高爐是鋼鐵制造流程中的關鍵生產工序，是鐵素物質流轉換的核心關鍵單元，是能源轉換和能量流網絡的核心單元。高爐煉鐵生產成本約占鋼鐵制造成本的70%~75%，能源消耗約占鋼鐵綜合能耗的70%。由此可見，高爐煉鐵在鋼鐵制造流程中的作用至關重要，其地位舉足輕重。面對當前日益嚴峻的形勢和挑戰，高爐煉鐵工藝要實現可持續發展，必須在高效低耗、節能減排、清潔環保、循環經濟、低碳冶金、綠色發展等方面取得顯著突破，需要進一步提高風溫、降低燃料比，以增強高爐煉鐵技術的生命力和競爭力。
功能解析
高爐煉鐵工藝在大型化、高效化、長壽化、智能化、集約化等方面取得了重大技術進步，已經發展成為目前鐵氧化物還原效率最高的鐵冶金工藝。高爐的主要功能也隨其技術發展在不斷地演進，高爐煉鐵功能解析如下：
還原器和滲碳器。高爐是以焦炭為燃料和還原劑，將鐵礦石還原成液態生鐵的工藝裝置，屬于典型的豎爐型反應器，在下降爐料與上升煤氣流的相向運動過程中，實現高爐冶金過程的“三傳一反”。而豎爐高溫還原過程賴以順利實現的前提，是焦炭料柱的存在和其不可取代性，這就決定了在高爐內還原過程進行的同時，總是伴隨有不同程度的滲碳過程。
熔化器和質量調控器。高爐最主要的功能就是為轉爐提供優質的液態生鐵，這是轉爐煉鋼賴以存在的基礎，高爐從以鐵氧化物為鐵素源的固態礦物中還原而得到液態金屬鐵，因此，它具有熔化器的功能。而且，高爐連續還原出鐵水的方式決定了它是一個連續的鐵水供應器。與此同時，高爐煉鐵工藝過程，對鐵水的質量具有重要的調控功能，可以通過高爐操作穩定控制鐵水的溫度、成分及其偏差，特別是控制鐵水中[S]、[Si]的含量保持在合理的范圍內。
能源轉化器。高爐生產過程中，伴隨著巨大的能源消耗和能量轉換過程，其特點是將焦炭、煤粉、天然氣、重油等化學能轉化為高爐產出物（鐵水、熔渣和高爐煤氣）的物理顯熱和化學能，因此高爐具有能源轉換器的功能。隨著高爐節能技術的進步，TRT和其他余熱、余能回收利用技術的實施，使得高爐作為能量轉換器的功能愈顯突出。高爐工序是目前鋼鐵制造流程中最大的能源轉換工藝單元，是能量流網絡構建的中樞。
消納固體廢棄物。高爐煉鐵工藝除了具有冶金功能之外，還具有消納大宗固體廢棄物的功能，包括利用焦化工藝和高爐噴吹處理廢塑料，燒結利用鋼鐵廠粉塵造塊，高爐噴吹除塵灰，利用焦爐熱解處理城市生活垃圾等。
流程集成與結構優化
動態精準設計。新一代鋼鐵廠工程設計的理論必須建立在符合其動態運行過程物理本質的基礎上，特別是生產流程的動態有序、協同連續、準連續運行中的運行動力學理論基礎上。高爐動態精準設計應以先進的概念研究和頂層設計為指導，運用動態甘特圖（Gantt Chart），考慮高效協同的界面技術，實現動態有序、協同連續/準連續的物質流設計和高效轉換、及時回收利用、節能減排的能量流設計，在更高的層次上體現鋼鐵制造流程實現鋼鐵產品制造、高效能源轉換和消納廢棄物并實現資源化的三大功能。
流程網絡。流程網絡的構建是現代高爐設計的一個重要內容。必須擯棄傳統高爐設計粗放、孤立、靜止的模式和慣例，構建基于動態精準運行的流程網絡，實現高爐煉鐵的功能優化、結構優化和效率優化；實現鋼鐵廠流程結構優化條件下的高爐大型化，構建鋼鐵廠物質流、能量流、信息流流程網絡系統優化的動態精準運行體系。現代高爐設計要著力建構基于串聯—并聯結合、簡便—順暢—高效的物質流網絡，基于輸入—輸出、高效轉換、耗散最小的動態能量流網絡以及簡捷—高效、協同—調控的信息流網絡。
界面技術的優化。在高爐煉鐵工程設計中，由于上、下游工序/裝置的界面技術合理化，容易實現生產過程的組織協調；容易實現生產過程、調度過程的信息化；并使裝置、設備的生產速率高，生產效率更高，單位產能的投資也最省。典型的界面技術包括以“一罐到底”鐵水直接運輸為代表的煉鐵—煉鋼界面技術，以集約高效、連續緊湊的無中間料倉原燃料直接輸運為代表的燒結—高爐、焦化—高爐界面技術。
關鍵共性技術
流程集成創新。應根據鋼鐵廠整體流程結構的合理性、高效性、經濟性綜合考慮確定鋼鐵廠產能，進而再據此確定高爐的產能、數量和容積。考慮到物質流、能量流和信息流網絡結構的優化，一個鋼鐵廠配置2座~3座高爐是適宜的選擇，鋼鐵廠流程結構優化條件下的高爐大型化是未來高爐的發展方向。
優化總圖設計。高爐總平面圖不僅體現的是平面工藝布置，還體現了空間關系和時間關系，其實質是物質流和能量流的運行路徑和軌跡。物質和能量在幾何空間內的運動，必須實現路徑最短、阻損最低、效率最高、耗散最小的“層流式運動”。鋼鐵制造流程的合理性，表現在高效率、低成本，使鐵素物質流、能量流、信息流協同高效動態運行，必須擯棄傳統的靜態設計理念，實現結構、效率、功能協同優化的高爐大型化。
高爐精料技術。精料是現代高爐實現高效、低耗、優質、長壽的基礎，也是實現高爐生產減量化和耗散最小化的重要措施。一是采用合理爐料結構。高爐爐料結構的優化要遵循資源最優化、技術最優化、經濟最優化的原則，注重改善爐料綜合冶金性能，開發研究低品質礦高效利用技術，實現資源減量化、利用最佳化和環境友好化。二是改善爐料冶金性能。現代大型高爐精料技術的主要技術內涵是：提高入爐礦品位，入爐礦綜合品位達到58%以上，熟料率為80%~85%，采用經濟合理爐料結構，降低原料成本；提高焦炭質量，大型高爐焦炭要提高機械強度、熱強度和平均粒度，M40≥89%，M10≤6.0%，CSR≥68%，CRI≤25%，平均粒度≥45mm；提高爐料成分和理化性能的穩定性，減少成分和性能的波動，保證高爐生產穩定順行；開展低品質礦的高效化利用研究，實現資源利用的減量化和最優化。三是采用分級入爐技術。這可以提高煤氣利用率，實現鐵素資源的最大化利用；可以實現爐料分布的精準控制，提高高爐透氣性和煤氣利用率，促進高爐順行，降低燃料消耗。四是應用爐料分布與控制技術。現代大型高爐生產效率高，爐料裝入量大，裝料設備不僅要滿足高爐裝料能力，還要滿足高爐操作對爐料分布精準控制的要求，實現爐料分級入爐和中心加焦。
高爐長壽技術。高爐長壽的實質是在高爐一代爐役期間，保持合理的高爐操作內型。實現高爐長壽，需要在高爐整個生命周期內采取有效措施，維護合理的操作內型，形成基于自組織、自維護體系的“永久性”爐襯。一是優化高爐內型。合理的高爐內型是實現高爐煉鐵多目標優化的基礎和關鍵，現代高爐高徑比漸趨降低，呈矮胖化發展。二是采用長壽爐體結構。現代高爐顯著的技術特征是在爐腹至爐身中下部區域大量采用銅冷卻壁，依靠高效銅冷卻壁及合理配置的冷卻系統，在風口以上區域形成基于渣皮保護的“永久內襯”以延長高爐壽命。三是采用合理的爐缸爐底內襯結構。通過設計合理的死鐵層深度，采用合理的爐缸爐底內襯結構，選用抗鐵水滲透、熔蝕性能優異的高導熱炭磚，配置合理的冷卻系統，抑制爐缸爐底“象腳狀”異常侵蝕，使高爐壽命達到15年~20年。
高風溫技術。高風溫是高爐降低焦比、提高噴煤量、提高產量的重要技術途徑。現代大型高爐在熱風爐結構形式呈現多樣化發展的同時，其主要技術特征體現為以下幾點：采用空煤氣低溫雙預熱或富化煤氣，使風溫達到1250℃甚至更高；采用預熱爐預熱助燃空氣，在全燒高爐煤氣的條件下實現1250℃~1300℃風溫；通過優化燃燒過程及氣流運動研究，提高氣流分布的均勻性，采用高效格子磚，縮小拱頂溫度與風溫的差值；優化熱風管道系統結構，采用無過熱—低應力設計體系，合理設置管道波紋補償器和拉桿，有效處理管道膨脹以降低管系應力，熱風管道采用組合磚結構，消除熱風管道的局部過熱和竄風；采取有效的爐殼晶間應力預防措施，延長熱風爐使用壽命；優化熱風爐操作，合理設定熱風爐工作周期，提高熱風爐換熱效率；降低燃料消耗，減少NOx和CO2的排放，實現節能減排與低碳環保。
煤氣干法除塵與TRT技術。高爐煤氣干法除塵技術同傳統的高爐煤氣濕式除塵技術相比，提高了煤氣凈化程度、煤氣溫度和熱值，可以顯著降低煉鐵生產過程的新水消耗和動力消耗，還可以提高二次能源的利用效率、減少環境污染。高爐煤氣干法除塵—TRT技術是現代鋼鐵工業發展循環經濟、實現綠色發展的重要技術途徑，已成為現代高爐煉鐵技術的發展方向。目前，我國自主開發的高爐煤氣干式布袋除塵技術在設計研究、技術創新、工程集成及生產應用等方面取得突破性進展，自主設計開發的大型高爐煤氣全干式脈沖噴吹布袋除塵技術，完全取消了備用的高爐煤氣濕式除塵系統；研究開發了高爐煤氣布袋除塵低壓脈沖噴吹清灰技術、煤氣溫度控制技術、煤氣含塵量在線監測、除塵灰濃相氣力輸送、管道系統防腐等關鍵核心技術，使大型高爐煤氣全干式布袋除塵技術日臻完善。
富氧噴煤技術。富氧鼓風是現代高爐強化冶煉的有效技術措施之一，可以充分發揮高風溫、噴煤降焦的綜合作用，提高噴煤量和煤粉燃燒率，對提高煤粉燃燒率和噴煤量的作用十分明顯。以降低高爐燃料消耗為技術目標，以提高風溫、提高噴煤量為技術途徑，以精料技術和優化操作為技術保障，高爐富氧噴煤大有可為。
