分对应的理论铁水硅含量及其影响因素，进而确定有利于降低铁水硅含量的渣系组成，并结合炉况变化进行动态优化调整，提高现场适应性.

3 氧—煤—焦协同的强化冶炼策略

“以煤代焦”是低成本强化冶炼的重要手段.同时，高炉喷煤也是调节炉况、稳定炉温的重要措施.如何合理发挥喷煤作用，实现高炉低成本冶炼，是当前炼铁生产中的重要课题.然而，单纯提高煤比并不一定能够获得更优的经济效益.当煤粉喷吹量超过风口燃烧极限时，大量未燃煤粉不仅会降低煤焦置换比，还会降低料柱透气性和炉缸活跃度，如图2 所示.因此，实现氧—煤—焦协同的高炉喷煤设计至关重要，具体思路包括以下方面：

图2 氧—煤—焦协同的高炉喷煤设计思路
Fig. 2 Design idea of blast furnace coal injection based on oxygen-coal-coke synergy

(1)与高煤比相适应的煤粉性能控制.高煤比冶炼的前提是煤粉具备良好的冶金性能.因此，应全面量化不同煤种的燃烧性、反应性等核心指标，建立综合评价体系，避免仅依据工业分析和元素分析判断煤种优劣.合理配煤实现不同煤种优势互补，最大限度地提高风口前煤粉燃烧效率，评估高炉内煤粉气化能力，对提升喷煤效率和确定高炉可承受的煤比上限具有重要作用.此外，缺陷煤种喷吹虽然也是降低燃料成本的有效途径，但不应以牺牲高炉整体热输入为代价，高炉喷煤仍应作为调节炉温、稳定炉况的重要手段.

(2)与高煤比相适应的鼓风富氧水平.高煤比喷吹时，理论燃烧温度往往下降，因此，必须配以相应的鼓风富氧水平，来维持理论燃烧温度的相对平衡.富氧与喷煤应形成协同匹配关系，通过富氧促进煤粉充分燃烧，避免未燃煤粉过度积累而影响高炉料柱的透气性.同时，富氧与喷煤协同有利于降低焦炭消耗、提高冶炼强度，并促进铁水产量提升.生产中应满足相应煤比条件下的理论氧量需求，同时避免采用大富氧、低煤比方式强行提高产量，防止进入高理论燃烧温度操作的恶性循环.

(3)与高煤比相适应的焦炭质量控制.高煤比冶炼的核心在于降低焦炭消耗、实现煤焦置换，在降低成本的同时稳定炉况、提高产量.但实际生产中常出现煤比提高而焦炭消耗未降低的情况，既不利于铁水成本下降，也影响高炉稳定顺行.因此，应系统评估焦炭质量，判断其能否达到支撑高煤比和高冶炼强度操作的要求，进而确定合理的经济煤比.高煤比并不等于经济煤比，生产中需结合理论分析及生产数据，评估煤焦置换比变化，实现焦炭质量与高煤比喷吹的协同匹配，充分发挥喷煤降本作用.

4 与低成本冶炼相适应的高炉操作调整

低成本冶炼是一项系统工程，既要求理论上具备合理性，也要求生产实践中具有可实施性.因此，低成本冶炼需兼顾理论论证与现场管理，保障各环节有效衔接.除压缩原燃料成本外，高炉操作制度也应根据低成本原燃料特性进行适应性调整，实现各项制度之间的协同匹配，主要包括煤气流差异化控制、原燃料质量控制、物理热与化学热协同控制以及高炉排碱过程控制，如图3 所示.具体思路包括以下方面：

图3 低成本冶炼下的高炉操作调整逻辑
Fig. 3 Adjustment logic for blast furnace operation in low-cost ironmaking mode

(1)煤气流差异化控制.煤气流分布直接影响高炉技术指标和顺行程度，并进一步影响燃料消耗.在不同原燃料条件和炉况下，煤气流控制思路应有所差异.对于坚持精料方针、以普矿冶炼为主的企业，应重点发展中心气流，提高煤气利用率，并通过高料速操作降低燃料消耗和生产成本.对于高比例使用高碱资源的高炉，在稳定中心气流的同时，可适当发展边缘气流，以避免炉墙结厚、悬料等异常炉况的发生.对于大量使用高锌资源的高炉，则应在气流控制中强化锌蒸气排出，必要时可采取降料面排锌的措施.

(2)原燃料质量控制.低成本原燃料的增量化使用并不意味着放松对入炉原燃料质量条件的管控，建立有针对性的质量控制标准十分必要.对于高铝矿冶炼，应明确渣系控制原则和镁铝比管控要求[3]；对于高碱锌负荷冶炼，应建立碱金属动态平衡机制，保障排碱通道畅通，实时跟踪炉内碱金属和锌富集量，并确定相应控制极限，同时建立焦炭抗碱性指标红线，以保障焦炭在炉内的基本骨架作用；对于低成本燃料喷吹，应明确最低燃烧率和炉内未燃煤粉富集量控制要求，以保障煤粉在炉内的高效利用.

(3)物理热与化学热协同控制.低成本原燃料大量使用时，易出现物理热与化学热不匹配的问题，高炉操作需进行相应调整.在高碱锌负荷冶炼条件下，为保持炉渣排碱能力，常通过提高化学热(铁水硅含量)来维持炉缸物理热，以保障低成本冶炼稳定进行.当采用精料提产时，则应通过渣系调整实现高物理热、低化学热操作，以兼顾高产和高煤气利用率.总体上，应保持物理热与化学热在相对平衡范围内的合理波动，避免在低物理热条件下强行追求低化学热(低硅)冶炼，否则高炉易向凉，并伴随局部气流管道等问题发生.

(4)高炉排碱过程控制.随着国内高碱金属资源开发利用及超低排放改造中灰类物质自循环需求的增加，入炉碱金属负荷呈上升趋势，高炉操作中必须重视排碱控制.企业应结合自身的原燃料条件、碱负荷水平和生产实际，合理选择集中排碱或日常排碱.具体操作中，既要研究排碱的热力学条件，也要创造有利的动力学条件，促进碱金属的有效排出.同时，应充分评估炉内碱金属富集水平，建立碱金属负荷及富集量动态跟踪体系，并将排碱策略与炉况波动、渣系调整和操作制度优化相结合，制定有针对性的排碱方案.

5 结语

本文在理论研究的基础上，结合多家钢铁企业生产实际，提出了高炉低成本冶炼的相关技术并进行了广泛应用，系统阐述了低成本强化冶炼的调控思路与技术路径.该集成技术可有效解决低成本原燃料入炉引起的高炉波动问题，为市场下行背景下高炉实现长周期稳定顺行和有效降本提供工程参考.目前，该技术已在国内10 余家钢铁企业推广应用.作者希望此文能为钢铁行业低成本冶炼提供一定的参考和借鉴，不足之处，敬请指正.

6 参考文献

[1] 陶明月，沈伟，魏凯. 对新形势下钢铁企业系统化降本增效工作的思考[J]. 冶金经济与管理，2022(4)：40-42.(Tao Mingyue，Shen Wei，Wei Kai. Thoughts on systematic cost reduction and efficiency increase in iron and steel enterprises under the new situation[J]. Yejin Jingji Yu Guanli，2022(4)：40-42.)

[2] 东北大学. 高强健. 生产难题一定隐藏着诸多关键科学问题[EB/OL]. (2026-04-29) [2026-06-23]. https：/ /mp.weixin.qq.com/s/tJfJjQxEbiUS-4ktSASx6Q.( Northeastern University. Gao Qiangjian：production challenges must hide many key scientific issues[EB/OL].(2026-04-29) [2026-06-23]. https：/ /mp.weixin.qq.com/s/tJfJjQxEbiUS-4ktSASx6Q.)

[3] 沈峰满，姜鑫，高强健，等. 高炉炉渣适宜镁铝比的理论基础[J]. 炼铁，2019，38(2)：17-21.(Shen Fengman，Jiang Xin，Gao Qiangjian，et al. Theoretical basis of suitable MgO/Al2O3 ratio in BF slag[J]. Ironmaking，2019，38(2)：17-21.)

Development and industrial application of low-cost blast furnace ironmaking technologies

Gao Qiangjian1，Lin Shijian1，Cai Haoyu2，Hong Ze3，Zhang Jinhua4，Liu Jian5，Li Haokun6，Wu Chenglin7，Huang Haifeng8，Zhou Haoyu9，Jiang Zhe10
(1. School of Metallurgy，Northeastern University，Shenyang 110819，China； 2. Beijing Jianlong Heavy Industry Group Co.，Ltd.，Beijing 100070，China； 3. Hunan Valin Lianyuan Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Loudi 417009，China； 4. Hunan Valin Xiangtan Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Xiangtan 411100，China； 5. Tianjin Rongcheng United Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Tianjin 300352，China； 6. Shanxi Taigang Stainless Steel Co.，Ltd.，Taiyuan 030003，China； 7. Sinosteel Anshan Research Institute of Thermal-Energy Co.，Ltd.，Anshan 114044，China； 8. Guangxi Liuzhou Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Liuzhou 545002，China； 9. Zhongye Changtian International Engineering Co.，Ltd.，Changsha 410007，China； 10. Iron and Steel Research Institutes of Ansteel Group，Anshan 114009，China)

Abstract：Against the backdrop of intensive cost reduction in steel enterprises，adjustments to raw material and fuel structures often lead to the disruption of blast furnace operational balance and fluctuations in furnace conditions，which have become key challenges restricting low-cost blast furnace ironmaking. To address these challenges，based on theoretical research and collaborative practices with several steel enterprises，the authors propose a low-cost intensified ironmaking technology scheme that takes both production stability and economic benefits into account. This paper systematically elaborates on the control strategy for low-cost intensified ironmaking from four aspects：increasing the proportion of low-cost raw materials and fuels，adjusting the slag system to match low-cost raw materials and fuels，implementing an oxygen-coal-coke coordinated intensified ironmaking strategy，and optimizing blast furnace operations to adapt to low-cost ironmaking conditions. The proposed scheme aims to minimize blast furnace fluctuations caused by the charging of low-cost raw materials and fuels，thereby providing an engineering reference for long-term stable and smooth blast furnace operation and effective cost reduction under low-cost raw material and fuel conditions.At present，this technology has been promoted and applied in more than ten steel enterprises in China，achieving favorable results in cost reduction and efficiency improvement.

Key words：blast furnace ironmaking； low-cost raw materials andfuels； slag system matching； low-cost ironmaking

中图分类号：TF 5

文献标志码：A

文章编号：1671-6620(2026)04-0307-06

doi：10.14186/j.cnki.1671－6620.2026.04.001

收稿日期：2026-06-26.

基金项目：辽宁省“兴辽英才计划” 资助项目(XLYC2503168)； 中冶长天科研开发基础研究基金资助项目(2024JCYJ04)； 国家自然科学基金资助项目(52074086).

作者简介：高强健(1987—)，男，教授，E-mail：gaoqj＠smm.neu.edu.cn.

引文格式：高强健，林世健，蔡皓宇，等. 高炉低成本冶炼技术开发与应用[J]. 材料与冶金学报，2026，25 (4)：307-312. (Gao Qiangjian，Lin Shijian，Cai Haoyu，et al.Development and industrial application of low-cost blast furnace ironmaking technologies[J].Journal of Materials and Metallurgy，2026，25 (4)：307-312.)

本期专辑执行主编

高强健，教授，博士生导师，辽宁省“兴辽英才计划”青年拔尖人才。 主要从事低成本高炉炼铁、炼铁新技术、低碳炼铁等相关研究，先后获省部级科技进步奖一等奖3 项。 主持科技部，教育部，国家自然科学基金委员会，中国博士后科学基金会，国内大型央企、国企及世界500 强钢铁联合企业等资助的各类课题30 余项。 累计发表学术论文100 余篇，授权发明专利20 项，编写普通高等院校“十三五”规划教材1 部。