魏志江

河钢宣钢

摘要：本文系统研究了2025年以来钢铁行业铁前系统新技术的应用实践，重点分析了先进工艺创新、智能装备升级、减污降碳技术和数字化技术应用四个关键领域的发展现状。研究表明，通过精细化操作手册编制、铁焦烧一体化改革、智能装备集成、能源高效利用及数字化管控平台建设等创新实践，钢铁企业能够实现铁水成本显著降低、生产效率大幅提升和环境绩效持续改善。陕钢集团通过编制近1400页的《炼铁技术与管理》精细化手册，2025年1-8月实现铁前系统创效1.34亿元；鞍钢股份鲅鱼圈分公司通过"铁焦烧一体化"改革，生铁成本显著降低；日照钢铁全流程智能工厂项目预计每年可降低综合成本约1.8亿元。随着《钢铁行业稳增长工作方案（2025—2026年）》的实施，铁前技术将朝着智能化、绿色化、高端化方向深度融合，进一步推动钢铁行业高质量发展。

关键词：铁前系统；新技术应用；智能化改造；减污降碳；数字化技术

1.前言

铁前系统作为钢铁生产的关键环节，涵盖原料处理、烧结、球团、焦化及高炉炼铁等全过程，其运行效率直接决定了钢铁企业的生产成本与市场竞争力。当前，在全球经济复苏乏力、国内需求收缩、行业效益下滑的多重压力下，钢铁企业面临着前所未有的成本压力与环保挑战。为应对这些挑战，推进铁前系统技术创新与转型升级，已成为钢铁企业生存与发展的必然选择。2025年9月22日，工业和信息化部、自然资源部、生态环境部、商务部和市场监管总局五部门联合印发了 《钢铁行业稳增长工作方案（2025—2026年）》 ，为钢铁行业未来两年的发展提供了明确指引。该方案强调通过技术创新、数字化转型和绿色低碳改造提升钢铁行业发展质量。在此背景下，本研究结合最新政策要求，系统梳理铁前新技术的应用实践，分析其成效与经验，为行业转型升级提供参考借鉴。

2.先进工艺创新与应用实践

2.1精细化操作与标准化管理

钢铁企业通过制定精细化操作手册和标准化管理流程，实现了铁前系统生产过程的精准控制。陕钢集团创新性地采用"一企一策、一炉一策"原则，深入分析近十年历史生产数据，历经74次评审和168处修订，最终形成了覆盖检化验、炉料优化、仓储、烧结、炼铁全流程的近1400页《炼铁技术与管理》精细化手册。该手册通过"三维验证法"确保每个操作参数和流程环节清晰可行，成为技术人员的"工具书"和一线职工的"操作指南"。

这一精细化管理的成效显著，2025年1-8月，某钢集团铁前系统共计创效1.34亿元，吨钢创效20.62元/吨。其中，某某钢公司创效9830万元，吨钢创效20.3元/吨；某某某钢公司创效3594万元，吨钢创效21.71元/吨。

2.2铁焦烧一体化协同优化

（1）铁焦烧一体化是近年来铁前系统工艺创新的重要方向。鞍钢股份鲅鱼圈钢铁分公司以"焦铁整合"为突破口，对原炼焦部与炼铁部实施整合，成立新的炼铁部，打破了传统管理壁垒，构建起高效协同的生产链条。这一改革实现了原料、烧结、球团、焦化、高炉等各工序的集中统一管理，推动生产模式从"分散发力"成功转向"聚指成拳"。

（2）在"铁焦烧一体化"的推动下，生产协同效应持续释放：在降本增效方面，严控焦炭质量、优化配煤结构，减少高价焦煤使用；在节约能耗方面，推动余热、煤气跨工序高效调配，仅焦炉煤气消耗就减少9500m³/h；烧结环冷余热发电能力提升25.03%，年创效近900万元。此外，通过开展烧结"降漏风"攻关，A系列烧结机漏风率实现大幅降低，年创效超790万元。整合后，2024年生铁成本显著降低，2号高炉和烧结B系列同时创造了单机年产纪录。

铁前系统一体化改革成效对比见表1。 

表1. 铁前系统一体化改革成效对比

3.智能装备升级与集成优化

3.1智能控制系统与自动化装备

(1)智能控制系统是铁前系统智能化改造的核心。日照钢铁集团在全流程智能工厂建设中，实现了高炉休风、点火等复杂操作的一键完成。通过高炉智能调煤、高炉智能变料等6项创新模型，实现了生产决策从经验判断到数据驱动的跨越。该公司开发的铁前物料跟踪系统，能实现从矿石入厂到铁水出炉的全流程数字孪生，使配料计算全部线上完成，异常报警响应速度提升50%。通过智能排程系统，高炉日产量预计提升2%，燃料比降低5kg/t。

(2)方大特钢构建的工业互联网驱动的铁前一体化智能管控平台，以工业互联网平台构建数字底座，实现焦化、烧结、球团、炼铁全工序的数字化协同管控，涵盖铁前MES系统、工业互联网数采平台、可视化监控三大核心功能模块。这一平台可实现生产数据实时采集与分析、生产过程动态监控、异常情况实时预警等功能，为企业生产向精细化、智能化升级提供支撑。

3.2集中操控与岗位优化

（1）智能装备的集成应用促进了岗位优化和组织效率提升。日照钢铁铁前集控大厅打破物理边界及组织边界，将原来分散在各区域的105个岗位、315个操作人员融合至大厅集中操控。运用掌上工厂即时共享生产物料、设备状态等信息，促进各岗位之间高效协同，实现铁区一体化管理。正如日照钢铁控制室技术员梁兴迎所述："就像高炉出现炉温波动，系统会自动推送、触发报警，我们在办公区就能随时远程查看热风炉参数，由原来的40分钟，变为现在的几分钟之内就能完成工艺调整"。

（2）鞍钢股份鲅鱼圈分公司在智能装备升级的同时，同步推进人才管理改革，实施"三位一体"考核，选拔16名年轻干部、聘任78名技术人才。设备管理方面，建立"长周期同步检修"模式，备件共享和修废利旧节约超340万元。这些举措不仅提升了设备效率，还优化了人力资源配置，实现了设备与人员的高效协同。

表2. 铁前系统智能装备升级成效对比

4.减污降碳技术与环境友好发展

4.1节能技术与能源高效利用

(1)面对全球气候变化和"双碳"目标要求，钢铁企业积极推行节能技术和能源高效利用措施，降低能耗和碳排放。日照钢铁通过智慧能源系统，通过2000+个计量仪表和200多个AI模型，实现能源成本数据自动计算，报表数据自动统计，劳动效率至少提升3小时。未来随着更多功能上线，成本结算从原来的中午12点提前至早上6点，劳动效率将提升6小时。通过数据与管理的融合，可实现电力需量降本、燃气发电增效、新水消耗降本，外购电需量预计从月均24万KW降低至20万KW，煤气发电热效率提升8‰。

(2)据预计，日照钢铁全流程智能工厂项目正式投入运营后，每年可降低综合成本约1.8亿元，降低能耗约6万吨标煤，吨钢能耗降低15%、碳排放减少17万吨。这些数据充分展示了智能技术在节能降碳方面的巨大潜力。

4.2先进减排技术与装备升级

(1)在污染物治理方面，钢铁企业通过装备升级实现源头减排。日照钢铁深刻践行"装备升级是基础"的理念，坚决关停小高炉、小转炉等低效高耗装备，并加快设备更新和技术改造步伐。目前公司成功建设了行业内极具竞争力的3000立方米级高炉和300吨级转炉示范群。这一战略性的装备升级，实现了多重跨越：工艺技术水平和能源利用效率得到显著提升，为产品结构向高附加值、绿色化成功转型奠定了坚实的物理基础。

(2)日照钢铁核心的ESP（无头带钢）技术本身就具有显著的降碳、节能、节水效果。作为目前世界最大ESP超薄带钢基地和国内首家全面掌握ESP核心技术的企业，日钢"ESP技术集成创新及应用"达到国际领先水平。相较传统热轧流程，ESP技术实现吨钢能耗降低70%以上、二氧化碳排放降低80%以上，产品具备优异的"以热代冷"特性、显著的结构轻量化优势和突出的节能减排效益，年节约标准煤超50万吨，减排二氧化碳约140万吨，在行业内树立了"以热代冷、高强减薄、节能减排"的标杆示范。

5.数字化技术应用与智能管控平台建设

5.1数据集成与决策支持

(1)数字化技术应用是铁前系统转型升级的核心驱动力。日照钢铁将二十余年积累的炼钢经验与技术，"翻译"成数字化语言，"喂"给人工智能大模型。检测设备实时采集火焰形态、烟气成分等关键信息，大模型据此自动计算最优加料量与时机，精准调控转炉冶炼。如同神经中枢的智能集控系统，通过解析百万级实时数据点，将老师傅的经验转化为毫秒级的精准指令。

(2)陕钢集团通过数字化技术构建了全流程协同机制，实现了各个系统大融合，让信息化覆盖全厂。基于铁前系统一体化智能管控平台的构建，管理人员可及时、全面地查看全厂各类数据信息，实现劳动生产率提升，运营成本下降。这种全方位的数字化管控，不仅提高了生产效率，还降低了运营成本，为企业创造了显著的经济效益。

5.2人工智能与机器学习应用

(1)人工智能和机器学习技术在铁前系统中的应用正在不断深入。日照钢铁开发的智能化工艺控制体系，确保比人工更高效、精准、全面的质量控制。该公司技术中心主任郑旭涛解释："钢铁生产的每道工序都包含众多工艺点，往往需要多轮试验来不断完善。以往，试验偏差主要依赖有经验的老师傅人工捕捉，但人工监测难免百密一疏。如今，借助数智化平台的大模型，一旦试验出现偏差，系统立即自动预警"。

(2)更巧妙的是，上游工序的异常信息能自动传达至下游工序，让下游工序在同一次试验中有机会及时补救，使产品质量控制精准度大大提升。这种人工智能技术的应用，为企业数字化转型提供了核心技术支撑，实现了生产过程的精准控制和优化。

铁前系统数字化技术应用效果见表3。

表3. 铁前系统数字化技术应用效果

6.高球团配比实践

（1）中国作为全球最大的钢铁生产国，钢铁行业碳排放量占全国碳排放总量的15%左右，是实现"双碳"目标的关键领域。在钢铁生产过程中，炼铁环节的能耗和碳排放占比超过70%，是减排的重点环节。传统高炉炼铁工艺中，烧结矿占比较高，通常超过80%，而球团矿占比不足20%。然而，烧结矿的生产过程碳排放量大，每生产1吨烧结矿的碳排放量高达400余千克，相比之下，球团矿的碳排放量仅为烧结矿的三分之一。因此，提升球团矿在高炉冶炼中的占比，成为钢铁行业实现碳减排目标的关键路径。在"双碳"战略推动下，中国钢铁行业正加速从"规模效益"向"质量效益"转变，优化炉料结构、提高球团矿比例已成为行业共识。

（2）球团矿生产过程的能耗和排放远低于烧结矿。研究表明，每生产1吨烧结矿的碳排放量高达400余千克，而球团矿的碳排放量仅为烧结矿的三分之一，即约133千克。以年产500万吨的球团生产线为例，相比同等规模的烧结矿，年碳减排量可达133.5万吨，减排效果显著。此外，球团工序能耗也明显低于烧结工序，鞍钢集团采用第三代带式焙烧球团技术建设的400万吨球团产线，工序能耗低于14kgce/t，能耗下降55%，碳排放减少70%。

表4.球团矿与烧结矿能耗及排放对比

（3）球团矿具有铁品位高、化学成分稳定、机械强度好等特点，可有效提高高炉利用系数，降低焦比。攀钢集团西昌钢钒公司应用高比例球团矿冶炼技术后，2025年一季度高炉冶炼球团矿配比提升至54%，燃料消耗降低了4%，生铁成本首次实现降幅目标，行业排名较去年上升了九位。球团矿的均匀粒度和良好还原性有助于改善高炉内煤气分布，提高还原效率，从而降低燃料消耗。

（4）球团生产工艺可消纳钢铁厂自身产生的含铁尘泥等固体废弃物，实现资源的循环利用。南钢开发的"带球产线高比例配加含Zn尘泥生产炼钢化渣剂的技术"，成功将含锌尘泥等固体废弃物应用于球团生产，既解决了固废处理难题，又降低了生产成本。这种资源化利用模式既减少了原生资源消耗，又避免了固废堆存带来的环境问题，实现了经济效益和环境效益的双赢。

（5）在双碳目标推动下，我国球团矿产能呈现持续扩张态势。2025年上半年，多地百万吨级球团项目相继获批建设。根据统计数据，2025年5月，我国38家球团矿生产商上周球团矿产量127.68万吨，周环比减少1.13万吨，减少0.88%，但同比仍增长3.50%。这表明我国球团矿产能整体保持稳定增长。

表5. 2025年中国球团矿重点项目概况

表6.带式焙烧机与链篦机-回转窑技术指标对比

（6）在全球“双碳”战略驱动下，钢铁工业作为碳排放重点领域亟需绿色转型。传统高炉炼铁以高碱度烧结矿为主，但其工序能耗高、污染排放大​。碱性球团矿（碱度R>0.4）凭借高品位、低渣量、强还原性的优势，成为优化炉料结构的核心路径。据实践数据，球团工艺的能耗与CO₂排放仅为烧结工序的50%和30%​，鞍钢应用第三代带式焙烧机技术后碳排放降低70%​。本文系统分析碱性球团生产机理、高炉配加实践及技术挑战，为钢铁行业低碳冶炼提供理论支撑与工程范式。

（7）首钢京唐的炉料结构深度重构。 一是通过建设504m²带式焙烧机，球团比例从28%增至50%以上​​；二是采用“高碱度碱性球团+低硅烧结矿”模式，炉渣碱度稳定在1.15-1.25；三是2019-2020年生产数据显示其5500立方米高炉的利用系数达2.29，焦比277-305kg/t​。

表7. 部分企业的高比例碱性球团配加情况和效果表

（8）碱性球团高比例应用是钢铁低碳转型的必然选择。实践表明：一是带式焙烧机技术是实现大规模生产的关键，鞍钢项目验证其降碳70%的潜力；二是炉料协同优化是核心，需平衡碱度（R=0.6-1.0）、粒度（＞12mm）及MgO含量（1.5%-2.0%）；三是全流程数字化是保障，通过碳管理平台打通球团-高炉数据链。未来需深化氢冶金耦合与标准体系建设，推动球团比例向60%以上突破，为钢铁业碳中和提供核心支撑。

7.高炉铜钢复合冷却壁

（1）铜钢复合冷却壁结合了铜材料优良的导热性和钢材料的结构强度，有效解决了传统铜冷却壁易热变形、水管开裂及成本高昂的问题。研究表明，铜钢复合冷却壁热面温度比铸钢冷却壁低约520℃，热变形比传统铜冷却壁降低25.8%-51.8%，在高温环境下表现出优越的稳定性和长寿特性。高炉的炉腹、炉腰及炉身下部区域因承受极高的热流密度和机械负荷，是高炉安全长寿运行的限制性环节之一。

（2）针对这一高热负荷区域，目前普遍采用铜冷却壁以提高其耐久性。然而，高炉铜冷却壁的实际使用寿命通常在5至7年之间，与高炉整体寿命15年以上的目标相比仍有较大差距，这严重制约了高炉的安全稳定运行。纯铜材料的导热系数是铸铁或铸钢的9至14倍，满足了高热负荷区域对冷却效率的苛刻要求。然而，由于高炉运行环境恶劣，铜冷却壁在国内的应用并不理想，普遍面临磨损、烧损、水管开裂等问题，严重影响了其长寿化应用。为解决传统铜冷却壁面临的问题，铜钢复合冷却壁应运而生。这种新型冷却壁结合了铜材优越的导热性能和钢材优良的机械强度，不仅降低了制造成本，同时提高了抗热变形能力，成为高炉长寿技术的重要发展方向。

（3）铜钢复合冷却壁已有60多座高炉在应用，得益于其领先的技术和显著的效益。一是核心技术：该产品采用爆炸焊接技术，将无氧铜的高导热性和钢材的高强度结合在一起，解决了传统纯铜冷却壁易变形、成本高的问题，这项技术曾被中国金属协会鉴定为"国际领先水平"；二是应用效果：根据承德钒钛的实践，该冷却壁展现出抗变形、防切管、漏水率低等优点，维护更方便，预计使用寿命可达12年以上，是原有纯铜冷却壁的2倍；三是经济效益：除了性能优越，它的成本只有纯铜冷却壁的80%左右，据估算，一座2500m³高炉在一个生命周期内可节省超过2400万元的费用，该技术因此在2020年获得了"冶金科学技术奖一等奖"。

(4)铜钢复合冷却壁作为高炉长寿技术的重要创新，通过有机结合铜材料优越的导热性能和钢材料良好的机械强度，有效解决了传统冷却壁在高热负荷区域面临的技术难题。研究表明，铜钢复合冷却壁不仅具有接近传统铜冷却壁的传热性能，热面最高温度比铸钢冷却壁低约520℃，而且在抗热变形能力方面表现优异，热变形量比传统铜冷却壁降低25.8%-51.8%。

(5)宣钢、承钢、某钢等企业的工业应用实践表明，铜钢复合冷却壁能有效适应高炉恶劣的工作环境，解决冷却壁破损、水管开裂等问题，显著延长高炉使用寿命。通过优化冷却壁结构设计、建立合理的操作制度和完善的在线监控维护体系，铜钢复合冷却壁的使用寿命可延长至18年以上，为高炉安全长寿运行提供了可靠技术保障。

（6）某钢的2800m³高炉使用实践证明，钢铜钢复合冷却壁的热面钢层有效抵御了炉料冲刷，其同层实测年均磨损率低至3.06mm/年，仅约占铸钢复合冷却壁9.35mm/年的1/3和纯铜冷却壁11.84mm/年的1/4。

(7)未来，随着材料技术的进步、结构设计的优化以及智能监控系统的应用，铜钢复合冷却壁技术将继续创新发展，为推动高炉长寿化和钢铁工业可持续发展发挥重要作用。铜钢复合冷却壁的成功应用实践，为中国乃至全球钢铁工业的高炉长寿技术提供了宝贵经验和重要借鉴。

8.结语

本研究系统分析了铁前系统在先进工艺、智能装备、减污降碳和数字化技术等方面的创新实践。研究表明，通过精细化操作、铁焦烧一体化、智能装备升级和数字化管控等技术创新，钢铁企业能够实现铁水成本显著降低、生产效率大幅提升和环境绩效持续改善。这些创新实践为钢铁行业应对当前挑战、实现可持续发展提供了有效路径，与《钢铁行业稳增长工作方案（2025—2026年）》的政策导向高度契合。

9.展望

基于当前铁前技术的发展趋势和《钢铁行业稳增长工作方案（2025—2026年）》的要求，未来铁前技术创新将主要围绕以下方向展开：

（1）智能化深度融合。随着人工智能、大数据、数字孪生等技术的发展，铁前系统将实现更高水平的智能化。高炉人工智能管控技术将从单点应用向全流程覆盖拓展，实现生产过程的自主决策和优化控制。未来，更多的钢铁企业将像日照钢铁那样，建设全流程智能工厂，实现生产过程的全面智能化升级。

（2）绿色化持续升级。在"双碳"目标背景下，铁前系统将更加注重节能降碳和环境保护。极致能效技术将成为行业关注焦点，通过能源梯级利用、工艺优化创新等手段，持续降低能耗和碳排放。同时，循环经济模式将得到更广泛应用，实现资源的高效利用和废物的最小化。

（3）高端化产品开发。随着市场需求的变化，铁前系统将更加注重高端产品的研发和生产。通过工艺创新和质量精准控制，生产更多高端精品钢，满足航空航天、新能源汽车等高技术领域的特殊需求。陕钢集团已开始重点扩大圆钢、带钢、型钢等创效产品的经营布局，精准匹配市场需求。

（4）产业链协同优化。铁前系统将突破企业边界，实现与上下游产业的协同优化。通过供应链数字化整合，实现从原料采购到产品交付的全链条优化，提升整体竞争力。鞍钢股份鲅鱼圈分公司的"铁焦烧一体化"改革已为这种协同优化提供了成功案例。

铁前系统技术创新是钢铁行业高质量发展的关键。面对未来的挑战与机遇，钢铁企业应加大科技创新投入，深化数字化转型，推动绿色低碳发展，不断提升核心竞争力，为实现钢铁强国目标奠定坚实基础。

参考文献

[1]  五部门关于印发《钢铁行业稳增长工作方案（2025—2026年）》的通知．黑龙江省人民政府网.2025-09-24

[2]  项目提升年·记者在现场.日钢全流程“智”造升级 释放绿色强劲动能．日照新闻网.2025-04-19

[3]  【陕煤集团】所属陕钢集团：铁前系统降本增效超亿元．陕煤集团.2025-09-12

[4]  深耕“铁焦烧一体化”改革 铸就铁前高效发展新格局．搜狐网.2025-07-11

[5]  日照钢铁控股集团：“智”“绿”融合淬炼钢铁新动能．新华网山东.2025-08-21

[6]  钢铁行业稳增长工作方案（2025－2026年）．河北省工业和信息化厅.2025-09-24

[7]  方大特钢构建工业互联网驱动的铁前一体化智能管控平台．世界金属导报.2025-08-19

[8]  陕钢集团发布《炼铁技术与管理》精细化手册．三秦都市报.2025-08-30

[9]  鞍钢炼铁原料准备新技术与新工艺自主创新与展望．江苏省钢铁行业协会.2025-05-26

[10]  智绿融合淬炼钢铁新质生产力．日照日报.2025-08-01