高炉炼铁对入炉含铁原料的质量要求
高炉炼铁对入炉含铁原料的质量要求，随着炼铁技术的进步不断提高。在20世纪50年代，为了保证高炉炼铁有一个一般水平的指标，中国就制订了一条规范：入炉铁矿石品位应≥50%。并提出“高炉是炼铁，不是炼渣”的说法。和其他产业一样，对使用的原材料都有一定的质量要求，这也是高炉炼铁最原始的“精料”概念。随着富块矿资源的越来越少，大量采用粉矿烧结时，作为人造富矿的烧结矿比生料块矿给高炉带来了更多好处。同时为了高炉生产的“增铁节焦”和改善烧结矿性能，开始在烧结料中配加石灰石和白云石，从而减少高炉中因碳酸钙分解的热量耗损和改善炉料性能而生产自熔性烧结矿、熔剂性烧结矿和高碱度烧结矿。为了达到增铁节焦的最大效果，在中国开始了100％“自熔性烧结矿”的高炉炼铁时代。但根据米列尔博士和中国孔令坛老师的大量试验研究和生产实践的经验：当满足高炉冶炼炉渣碱度时，烧结矿的碱度（CaO/SiO２）应为1.4～1.6左右。但此时烧结矿的强度处于最低点，烧结矿极易粉化，对高炉内的透气性和气流分布极为不利。因此提出了精料和合理的炉料结构问题。
高炉炼铁“合理的炉料结构”这一理论概念和实践，在20世纪80年代的宝钢建设开始就十分重视。日本在70年代钢铁工业崛起，钢铁生产技术达到世界领先的水平，对高炉炼铁不但实现了大型化，而且对合理炉料结构的研究取得了成功经验。在采用进口澳大利亚矿的原料供应条件下，根据新日铁的经验确定了：80％烧结矿+15％球团矿+5％富块矿的炉料结构，并进入了工业性试验研究。这一模式的优点是：100％的粉矿烧结生产烧结矿，同时烧结矿碱度为高碱度熔剂性（R=l.8），以生产优质铁酸钙为黏结相的烧结矿，避免了采用自熔性烧结矿强度低，不能满足大型高炉的要求。为了满足高炉冶炼炉渣碱度的要求，另配加进口酸性球团矿和高品位块矿。高质量的烧结矿、优质的巴西球团矿和高品位的块矿，实现了合理的炉料结构，为宝钢炼铁技术的先进性打下了坚实的基础，后来在国内得到广泛的模仿和推广。但是这炉料结构模式也不能生搬硬套，也不是一成不变的，高炉合理炉料结构没有统一的模式，与铁矿资源和铁矿加工工艺方式密切相关。对于不同国家和地区的不同高炉，高炉合理炉料结构是不同的，具有优良性能的高炉炉料结构，有利于高炉操作及冶炼。即使同一地区的同一高炉，在不同的时期内，其合理的炉料结构也可能是不同的。围绕高炉高效优化生产，以工艺技术最优化、经济效益最佳化为原则，确定烧结矿、球团矿、块矿等含铁原料的冶金性能，探索合理的炉料结构，是高炉高效优化必要的物质基础。实现精料和合理的炉料结构的目的就是为了获得高炉炼铁更好的技术经济指标，从而获得最佳的节能减排效果和良好的经济效益。选择合理的供料、用料方案和先进加工方法，达到入炉含铁炉料的最好质量指标是确定合理炉料结构的基本原则。
1 炉料结构的合理性在高炉炼铁节能减排中的效果和地位
钢铁生产节能减排的关键在精料。而最重要的是高炉炼铁要实现精料，首先是入炉料的质量。现代炼铁主要的质量指标是：铁品位高、粒度的规则和小而匀、足够高的强度、低FeO含量、良好的还原性、烧结矿低温还原粉化性能、球团矿还原膨胀性能、块矿的热裂性能和高温软化熔融性能等冶金性能指标、化学成分稳定、脉石成分易于造渣、有害杂质少等。这些指标的目的就是为了实现代高炉炼铁的炉料质量“新概念”：低渣量，大幅减少熔渣消耗热；改善高炉内煤气流的合理分布，发展间接还原；同时为多喷煤和高风温的使用创造良好的条件。为了真正能达到这一目的，在原料供应保证的前提下就要选择最合理的炉料加工工艺，并在保证质量的前提下，要体现经济的合理性：投资、产品本身和使用的效益。由此而构建起具体的合理炉料结构。合理的炉料结构是精料技术的极为重要的组成部分，也是发挥炉料效果的可靠保证。
钢铁生产的能耗和物料消耗的70％左右在炼铁及铁前工序，燃耗更是如此。影响高炉能耗高低的70％的因素是在“精料”。
“精料”原则中重要一点是采用球团矿并实现合理炉料结构，也是降低炼铁能耗最重要的技术措施之一。
2 炉料结构的新概念
2.1现代烧结是精料加工厂
早期的高炉炼铁采用富块矿入炉，随着粉矿来源的越来越多和钢铁生产过程产生的含铁粉尘（泥）的回收利用就产生了烧结这一造块的铁矿加工工艺技术。采用高温液相黏结造块和回收一切含铁原料用于高炉炼铁，进行钢铁生产，成了这一工艺技术的优势和特点。但是发展到今天，现代烧结厂不再仅仅停留在“造块”这个功能上，在技术功
能有了更大的提升和拓展，在本质上发生了极大的变化。作为现代炼铁生产必不可少的组成部分和实现精料的主要手段，现代烧结工厂已是高炉炼铁的“精料”加工厂。为了满足高炉炼铁日益增长的先进技术的要求，并达到增铁、节焦、大型化发展、高喷煤、高风温和自动化以及节能减排等一系列技术经济和重大国民经济发展的要求，对目前高炉炼铁能起到最根本作用的炉料中，最大用量的烧结矿提出了更加严格的要求。所以在烧结矿生产中起码应做到：
1）不应采用细精矿作烧结主要原料和配加料。细精矿烧结不但产量低、质量差（强度低、还原粉化严重）而且严重污染工厂环境。这一落后技术的存在是由于当时不掌握现代球团矿的生产技术和钢铁生产规模较小，粗放式、低水平发展情况下的产物。在此期间，烧结工作者做了许多研究和攻关工作，如厚料层烧结法、高碱度烧结矿的生产，使铁精矿烧结的各项技术经济指标有了一些改善，但未能从根本上作出明显的改变，消除其根本性的缺陷。
2）不应再配加含铁品位低、有害杂质高、对烧结矿质量和高炉冶炼不利影响的各种杂料，如用于护炉的钒钛磁铁精矿、钢铁生产过程产生的各种粉尘（泥）等，使烧结矿生产成为现代高炉真正的、名副其实的精料加工厂。
2.2 球团具有更优越的冶金性能
对于经过细磨精选而获得的高品位细精矿和足够细的高品位矿（如巴西球团粉），最合理的加工工艺是球团法。细精矿的球团矿生产技术，是一项晚于烧结，但技术含量更高、更科学、更精正的造块技术。在质量和冶金性能方面球团矿更优于烧结矿，因而在原料条件满足的情况，高炉炼铁应多吃球团矿，即增加球团矿在高炉炼铁炉料结构中的比例。球团矿生产在技术和投资方面略高于烧结，但其本身的生产效果和钢铁生产的总体效果远高于烧结。所以说球团矿生产是钢铁生产节能减排的重大技术措施，这一论点已被实践广泛地证实。世界上高炉炼铁最好的节能减排指标是由采用50％和100％球团矿的欧盟高炉炼铁实现的。芬兰Ruukki（鲁基）冶金公司的Raahe厂进行现代改造，为了降低生产成本、减少高炉炼铁对环境的污染和降低能源消耗，决定在2011年底关闭烧结厂，以球团矿代之。当然对不同的炉料结构有着不同的操作方法和技术，同样也具有科学性、具体的针对性。球团矿在炉料中的比例在不断增加，这已是高炉炼铁节能减排技术发展中的趋势。
另外必须强调的是球团矿的质量问题。球团矿的优越性是由其质量的好而得以实现的，并不是一切球团矿都好。现代球团矿的生产，不但能保证其高质量，而且还可以生产酸性的、熔剂性的、含氧化镁的等多品种球团矿满足炼铁生产节能减排的要求。为了保证球团矿的质量和自身生产的优化，也不应在球团矿生产中配加各种低品位、含有害元素的含铁原料和钢铁生产过程中产生的各种粉尘。
2.3 低品位含铁原料加工成预还原金属化炉料来应用，对高炉炼铁节能减排有利
在实际的钢铁生产中，少量低品位含铁原料的使用是不可避免的，在钢铁生产过程中必然有一定量的含铁、碳的尘、泥产生。这些资源必须回收利用，实现循环经济。这些对烧结和球团生产不利的“杂料”在先进的钢铁生产中，都采用生产成（预还原）金属化炉料，供高炉冶炼使用。通过预还原使其铁品位得到大幅提升，呈金属态，而且对高炉冶炼十分有害（侵蚀炉衬、循环富集结瘤、破坏焦炭质量、破坏高炉顺行）的锌、锡、铅、钾、钠等有害元素有效脱除。这样的预还原炉料在高炉中也不再需要还原，对高炉节焦（能）十分有利。另外，在预还原过程中可以回收锌，形成的高品位锌精矿具有很高的经济价值，可获得更高的经济效益。这一技术在日本、美国、德国都有实践成功的先例。目前在中国也已开始这方面的工业实践，也显现出良好的效果。其中广泛采用的方法是采用转底炉（RHF）来生产预还原块状炉料，也可采用回转窑还原工艺。目前需要进一步改进的是如何尽可能提高预还原金属化率，才能取得更好的冶炼效果。铁的金属化率应在85％以上，脱锌率应在90％以上。
3 结语
综上所述，合理的炉料结构对高炉炼铁节能减排起到了最基本和十分重要的作用。我们必须认真研究和解决好高炉炼铁的炉料结构问题。合理的炉料结构新概念的典型应体现以下几个方面：
1）富矿粉，宜采用烧结工艺生产优质烧结矿。烧结工厂是为高炉节能减排、实现精料的加工厂，而不再是铁原料综合回收利用的工厂。
2）细磨铁精矿的炉料加工应采用球团矿生产工艺，生产优质的球团矿，满足高炉炼铁节能减排的需求。
3）钢铁生产过程中产生的、数量不少的含铁尘泥和必须使用的低品位铁料和矿粉，应生产成金属化率高、有害金属元素残存率低、粒度均匀的块状炉料供高炉使用，达到铁资源的回收和综合利用，实现循环经济的目的。
4）高炉炼铁炉料结构基本模式为：富矿粉烧结矿+细精矿球团矿+预还原金属化球团+高品位块矿。其比例将根据原料来源和种类、可供应量、采购和使用成本，并经综合经济评价系统的评价来确定。但切忌只按高炉炼铁使用成本的节约量来确定，这种计算方法十分片面。优质球团矿、预还原炉料对冶炼的有利效果以及作为生料和低品位铁矿石对冶炼的不利效果都应予以正确考虑。坚持多吃块矿和低品矿，降低生产成本的做法，只能说明其分析问题的表面性和技术的落后性。从高炉炼铁“多吃熟料，提高熟料率”的基本精料观点出发，还是要控制和减少生矿的用量。