项钟庸
过去，我国高炉炼铁重产量、粗放型生产，对炼铁技术的要求不高，对科研的投入也不够。现今世界炼铁界对高炉内部的状态认识已经从静态转变为动态的观念，以及从线性转变为多维的、立体的观念，考虑问题也已经从单因素转变为多因素研究。为了降低燃料比和实现高炉长寿，高炉炼铁必须精细化操作，并加强对高炉炉内过程的研究。这就需要以试验研究为基础，大力推行调查研究和科学研究。由于高炉炼铁是一个多相运动的、复杂的物理化学反应过程，除了应用物质平衡、能量平衡的规律以外，还要应用多相流体力学、运动力学、化学反应动力学等基本规律，并对高炉内软熔带、风口循环区、死料堆等基本现象进行分析。
低燃料比和高炉长寿须加强高炉炉内现象研究
高炉技术的发展史表明，在某个国家炼铁工业起飞和燃料比下降之前，炼铁技术必然有一个大幅度的发展。例如，20世纪60年代以后，日本炼铁技术崛起，产量由1960年的1127万吨猛增至1970年的6754万吨，全国平均燃料比由1960年的617kg/t下降至1970年的475kg/t，矿石比由1518kg/t上升至1580kg/t，利用系数由约1.0t/m3·d提高至1.73t/m3·d。日本高炉技术深入到高炉炉内，最突出的就是对高炉的解体调查，对死料堆、循环区、软熔带、块状带的状况，以及矿石的还原和焦炭在炉内的劣化过程等的研究。
由于历史的原因，我国对高炉强化的认识一度存在误区，重产量、轻能耗；重系数、轻焦比，以为多鼓风就能多产铁，采取粗放型的生产模式，忽视节约资源、能源和降低燃料比的工作。而降低燃料比必须转变操作模式，由粗放型转变成集约型的操作模式。这就必须从加强科学研究着手，扎实做好降低燃料比和长寿的工作。
为了实现高炉炼铁的精细化管理和操作，笔者认为应该进行两方面的工作：一方面，应总结前段时期降低燃料比和长寿的成功经验，加以标准化、规范化；另一方面，必须加强对高炉内部过程的研究，这为标准化提供科学依据。
低燃料比和高炉长寿对生产提出更高的要求
降低燃料比是我国高炉炼铁长期忽视的问题。近20年来，我国在精料水平、高风温、富氧、喷煤等客观条件的改善方面进行了一系列的工作，可是，当前原燃料质量有下降的趋势，高风温、富氧也是有限度的，提高喷煤量受冶炼强化和原燃料质量的限制。为了降低燃料比，只有从合理强化、合理布料、提高炉身效率、提高炉内煤气一氧化碳的利用率等改善高炉工艺过程方面寻找办法，必须对炉内现象进行深入研究，改变粗放型高炉操作的理念。
最近研究者对一批2000m3级高炉生产日报数据从能量流的角度，运用Rist线图和分区热平衡、氧平衡、碳素平衡，对风口前燃烧温度和燃烧带提供的热量，以及评价高炉生产效率的新方法进行了分析。分析表明：
我国2000m3级高炉经过校算后，按高温区的热量收入分为两组：炉腹煤气量指数为60m/min以下的一组，高温区热量收入为4.3GJ/t左右，不过另外也有一些高炉炉腹煤气量指数高于60m/min，高温区热量收入高达5.2GJ/t，甚至5.5GJ/t，要较国内外高炉高许多。国外先进高炉的炉腹煤气量指数均比较低，而高温区热量收入在4.0GJ/t以下，国内外先进高炉与2000m3级高炉相比差12%~43%，相当可观。剩余的热量除了提高燃料比以外，由煤气带出炉外，提高成本，增加污染。这些过剩热量对高炉冶炼没有必要，而且对高炉设备和内衬也只有负面的影响。
高炉风口鼓风参数对高炉过程起着关键性的作用，因此，在高炉精细化操作中要抓住这个重要环节。经常用物料平衡和热平衡校正鼓风、氧气流量计，计算风口耗氧量和燃烧碳素量，掌握高炉热量消耗和还原过程的状况。
校算以后T组高炉的炉腹煤气量指数下降了6.0m/min，风口燃烧碳素量下降了近0.2molC/molFe；可是与N、Q组高炉相比，炉腹煤气量指数仍相差5.7m/min，风口燃烧碳素量仍有0.3molC/molFe的差距；燃烧提供的热量虽由5.4GJ/t下降至5.2GJ/t，可是较N、Q组高炉仍相差0.9GJ/t，相差20%；煤气利用率相差约7%。
T组高炉调整后Rist线的斜率降低约0.2，理应大幅度降低了燃料比；可是按调整后Rist线的斜率计算燃料比要较日报数据约高50kg/t，是否采用了综合冶炼强度中的综合焦比作为燃料比不得而知；T组高炉比N、Q组高炉Rist线的斜率约大0.5，燃料比相差近80kg/t。
提高炉腹煤气量，应充分考虑对燃料比、产量和成本的影响。实践表明，炉腹煤气量指数过高，不但利用系数不能提高，反而有下降的趋势；还引起燃料比上升、能源介质增加；多投入、少产出，反而提高了成本。
减少高炉高热量的消耗是一项系统工程，要从原料进入钢铁厂开始，直到渣铁、煤气和炉尘等副产品出炼铁系统的各个环节来寻找解决方法。最近，我国有些单位对高炉开始进行比较深入的研究，如对实物大小模型中的无料钟炉顶布料、高炉停炉解剖调查、炉内探测和大型高炉炉底解剖调查等。这是一个良好的开端，为发展我国高炉精细化操作、降低燃料比、延长高炉寿命做了扎实的工作，将对提升我国炼铁技术做出贡献。
软熔带位置对块状带的体积及燃料比有巨大影响
降低燃料比、减少吨铁炉腹煤气量必须采取提高煤气利用率的措施。布料方式应该克服发展边缘或过度疏松中心的装料制度。因此，高炉操作者要经常实时掌握炉内煤气分布，必须保持合适的状态。在评价装料制度时，除了炉身上部煤气成分分布和炉喉部位温度分布以外，炉内块状带体积的大小也是评价装料制度是否合适的重要指标。因为块状带的体积关系到煤气与炉料的接触时间、还原反应进展的程度，为此必须加强对软熔带的研究。
对软熔带的研究。日本在上世纪60~80年代解剖调查了一批高炉，还采用了各种方式研究生产中高炉的软熔带状况，由许多解剖调查得到炉内多种因素影响过程的一些普遍规律，从而模型化，成为解决问题的工具，用以指导高炉管理、操作、设计。而我们往往引进了模型，其中一些参数是要根据各自的条件加以修正的。我们没有做深入研究，很难对参数重新设定，因此，遇到不同情况就难以解决实际问题。前段时间，莱芜钢铁厂解剖了120m3高炉，对炉内软熔带进行了研究。这是我国对炉内现象进行深入研究的一个良好开端，相信今后由于精细化操作的要求会解剖调查更多的高炉。
对炉内温度场的测量。神户制钢的神户高炉，加古川的1号高炉、2号高炉都设置了垂直水平探测器来探测炉内温度分布。探测器随着炉料下降而下降，同时，测量了炉内径向和高度方向的温度。
对中心加焦的研究。为了能使高炉炉料在过高的冶炼强度下顺利下降，除了不惜多烧燃料发展边缘以外，部分高炉滥用了中心加焦，以“中心过吹型”的所谓中心加焦，牺牲燃料比换取高冶炼强度。其特点是：一是中心加入大量的焦炭，在高炉中心形成大面积低O/C区域；二是形成穹顶开了大天窗的倒U型的软熔带，使炉内温度分布不合理，压缩了低于1200℃间接还原区域的体积；三是大量富集CO的煤气没有通过矿石层就从炉顶逸出，导致煤气利用率的恶化。
正常的中心加焦与“中心过吹型”中心加焦两者对炉内的效果有明显的差异，使用“中心过吹型”中心加焦的后果可归纳为：煤气与炉料不能有效地接触，间接还原区域缩小，使煤气利用率下降，燃料比升高。软熔带根部肥大、过低，直接还原度升高。中心高温区碳素溶损反应区域扩大，高炉中心焦炭柱在高温作用下长期呆滞、劣化，造成死料堆扩大、炉缸堆积。软熔带与死料堆的间距减小，限制了通过的煤气量。高炉边缘的O/C很高，而煤气通过量不足，高炉下部有大量未充分还原的炉料可能直接进入炉缸，会影响高炉炉缸的寿命。有一批高炉已经总结了这些经验教训，应引以为戒。
在区分两种中心加焦以后，应进行必要的试验、研究，才能正确使用中心加焦并达到预期的目的。
高炉炉缸长寿须进行系统研究
高炉炉缸长寿也是一项系统工程，需要系统地进行研究，这里仅从日常操作的一个方面和炉底解剖调查方面进行介绍。
高炉日常操作的研究。炉缸内形成阻碍铁水流动的低透液区域将严重影响铁水的流动，加强炉缸侧壁的局部冲刷，导致凝结层局部脱落，致使炭砖直接接触铁水而迅速被侵蚀。如果低透液区偏在炉缸一侧，使铁水发生偏流，产生局部侵蚀的危害更大。生产必须从出铁、出渣的状况密切关注死料堆的透液性及其对炉缸侵蚀的影响。
国外许多长寿高炉是在炉底解剖调查的基础上，改进操作和设计的。国内外一些长寿高炉中间有一段时间炉缸侵蚀是比较严重的，如千叶6号高炉、宝钢3号高炉，它们都是在操作上采取了措施才得以长寿。目前国内已经重视了炉底的解剖调查工作，如宝钢3号高炉，在高炉生产19年后，乘大修的机会将高炉炉底和炉缸整体移出，进行了详细的调查研究。
炉缸炉底的解剖调查。为了确定高炉死料堆和铁水的流动状态，法国、加拿大、日本等国高炉从风口喷入示踪物，测量铁水中示踪物深度随时间的变化。为了查明渣比的偏差的原因，高炉还用示踪原子进行了测量以及在停炉后对高炉下部进行了解体调查，对炉底炭砖和残铁取样研究。
示踪原子测量结果表明：当低燃料比的正常操作时，死料堆透液性降低，部分铁水由侧壁绕道流向铁口的流动时间延长，说明环流加强。西侧的1号、4号铁口比东侧的2号、3号铁口渣比高，侧壁长期温度高。当高燃料比操作时，示踪物排出很集中，说明死料堆透液性好，铁水能透过死料堆，比较集中地流向铁口。西侧铁口的渣比增加，而东侧铁口的渣比减少，各铁口间渣比几乎没有偏差，侧壁和炉底温度上升。
解体调查的结果显示，炉底残铁沿直径东西方向，在西面炉底侧壁附近区为生铁；从侧壁2m~2.5m往中心为焦炭填充区。随着取样位置向东移动，焦炭的比例逐渐增加。此外，东边的炉底角部为焦炭与铁水呈混合状态的区域。在炉底与侧壁之间的角部主要为粒度0.005m以下的微粒焦炭与铁水的混合相；在焦炭填充区内为块状焦炭与铁水的混合相；炉底侧壁附近只有铁水，可是在铁水中存在层状焦炭。在残铁上部的焦炭层中焦炭的比例为45%~60%，下部为0~40%。