21世纪钢铁企业的外部环境发生了巨大的变化。中国的钢铁产能急剧增加，同时炼钢原料的劣质化、资源能源价格高涨、CO2减排问题以及针对安全、稳定生产的价值观及理念越来越凸显，各行业对钢铁企业的要求更加严酷。因此，新世纪钢铁企业的发展必须能适应外部环境的变化。从资源、能源到环境问题，相应的技术与体系不可缺少。对于耗能大户的钢铁企业，“环境保护及促进资源循环利用”、“CO2减排”、“资源再利用”的意义非常大。新时期对钢铁行业的期待是作为资源、能源、环境和谐循环型社会的“核心”而存在。这一方针的确立是支撑钢铁企业可持续发展的关键。对于处于重要位置的炼铁领域，可以说在21世纪更是“变革的世纪”。从这个观点与认识出发，本文就新世纪日本高炉操作的进步与研究开发状况，以及面向未来的钢铁技术进行论述。
1 炼铁领域的环境变化与节能
2002年以来，世界粗钢产量不断增加。这导致铁矿石的世界性供需环境也发生了剧烈的变化。矿山公司合并并处于垄断地位、优质赤铁矿的枯竭、高结晶水矿石的增加等，使得矿石资源供应面临着严竣考验。即使是煤炭资源，优质煤炭供给非常紧缺。在这种原料供给恶化的环境下，高品位矿石和高粘结性煤的价格上升到前所未有的高度。
另一方面，针对环境问题，随着《京都议定书》的生效，日本铁钢联盟设定了自主行动计划：由钢铁厂排出的CO2比1990年减少10.5%。由于钢铁企业的能源消耗约70%在炼铁工序，因此该工序的CO2消减是亟待解决的课题。
2 高炉操作技术的进步
2.1 高炉大量喷煤
高炉喷煤是为应对焦炭不足，达到降低原燃料成本为目的的。1981年新日铁大分厂的1号高炉开始喷吹煤粉。1998年日本国内高炉平均喷吹量达到135kg/t。2000年以后，矿石、煤炭品位不断下降，喷吹量基本维持在120kg/t~135kg/t。拥有大型喷吹设备的高炉尝试喷煤超过200kg/t。由于大量喷煤，导致中心煤气流减弱、顶温和压差升高、软熔带透气性恶化、未燃煤粉及焦粉增加以及炉缸堆积等问题。
为了避免这些问题的出现，采用了中心加焦，实施煤气流分布和煤粉燃烧性能控制，改善矿石高温还原性能、形状等。JFE福山厂改进煤粉燃烧性能控制技术，其最大的特征是在风口内交叉设置2根煤枪，使煤粉与空气充分混合，由此大幅度提高煤粉的燃烧率，1998年煤比达到了265.5kg/t。神钢1号高炉、JFE福山3号高炉、上海宝山1号高炉、浦项3号高炉都能实施PCR>200kg/t的操作。尤其在上海宝山1号高炉、浦项3号高炉，实现了到目前为止，认为是极限的氧过剩系数0.6，O/C为6.0的操作。尽管各高炉产量、燃料比水平不同，但大量喷煤的同时，都采用了反应后强度高的（高DI）焦炭及高温还原性良好、低SiO2、低Al2O3的烧结矿。
2.2 高炉内喷吹废塑料
高炉是减排CO2、保护环境、资源循环再利用的一个工序，JFE京浜厂于1996年10月开始向高炉内喷吹废塑料。对高炉喷吹废塑料时，风口前燃烧情况、炉顶碳化氢系气体及焦油排出、造渣制度的变化、高炉下部透气性指数等作了详细的调查研究。此时，喷废塑料量与喷煤量分别是59.0kg/t和78.4kg/t。由于废塑料粒度比煤粉大，回旋区内氧气浓度低时，燃烧速度慢。但像煤粉那样，通过回旋区，与焦炭一起旋转的同时燃烧，最终提高了燃烧效率。另外，两者在碳化氢系气体排出方面也相差不大。目前，日本国内有JFE京浜2号高炉、福山3号高炉、4号高炉（3座合计能力为12.7万t/a）、神钢加古川3号高炉（能力1.0万t/a）实施了喷吹废塑料。
2.3 矿石、焦炭混合装入技术
低燃料比操作时，维持料柱透气性和降低软熔带的压损非常重要。JFE千叶6号高炉上采用的方法是：通过焦炭、矿石同时布料，开发了多量混合装入技术。关于装入方法，需要对各种影响焦炭偏析因素进行定量分析。这项技术已在JFE千叶6号高炉上实际应用，实现了低熟料比下的高产量、低燃料比操作。
2.4 高反应性焦炭的开发及在高炉内的应用
为了降低高炉燃料比，提高焦炭的反应性，在800℃~1000℃区域的还原反应成为决定碳素溶解损失反应速度的关键。通常，提高焦炭反应性（CRI），会导致反应后强度（CSR）降低。因此，在维持强度基础上，提高反应性能是最大课题。针对这一课题，开发了有效利用劣质煤炭及煤中CaO成分制造高强度、高反应性焦炭的方法。这项技术的特征是通过干燥焦炭，促进煤颗粒间的紧密结合，以提高焦炭强度。同时，通过劣质煤炭的配比量来控制强度上升，通过CaO配比来提高反应性。将Ca作为煤气化反应的催化剂，使其发生作用。这时，冷态强度(DI15015)基本维持在85~86。即使CaO添加量少，催化效果也非常明显，大幅度地提高反应性。使用这种焦炭的室兰2号高炉，燃料比降低了10kg/t。
2.5 延长高炉寿命
随着高炉稳定操作及其炉体管理技术的进步，在确保一定出铁比的同时，寿命超过15年的高炉不断增加。为实现高炉长寿化，需要高炉炉型的合适化、优良的管理技术、延长炉体寿命的修补技术以及改善耐火材料质量。尤其从1990年以来，认识到提高高炉冷却壁耐腐蚀性是最重要的课题后，改善了碳砖材质，并强化了冷却效果。通过提高碳砖热传导率、气孔细微化来防止铁水浸透。在强化冷却方面，采用了冷冻机降低水温以及使用铜冷却壁。
2.6 资源循环利用技术
各钢铁企业在资源循环利用，零排放方面取得了很大的进步。碎钢坯、粉尘、炉渣和淤泥等实现了几乎100%的资源再循环利用。新日铁为促进厂内产生的粉尘、淤泥的再资源化，在世界上率先将转底炉（RHF设备）引进到君津炼铁厂和广畑炼铁厂。粉尘、淤泥与煤等还原材料混合，制成球团和块矿。通过在RHF炉内加热还原，在促进脱锌的同时，制造的海绵铁可有效应用于高炉或废钢熔解炉中。
(来源：钢铁产业)
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