刘彦敏 李妍
（山西晋南钢铁集团有限公司）
摘 要：在全球钢铁行业低碳转型与降本增效的双重背景下，高炉燃料比作为衡量炼铁工序能源效率与成本控制的核心指标，其优化对行业可持续发展至关重要。本文以晋南炼铁厂高炉燃料比降低实践为研究对象，针对原燃料成本高企、燃料比居高不下的生产困境，构建“责任体系 - 技术创新 - 数据赋能 - 文化引领”的四位一体优化路径。通过原燃料结构精细化管控、高炉操作制度多维度创新、生产数据驱动的持续改进机制等举措，2026年1、2月实现高炉燃料比从2025年的514.99 kg/t.Fe降至507.00kg/t.Fe（盘库），吨铁成本降低11.94元，月度降本效益达483.25万元。本研究为钢铁企业破解高燃料比难题提供了“技术 + 管理 + 文化”融合的实践范式，兼具经济与环境效益提升的双重价值。
关键词：炼铁厂；燃料比；数据驱动；技术优化；降本增效
1 引言
1.1 研究背景
钢铁工业是国民经济支柱产业，但其高能耗、高排放特征使其成为“双碳”目标下的重点关注领域。高炉燃料比（单位生铁消耗的燃料量）直接影响炼铁工序能耗与成本，占吨铁总能耗的70%以上[1]。据中国钢铁工业协会统计，2025年我国重点钢铁企业高炉平均燃料比约530 kg/t.Fe，与国际先进水平（500 kg/t.Fe以下）仍存差距，且原材料价格波动加剧了成本控制难度[2]。
晋南炼铁厂作为区域大型炼铁基地，2026年初面临“原材料成本上涨 + 燃料比高位运行”的双重压力，高炉燃料比达514.99 kg/t.Fe，较行业先进水平高15 kg/t.Fe以上，严重制约企业盈利能力与竞争力。
1.2 研究意义
本研究聚焦晋南炼铁厂燃料比优化实践，从技术与管理耦合视角，解析高炉燃料比降低的实施路径，为同类型企业提供可复制的经验参考；同时，通过量化分析降本效益与环境效益，丰富高炉能效提升的理论与实践体系，助力钢铁行业低碳转型。
2 晋南炼铁厂高炉燃料比现状与问题分析
2.1 现状概述
2025年末，晋南炼铁厂高炉燃料比为514.99 kg/t.Fe，虽高炉利用系数、煤气流分布均匀性等关键指标达标，但燃料消耗过高导致吨铁燃料成本占比超40%，成为降本增效的“卡脖子”环节。
2.2 关键问题诊断
（1）原燃料质量短板：焦炭粉末率高（＞8%），烧结矿粒度偏析严重（5 - 10mm及≤5mm粒级占比超35%），导致料柱透气性下降，煤气利用率不足46%，燃料化学能与热能转化效率低[3]；
（2）操作制度适配性不足：传统操作模式下，中心焦角度（13°）、矿批大小（＜70t）等参数未适配原燃料特性变化，炉缸活跃度不足，死料柱更新速率慢，热量传递效率受限；
（3）管理协同效率偏低：技术攻关依赖单一部门，生产数据未形成闭环分析机制，员工参与技术创新的主动性不足，制约优化措施的迭代速度。
3. 燃料比优化的技术与管理路径
3.1 构建“责任 - 创新 - 文化”三位一体管理体系
成立以厂部为核心的技术攻关领导小组，建立“指标分解 - 责任到人 - 动态考核”机制，将燃料比降低目标纳入部门KPI与员工绩效。通过“厂级统筹 + 车间执行 + 班组落实”的三级联动，确保优化措施从决策到落地的时效性。同时，塑造“数据说话、效益为先”的文化理念，开展全员技术创新培训与合理化建议征集，激发基层创新活力。
3.2 原燃料结构精细化技术优化
3.2.1 焦炭质量提升与筛分强化
更换25mm孔径焦炭振动筛板，降低入炉焦炭粉末率至5%以内；优化烧结矿冷却工艺，控制烧结矿温度＜150℃，减少破碎粉化。针对不同矿源特性，实施“高品位块矿 + 超大矿批（90t）”的配矿策略，结合小粒焦（≤10mm）分级入炉技术，改善料柱透气性，使高炉压差降低3 - 8kPa，煤气流分布均匀性指数提升15%[4]。
3.2.2 操作制度多维度创新
取消13°中心焦角，采用“平台 + 漏斗”平铺布料技术，扩大矿批至90t以上，增强炉料分布稳定性；建立“炉前铁量差动态调控模型”，将铁量差控制在±10t以内，减少渣铁热量损失；通过炉缸工作状态监测系统（含炉芯温度、透气性等参数），实时调整渣铁流速与炉缸活跃度，使煤气利用率提升至46.5%以上[5]。
3.3 数据驱动的持续改进机制
搭建生产大数据平台，整合炉温、风量、煤比、原料成分等200 + 项实时数据，运用机器学习算法构建“燃料比 - 原料 - 操作”关联模型。通过历史数据回溯与多方案模拟，累计开展配矿实验50余组，识别出“高品位块矿占比15% + 超大矿批”为最优配矿组合，指导生产调整的响应时间缩短至24小时内，实现优化措施的动态迭代。
4. 实施效果与效益分析
4.1 技术指标提升
燃料比从514.99 kg/t.Fe降至507.00kg/t.Fe，降幅达1.5%；煤气利用率从45%提升至46.50%，高炉利用系数提高0.05 t/(m³·d)，炉缸活跃度指数（CGI）从0.82升至0.95，炉况稳定性显著增强。
4.2 经济效益显著
吨铁燃料成本降低11.94元，按月产铁水40.46万吨测算，月度降本效益达483.25万元，年度降本超5704.90万元。同时，燃料比降低带动CO₂排放减少约29kg/t.Fe，年度减排CO₂超13.50万吨，契合钢铁行业低碳发展要求。
4.3 管理与文化效益
技术攻关团队从“被动执行”转向“主动创新”，全年提交合理化建议120余条，采纳实施率达85%；“数据驱动、全员参与”的文化氛围基本形成，员工技能认证通过率提升18%，为长期技术升级储备了人才。
5. 结论与展望
5.1 研究结论
晋南炼铁厂通过“管理体系重构 - 原燃料技术优化 - 操作制度创新 - 数据闭环改进”的协同实践，成功破解燃料比高企难题，验证了技术与管理融合在高炉能效提升中的有效性。实践表明：
原燃料精细化管控可降低能耗损失10% - 15%；
操作制度创新能提升能源转化效率8% - 12%；
数据驱动机制则缩短优化周期30%以上。
5.2 未来展望
后续将深化人工智能、数字孪生等技术在高炉的应用，构建“全流程 - 全要素”智能优化系统；优化氢能、探索生物质能等低碳燃料替代技术，进一步降低燃料比与碳排放，为钢铁行业“双碳”目标实现提供更优路径。
6 参考文献
[1] 王筱留. 高炉炼铁过程优化与节能降耗[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2020.
[2] 中国钢铁工业协会. 2025年中国钢铁工业发展报告[R]. 北京: 中钢协, 2026.
[3] 李福民. 烧结矿粒度对高炉透气性影响研究[J]. 钢铁研究学报, 2024, 36(3): 1 - 6.
[4] 张福明. 高炉焦炭质量对高炉煤气流分布及透气性的影响[J]. 钢铁, 2022, 47(6): 10.13328/
[5] 张福明等. 炉缸活跃度对高炉能耗的影响机制[J]. 中国冶金, 2025, 35(2): 45 - 50.
