魏志江

河鋼宣鋼

摘要：本文系統研究了2025年以來鋼鐵行業鐵前系統新技術的應用實踐，重點分析了先進工藝創新、智能裝備升級、減污降碳技術和數字化技術應用四個關鍵領域的發展現狀。研究表明，通過精細化操作手冊編制、鐵焦燒一體化改革、智能裝備集成、能源高效利用及數字化管控平臺建設等創新實踐，鋼鐵企業能夠實現鐵水成本顯著降低、生產效率大幅提升和環境績效持續改善。陜鋼集團通過編制近1400頁的《煉鐵技術與管理》精細化手冊，2025年1-8月實現鐵前系統創效1.34億元；鞍鋼股份鲅魚圈分公司通過"鐵焦燒一體化"改革，生鐵成本顯著降低；日照鋼鐵全流程智能工廠項目預計每年可降低綜合成本約1.8億元。隨著《鋼鐵行業穩增長工作方案（2025—2026年）》的實施，鐵前技術將朝著智能化、綠色化、高端化方向深度融合，進一步推動鋼鐵行業高質量發展。

關鍵詞：鐵前系統；新技術應用；智能化改造；減污降碳；數字化技術

1.前言

鐵前系統作為鋼鐵生產的關鍵環節，涵蓋原料處理、燒結、球團、焦化及高爐煉鐵等全過程，其運行效率直接決定了鋼鐵企業的生產成本與市場競爭力。當前，在全球經濟復蘇乏力、國內需求收縮、行業效益下滑的多重壓力下，鋼鐵企業面臨著前所未有的成本壓力與環保挑戰。為應對這些挑戰，推進鐵前系統技術創新與轉型升級，已成為鋼鐵企業生存與發展的必然選擇。2025年9月22日，工業和信息化部、自然資源部、生態環境部、商務部和市場監管總局五部門聯合印發了 《鋼鐵行業穩增長工作方案（2025—2026年）》 ，為鋼鐵行業未來兩年的發展提供了明確指引。該方案強調通過技術創新、數字化轉型和綠色低碳改造提升鋼鐵行業發展質量。在此背景下，本研究結合最新政策要求，系統梳理鐵前新技術的應用實踐，分析其成效與經驗，為行業轉型升級提供參考借鑒。

2.先進工藝創新與應用實踐

2.1精細化操作與標準化管理

鋼鐵企業通過制定精細化操作手冊和標準化管理流程，實現了鐵前系統生產過程的精準控制。陜鋼集團創新性地采用"一企一策、一爐一策"原則，深入分析近十年歷史生產數據，歷經74次評審和168處修訂，最終形成了覆蓋檢化驗、爐料優化、倉儲、燒結、煉鐵全流程的近1400頁《煉鐵技術與管理》精細化手冊。該手冊通過"三維驗證法"確保每個操作參數和流程環節清晰可行，成為技術人員的"工具書"和一線職工的"操作指南"。

這一精細化管理的成效顯著，2025年1-8月，某鋼集團鐵前系統共計創效1.34億元，噸鋼創效20.62元/噸。其中，某某鋼公司創效9830萬元，噸鋼創效20.3元/噸；某某某鋼公司創效3594萬元，噸鋼創效21.71元/噸。

2.2鐵焦燒一體化協同優化

（1）鐵焦燒一體化是近年來鐵前系統工藝創新的重要方向。鞍鋼股份鲅魚圈鋼鐵分公司以"焦鐵整合"為突破口，對原煉焦部與煉鐵部實施整合，成立新的煉鐵部，打破了傳統管理壁壘，構建起高效協同的生產鏈條。這一改革實現了原料、燒結、球團、焦化、高爐等各工序的集中統一管理，推動生產模式從"分散發力"成功轉向"聚指成拳"。

（2）在"鐵焦燒一體化"的推動下，生產協同效應持續釋放：在降本增效方面，嚴控焦炭質量、優化配煤結構，減少高價焦煤使用；在節約能耗方面，推動余熱、煤氣跨工序高效調配，僅焦爐煤氣消耗就減少9500m³/h；燒結環冷余熱發電能力提升25.03%，年創效近900萬元。此外，通過開展燒結"降漏風"攻關，A系列燒結機漏風率實現大幅降低，年創效超790萬元。整合后，2024年生鐵成本顯著降低，2號高爐和燒結B系列同時創造了單機年產紀錄。

鐵前系統一體化改革成效對比見表1。 

表1. 鐵前系統一體化改革成效對比

3.智能裝備升級與集成優化

3.1智能控制系統與自動化裝備

(1)智能控制系統是鐵前系統智能化改造的核心。日照鋼鐵集團在全流程智能工廠建設中，實現了高爐休風、點火等復雜操作的一鍵完成。通過高爐智能調煤、高爐智能變料等6項創新模型，實現了生產決策從經驗判斷到數據驅動的跨越。該公司開發的鐵前物料跟蹤系統，能實現從礦石入廠到鐵水出爐的全流程數字孿生，使配料計算全部線上完成，異常報警響應速度提升50%。通過智能排程系統，高爐日產量預計提升2%，燃料比降低5kg/t。

(2)方大特鋼構建的工業互聯網驅動的鐵前一體化智能管控平臺，以工業互聯網平臺構建數字底座，實現焦化、燒結、球團、煉鐵全工序的數字化協同管控，涵蓋鐵前MES系統、工業互聯網數采平臺、可視化監控三大核心功能模塊。這一平臺可實現生產數據實時采集與分析、生產過程動態監控、異常情況實時預警等功能，為企業生產向精細化、智能化升級提供支撐。

3.2集中操控與崗位優化

（1）智能裝備的集成應用促進了崗位優化和組織效率提升。日照鋼鐵鐵前集控大廳打破物理邊界及組織邊界，將原來分散在各區域的105個崗位、315個操作人員融合至大廳集中操控。運用掌上工廠即時共享生產物料、設備狀態等信息，促進各崗位之間高效協同，實現鐵區一體化管理。正如日照鋼鐵控制室技術員梁興迎所述："就像高爐出現爐溫波動，系統會自動推送、觸發報警，我們在辦公區就能隨時遠程查看熱風爐參數，由原來的40分鐘，變為現在的幾分鐘之內就能完成工藝調整"。

（2）鞍鋼股份鲅魚圈分公司在智能裝備升級的同時，同步推進人才管理改革，實施"三位一體"考核，選拔16名年輕干部、聘任78名技術人才。設備管理方面，建立"長周期同步檢修"模式，備件共享和修廢利舊節約超340萬元。這些舉措不僅提升了設備效率，還優化了人力資源配置，實現了設備與人員的高效協同。

表2. 鐵前系統智能裝備升級成效對比

4.減污降碳技術與環境友好發展

4.1節能技術與能源高效利用

(1)面對全球氣候變化和"雙碳"目標要求，鋼鐵企業積極推行節能技術和能源高效利用措施，降低能耗和碳排放。日照鋼鐵通過智慧能源系統，通過2000+個計量儀表和200多個AI模型，實現能源成本數據自動計算，報表數據自動統計，勞動效率至少提升3小時。未來隨著更多功能上線，成本結算從原來的中午12點提前至早上6點，勞動效率將提升6小時。通過數據與管理的融合，可實現電力需量降本、燃氣發電增效、新水消耗降本，外購電需量預計從月均24萬KW降低至20萬KW，煤氣發電熱效率提升8‰。

(2)據預計，日照鋼鐵全流程智能工廠項目正式投入運營后，每年可降低綜合成本約1.8億元，降低能耗約6萬噸標煤，噸鋼能耗降低15%、碳排放減少17萬噸。這些數據充分展示了智能技術在節能降碳方面的巨大潛力。

4.2先進減排技術與裝備升級

(1)在污染物治理方面，鋼鐵企業通過裝備升級實現源頭減排。日照鋼鐵深刻踐行"裝備升級是基礎"的理念，堅決關停小高爐、小轉爐等低效高耗裝備，并加快設備更新和技術改造步伐。目前公司成功建設了行業內極具競爭力的3000立方米級高爐和300噸級轉爐示范群。這一戰略性的裝備升級，實現了多重跨越：工藝技術水平和能源利用效率得到顯著提升，為產品結構向高附加值、綠色化成功轉型奠定了堅實的物理基礎。

(2)日照鋼鐵核心的ESP（無頭帶鋼）技術本身就具有顯著的降碳、節能、節水效果。作為目前世界最大ESP超薄帶鋼基地和國內首家全面掌握ESP核心技術的企業，日鋼"ESP技術集成創新及應用"達到國際領先水平。相較傳統熱軋流程，ESP技術實現噸鋼能耗降低70%以上、二氧化碳排放降低80%以上，產品具備優異的"以熱代冷"特性、顯著的結構輕量化優勢和突出的節能減排效益，年節約標準煤超50萬噸，減排二氧化碳約140萬噸，在行業內樹立了"以熱代冷、高強減薄、節能減排"的標桿示范。

5.數字化技術應用與智能管控平臺建設

5.1數據集成與決策支持

(1)數字化技術應用是鐵前系統轉型升級的核心驅動力。日照鋼鐵將二十余年積累的煉鋼經驗與技術，"翻譯"成數字化語言，"喂"給人工智能大模型。檢測設備實時采集火焰形態、煙氣成分等關鍵信息，大模型據此自動計算最優加料量與時機，精準調控轉爐冶煉。如同神經中樞的智能集控系統，通過解析百萬級實時數據點，將老師傅的經驗轉化為毫秒級的精準指令。

(2)陜鋼集團通過數字化技術構建了全流程協同機制，實現了各個系統大融合，讓信息化覆蓋全廠?；阼F前系統一體化智能管控平臺的構建，管理人員可及時、全面地查看全廠各類數據信息，實現勞動生產率提升，運營成本下降。這種全方位的數字化管控，不僅提高了生產效率，還降低了運營成本，為企業創造了顯著的經濟效益。

5.2人工智能與機器學習應用

(1)人工智能和機器學習技術在鐵前系統中的應用正在不斷深入。日照鋼鐵開發的智能化工藝控制體系，確保比人工更高效、精準、全面的質量控制。該公司技術中心主任鄭旭濤解釋："鋼鐵生產的每道工序都包含眾多工藝點，往往需要多輪試驗來不斷完善。以往，試驗偏差主要依賴有經驗的老師傅人工捕捉，但人工監測難免百密一疏。如今，借助數智化平臺的大模型，一旦試驗出現偏差，系統立即自動預警"。

(2)更巧妙的是，上游工序的異常信息能自動傳達至下游工序，讓下游工序在同一次試驗中有機會及時補救，使產品質量控制精準度大大提升。這種人工智能技術的應用，為企業數字化轉型提供了核心技術支撐，實現了生產過程的精準控制和優化。

鐵前系統數字化技術應用效果見表3。

表3. 鐵前系統數字化技術應用效果

6.高球團配比實踐

（1）中國作為全球最大的鋼鐵生產國，鋼鐵行業碳排放量占全國碳排放總量的15%左右，是實現"雙碳"目標的關鍵領域。在鋼鐵生產過程中，煉鐵環節的能耗和碳排放占比超過70%，是減排的重點環節。傳統高爐煉鐵工藝中，燒結礦占比較高，通常超過80%，而球團礦占比不足20%。然而，燒結礦的生產過程碳排放量大，每生產1噸燒結礦的碳排放量高達400余千克，相比之下，球團礦的碳排放量僅為燒結礦的三分之一。因此，提升球團礦在高爐冶煉中的占比，成為鋼鐵行業實現碳減排目標的關鍵路徑。在"雙碳"戰略推動下，中國鋼鐵行業正加速從"規模效益"向"質量效益"轉變，優化爐料結構、提高球團礦比例已成為行業共識。

（2）球團礦生產過程的能耗和排放遠低于燒結礦。研究表明，每生產1噸燒結礦的碳排放量高達400余千克，而球團礦的碳排放量僅為燒結礦的三分之一，即約133千克。以年產500萬噸的球團生產線為例，相比同等規模的燒結礦，年碳減排量可達133.5萬噸，減排效果顯著。此外，球團工序能耗也明顯低于燒結工序，鞍鋼集團采用第三代帶式焙燒球團技術建設的400萬噸球團產線，工序能耗低于14kgce/t，能耗下降55%，碳排放減少70%。

表4.球團礦與燒結礦能耗及排放對比

（3）球團礦具有鐵品位高、化學成分穩定、機械強度好等特點，可有效提高高爐利用系數，降低焦比。攀鋼集團西昌鋼釩公司應用高比例球團礦冶煉技術后，2025年一季度高爐冶煉球團礦配比提升至54%，燃料消耗降低了4%，生鐵成本首次實現降幅目標，行業排名較去年上升了九位。球團礦的均勻粒度和良好還原性有助于改善高爐內煤氣分布，提高還原效率，從而降低燃料消耗。

（4）球團生產工藝可消納鋼鐵廠自身產生的含鐵塵泥等固體廢棄物，實現資源的循環利用。南鋼開發的"帶球產線高比例配加含Zn塵泥生產煉鋼化渣劑的技術"，成功將含鋅塵泥等固體廢棄物應用于球團生產，既解決了固廢處理難題，又降低了生產成本。這種資源化利用模式既減少了原生資源消耗，又避免了固廢堆存帶來的環境問題，實現了經濟效益和環境效益的雙贏。

（5）在雙碳目標推動下，我國球團礦產能呈現持續擴張態勢。2025年上半年，多地百萬噸級球團項目相繼獲批建設。根據統計數據，2025年5月，我國38家球團礦生產商上周球團礦產量127.68萬噸，周環比減少1.13萬噸，減少0.88%，但同比仍增長3.50%。這表明我國球團礦產能整體保持穩定增長。

表5. 2025年中國球團礦重點項目概況

表6.帶式焙燒機與鏈篦機-回轉窯技術指標對比

（6）在全球“雙碳”戰略驅動下，鋼鐵工業作為碳排放重點領域亟需綠色轉型。傳統高爐煉鐵以高堿度燒結礦為主，但其工序能耗高、污染排放大?。堿性球團礦（堿度R>0.4）憑借高品位、低渣量、強還原性的優勢，成為優化爐料結構的核心路徑。據實踐數據，球團工藝的能耗與CO?排放僅為燒結工序的50%和30%?，鞍鋼應用第三代帶式焙燒機技術后碳排放降低70%?。本文系統分析堿性球團生產機理、高爐配加實踐及技術挑戰，為鋼鐵行業低碳冶煉提供理論支撐與工程范式。

（7）首鋼京唐的爐料結構深度重構。 一是通過建設504m²帶式焙燒機，球團比例從28%增至50%以上??；二是采用“高堿度堿性球團+低硅燒結礦”模式，爐渣堿度穩定在1.15-1.25；三是2019-2020年生產數據顯示其5500立方米高爐的利用系數達2.29，焦比277-305kg/t?。

表7. 部分企業的高比例堿性球團配加情況和效果表

（8）堿性球團高比例應用是鋼鐵低碳轉型的必然選擇。實踐表明：一是帶式焙燒機技術是實現大規模生產的關鍵，鞍鋼項目驗證其降碳70%的潛力；二是爐料協同優化是核心，需平衡堿度（R=0.6-1.0）、粒度（＞12mm）及MgO含量（1.5%-2.0%）；三是全流程數字化是保障，通過碳管理平臺打通球團-高爐數據鏈。未來需深化氫冶金耦合與標準體系建設，推動球團比例向60%以上突破，為鋼鐵業碳中和提供核心支撐。

7.高爐銅鋼復合冷卻壁

（1）銅鋼復合冷卻壁結合了銅材料優良的導熱性和鋼材料的結構強度，有效解決了傳統銅冷卻壁易熱變形、水管開裂及成本高昂的問題。研究表明，銅鋼復合冷卻壁熱面溫度比鑄鋼冷卻壁低約520℃，熱變形比傳統銅冷卻壁降低25.8%-51.8%，在高溫環境下表現出優越的穩定性和長壽特性。高爐的爐腹、爐腰及爐身下部區域因承受極高的熱流密度和機械負荷，是高爐安全長壽運行的限制性環節之一。

（2）針對這一高熱負荷區域，目前普遍采用銅冷卻壁以提高其耐久性。然而，高爐銅冷卻壁的實際使用壽命通常在5至7年之間，與高爐整體壽命15年以上的目標相比仍有較大差距，這嚴重制約了高爐的安全穩定運行。純銅材料的導熱系數是鑄鐵或鑄鋼的9至14倍，滿足了高熱負荷區域對冷卻效率的苛刻要求。然而，由于高爐運行環境惡劣，銅冷卻壁在國內的應用并不理想，普遍面臨磨損、燒損、水管開裂等問題，嚴重影響了其長壽化應用。為解決傳統銅冷卻壁面臨的問題，銅鋼復合冷卻壁應運而生。這種新型冷卻壁結合了銅材優越的導熱性能和鋼材優良的機械強度，不僅降低了制造成本，同時提高了抗熱變形能力，成為高爐長壽技術的重要發展方向。

（3）銅鋼復合冷卻壁已有60多座高爐在應用，得益于其領先的技術和顯著的效益。一是核心技術：該產品采用爆炸焊接技術，將無氧銅的高導熱性和鋼材的高強度結合在一起，解決了傳統純銅冷卻壁易變形、成本高的問題，這項技術曾被中國金屬協會鑒定為"國際領先水平"；二是應用效果：根據承德釩鈦的實踐，該冷卻壁展現出抗變形、防切管、漏水率低等優點，維護更方便，預計使用壽命可達12年以上，是原有純銅冷卻壁的2倍；三是經濟效益：除了性能優越，它的成本只有純銅冷卻壁的80%左右，據估算，一座2500m³高爐在一個生命周期內可節省超過2400萬元的費用，該技術因此在2020年獲得了"冶金科學技術獎一等獎"。

(4)銅鋼復合冷卻壁作為高爐長壽技術的重要創新，通過有機結合銅材料優越的導熱性能和鋼材料良好的機械強度，有效解決了傳統冷卻壁在高熱負荷區域面臨的技術難題。研究表明，銅鋼復合冷卻壁不僅具有接近傳統銅冷卻壁的傳熱性能，熱面最高溫度比鑄鋼冷卻壁低約520℃，而且在抗熱變形能力方面表現優異，熱變形量比傳統銅冷卻壁降低25.8%-51.8%。

(5)宣鋼、承鋼、某鋼等企業的工業應用實踐表明，銅鋼復合冷卻壁能有效適應高爐惡劣的工作環境，解決冷卻壁破損、水管開裂等問題，顯著延長高爐使用壽命。通過優化冷卻壁結構設計、建立合理的操作制度和完善的在線監控維護體系，銅鋼復合冷卻壁的使用壽命可延長至18年以上，為高爐安全長壽運行提供了可靠技術保障。

（6）某鋼的2800m³高爐使用實踐證明，鋼銅鋼復合冷卻壁的熱面鋼層有效抵御了爐料沖刷，其同層實測年均磨損率低至3.06mm/年，僅約占鑄鋼復合冷卻壁9.35mm/年的1/3和純銅冷卻壁11.84mm/年的1/4。

(7)未來，隨著材料技術的進步、結構設計的優化以及智能監控系統的應用，銅鋼復合冷卻壁技術將繼續創新發展，為推動高爐長壽化和鋼鐵工業可持續發展發揮重要作用。銅鋼復合冷卻壁的成功應用實踐，為中國乃至全球鋼鐵工業的高爐長壽技術提供了寶貴經驗和重要借鑒。

8.結語

本研究系統分析了鐵前系統在先進工藝、智能裝備、減污降碳和數字化技術等方面的創新實踐。研究表明，通過精細化操作、鐵焦燒一體化、智能裝備升級和數字化管控等技術創新，鋼鐵企業能夠實現鐵水成本顯著降低、生產效率大幅提升和環境績效持續改善。這些創新實踐為鋼鐵行業應對當前挑戰、實現可持續發展提供了有效路徑，與《鋼鐵行業穩增長工作方案（2025—2026年）》的政策導向高度契合。

9.展望

基于當前鐵前技術的發展趨勢和《鋼鐵行業穩增長工作方案（2025—2026年）》的要求，未來鐵前技術創新將主要圍繞以下方向展開：

（1）智能化深度融合。隨著人工智能、大數據、數字孿生等技術的發展，鐵前系統將實現更高水平的智能化。高爐人工智能管控技術將從單點應用向全流程覆蓋拓展，實現生產過程的自主決策和優化控制。未來，更多的鋼鐵企業將像日照鋼鐵那樣，建設全流程智能工廠，實現生產過程的全面智能化升級。

（2）綠色化持續升級。在"雙碳"目標背景下，鐵前系統將更加注重節能降碳和環境保護。極致能效技術將成為行業關注焦點，通過能源梯級利用、工藝優化創新等手段，持續降低能耗和碳排放。同時，循環經濟模式將得到更廣泛應用，實現資源的高效利用和廢物的最小化。

（3）高端化產品開發。隨著市場需求的變化，鐵前系統將更加注重高端產品的研發和生產。通過工藝創新和質量精準控制，生產更多高端精品鋼，滿足航空航天、新能源汽車等高技術領域的特殊需求。陜鋼集團已開始重點擴大圓鋼、帶鋼、型鋼等創效產品的經營布局，精準匹配市場需求。

（4）產業鏈協同優化。鐵前系統將突破企業邊界，實現與上下游產業的協同優化。通過供應鏈數字化整合，實現從原料采購到產品交付的全鏈條優化，提升整體競爭力。鞍鋼股份鲅魚圈分公司的"鐵焦燒一體化"改革已為這種協同優化提供了成功案例。

鐵前系統技術創新是鋼鐵行業高質量發展的關鍵。面對未來的挑戰與機遇，鋼鐵企業應加大科技創新投入，深化數字化轉型，推動綠色低碳發展，不斷提升核心競爭力，為實現鋼鐵強國目標奠定堅實基礎。

參考文獻

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