炼钢所用原料主要是生铁、废钢和直接还原铁。全世界生铁产量与钢产量之比长期维持在0.7∶1.0左右。生铁和直接还原铁以自然界的铁矿石为原料，属于一次资源；废钢是再循环资源，属于二次资源。铁资源可以最大限度地再循环使用，是炼钢工业的重要优点之一。

古代使用反复加热、炒炼和锻打来获取优质的铁制品。18世纪中叶欧洲使用普德林法炒炼熟铁。当时也存在冶炼液态钢的坩埚法，但产量很小。

大规模液态钢冶炼方法是1856年以后出现的。1856～1952年，炼钢方法主要是转炉炼钢、平炉炼钢、电弧炉炼钢，以平炉炼钢法占主导地位。20世纪90年代以后，平炉炼钢法消亡，炼钢方法主要是转炉炼钢、电弧炉炼钢，转炉钢、电弧炉钢之比约是7∶3。还有许多特种炼钢方法（如感应炉熔炼、等离子熔炼、电渣重熔等），用以冶炼特殊用途、具有特殊性能的金属材料，但产量较少。

1856年，英国人H.贝塞麦发明了酸性空气底吹转炉炼钢法，又称贝塞麦转炉炼钢法。贝塞麦转炉炼钢法是将冷空气吹入铁水中进行氧化反应冶炼成钢。冶炼过程中所需的热量，来自原料铁水物理热及所含硅、碳及其他元素的发热氧化反应，因此不用另外的燃料，就能达到钢水浇铸所要求的高温。贝塞麦法由于冶炼过程快，而且能耗低，发明以后迅速得到推广，基本上取代了原有的熟铁搅炼炉和坩埚炉炼钢法。但贝塞麦转炉炼钢法的炼钢炉使用酸性炉衬，不能脱硫脱磷，只适用于低磷低硫原料。1878年，英国人S.G.托马斯发明了碱性底吹转炉炼钢法，使用碱性耐火材料砌筑炉衬，吹炼过程中加入石灰造渣，可脱除铁水中的磷、硫，被称为托马斯法，适用高磷铁水炼钢。

1856年，英国人K.W.西门子发明了蓄热室式的火焰炉。1864年，法国人P.-É.马丁用蓄热室式火焰炉将冷生铁和冷废钢等原料熔化、精炼，成功炼出了液态钢，此法被称为平炉炼钢法或西门子-马丁炉炼钢法。平炉炼钢法的优点是：①可大量使用冷废钢，以冷生铁或热铁水为原料，原料配比灵活。②对铁水成分的适用范围较宽，可使用当时转炉不能用的普通生铁为原料。③能冶炼的钢种较多，而且质量较好。20世纪中叶，平炉炼钢产量占世界炼钢总量的80%。

20世纪20年代末，空气深冷分离制氧法获得工业应用，使氧气炼钢成为冶金工作者追求的目标。经20余年的研究，纯氧顶吹转炉炼钢法于1952年开发成功。氧气转炉炼钢热效率高、不需要外加热源，生产速率高，钢质优良，逐步取代了空气转炉和平炉炼钢方法，在世界范围内得到迅速推广，成为现代炼钢的主要方法。奥地利称氧气顶吹转炉炼钢为LD法，美国称为BOF法。1970年后，法国、德国和美国分别开发了碱性底吹纯氧转炉炼钢法，其后又成功开发了碱性顶底复吹纯氧转炉炼钢法。顶底复吹转炉炼钢法可以高效地生产低硫、低磷及低氮等高品质钢。现代纯氧转炉炼钢采用合理的保护炉衬技术，使一代炉衬的服役期达到1年左右，大大提高了转炉炼钢的生产效率，减少了生产损耗，降低了炼钢成本。纯氧转炉炼钢向装备大型化、机械化、自动化、智能化发展。现代主力炼钢转炉炉容量为80～300吨、每年每吨公称炉容产钢约1.5万吨。至20世纪末，平炉炼钢方法退出了历史舞台。

以电能作热源，可以在隔绝大气的条件下进行还原熔炼，主要用来生产特种钢和合金钢。1888～1892年，法国P.-L.-T.埃鲁发明了工业性电弧炉，用于冶炼电石和铁合金，1900～1910年应用于炼钢。20世纪50年代以后，纯氧转炉炼钢法逐渐取代平炉炼钢方法，废钢铁的回收再生任务转由电弧炉炼钢方法完成，电力生产技术的进步也为电弧炉炼钢方法的发展提供了强大的支持。1967年美国联合碳化物公司提出超高功率电弧炉炼钢概念，以每吨钢分配得到的主变压器功率作为超高功率电弧炉炼钢的指标，最大限度地提高了炼钢电弧功率。在超高功率的基础上炼钢过程采用吹氧、喷煤、喷炭、喷天然气等辅助能源措施，以及熔化与氧化期合并、炉外精炼等工艺，还原熔炼操作被移到出钢后的炉外精炼时完成，使电弧炉炼钢周期降至1小时以内。电弧炉装备向大型化、机械化、自动化、智能化发展。现代主力炼钢电弧炉炉容量为80～150吨，每年每吨公称炉容产钢达到0.8万～1.0万吨。电弧炉炼钢成为以废钢为原料的大规模生产钢的冶炼工艺，在世界钢产量中超过20%。

直接还原铁制造技术发展迅速，其产物中铁的还原度很高、金属铁含量高，有的还配加2%左右的碳，产品的块度合适，尤其是其中低熔点的有害金属元素含量极低，符合电弧炉冶炼优质钢的要求。

1949年以前，中国炼钢技术落后，最高年产钢量仅为90多万吨。中华人民共和国成立后，扩建、新建了一些新型平炉和许多小型碱性空气侧吹转炉。20世纪60年代，先后新建或改建了多座中小型氧气顶吹转炉和氧气侧吹转炉。1980年中国的钢产量才达到3712万吨，各炼钢法所占的比重约为：转炉44%、平炉33%、电炉23%。90年代，平炉炼钢逐渐被淘汰。中国主要是转炉炼钢法和电弧炉炼钢法。2008年，转炉钢比达到90%以上。2013年世界年产钢量超过16亿吨、其中中国钢产量超过8亿吨。中国产钢量在世界钢产量中所占份额达到一半左右，而中国铁矿石需要大量开采和进口，钢铁冶炼需消耗大量能源，对环境的影响显著。因此，控制产能过快增长，淘汰落后产能将是中国炼钢发展在相当一段时间内的重要任务。

把生铁炼成钢的基本过程是氧化、升温、造渣。氧化过程的作用是去除硅、磷、碳等多余元素，而且碳的氧化产生大量一氧化碳气泡，使钢水沸腾，使钢中有害气体和非金属夹杂物得以去除，保证钢的冶炼质量。所以，即使以废钢作为主要原料时，也要配入必要的生铁来增加碳含量，使炼钢时产生沸腾现象。随着碳的去除，钢熔点升高，所以必须升温。平炉和电炉的升温靠外加能源，转炉的升温只靠元素氧化反应放热即够，氧气转炉的放热量尚有富余，可用于熔化废钢。造渣的目的是去除磷和硫，所以炉渣要保持必要的碱度和氧化性。还原性渣有利于脱除氧、硫和合金化，在电炉还原期和钢包二次精炼时要造还原性渣进行还原熔炼。用生铁为主要原料炼钢时，最经济有效的脱硫工序是在炼钢之前进行铁水预处理。所以，现代的炼钢厂是由铁水预处理—炼钢—钢水二次精炼—连续铸钢构成合理分工、协调运转的生产流水线，而不仅只着眼于某一种炼钢炉。

 ①以热铁水为原料的转炉炼钢。最主要的冶金操作是脱除生铁中的碳、硅、磷等有害杂质元素。生铁中的碳含量一般为4.0%左右，冶炼终点钢液中碳含量一般要求低于0.1%。若用16分钟吹炼200吨铁水，总脱碳量达8吨，即每分钟需脱半吨碳，过程反应激烈，冶炼强度非常高。硅、磷等有害杂质的去除在脱碳操作之前、熔池温度较低的情况下造碱性渣进行。当硅、磷、碳、铁等元素氧化放热，熔池温度升高后，再进入主脱碳期。金属熔池中碳含量降低，其液相线温度随着升高，如果熔池温度升高速度慢于液相线温度随之升高的速度，就会造成事故。一般氧气转炉炼钢过程中各元素氧化所释放出的能量大于过程所需的能量，所以需要采取降温措施，如加冷废钢等冷却剂。

氧气转炉炼钢基本上是氧化过程，脱硫能量不强。熔池在超音速氧气射流的冲击下和脱碳生成的一氧化碳气泡搅拌下，熔池剧烈沸腾，钢中有害气体和非金属夹杂物得到去除，有利于保证钢的冶金质量。转炉炼钢过程中温度高、物料量大、速率快、冶金任务复杂，必须采用完善可靠的全程控制和精准的终点控制。为减轻转炉炼钢过程中的冶金负荷、合理分配冶金功能，脱硅、脱磷、脱硫操作应移至转炉炼钢之前，在铁水罐中进行铁水预处理，甚至安排专用脱磷转炉，而将深度脱氧、脱硫操作移至转炉炼钢之后进行钢水二次精炼处理，由此炼钢转炉简化为脱碳炉。现代大型氧气转炉炼钢的冶炼（周期）时间已降至40分钟以内，生产效率提高，顶底复吹转炉炼钢法能够顺利地生产超低磷、超低硫高品质钢。

②以废钢铁为原料的电弧炉炼钢。最主要的冶金操作是供能、升温、熔化、精炼。在原料中适当配碳，利用碳氧化产生一氧化碳气泡搅拌熔池，促进传热、升温，以及脱磷、脱硫、去气、去除夹杂物。电弧炉炼钢供能以电能为主，采用供氧和喷炭、喷燃料等辅助能源加速熔化和冶炼进程。电弧炉炼钢将还原期操作移至炉后，在钢包内进行的钢水二次精炼工艺，减短了冶炼时间，有利于提高冶金质量。现代大型电弧炉炼钢的冶炼（周期）时间已缩短至60分钟以内。电弧炉炼钢方法得益于电力工业发展，是使用清洁能源炼钢的技术，也是回收废钢铁料最有效的冶金技术，过程能耗低、环境负荷较轻。

③现代炼钢技术的钢水二次精炼。操作是将初炼钢水还原精炼，其过程包括脱氧、脱硫、去除夹杂物、合金化和微调成分，以及升温和温度均匀化等。二次精炼已成为炼钢的在线化工艺，是提高钢水质量的必需操作，是炼钢衔接后序连铸、连轧的柔性制造环节。

④能量回收和环境增值。现代炼钢技术包括过程能量回收和环境增值技术。炼钢过程中产生的烟气温度较高、携带大量粉尘，且含有丰富的一氧化碳，已有多种烟气物理热回收利用技术；除尘后清洁的转炉炼钢烟气（转炉煤气）有较高的热值，一般并入全厂煤气系统予以回收利用，能够补偿炼钢操作所消耗的能量。此外，还有多种其他能量回收技术，如利用电弧炉炼钢产生的烟气预热废钢铁料，或使用余热锅炉产生蒸汽，但炽热炼钢炉渣的余热回收利用技术尚未成熟。现代炼钢工艺广泛采用除尘技术脱除烟气中的粉尘，回收其中的铁元素作为炼铁原料。炼钢过程还产生许多固体废弃物，现代冶金生产正努力将之再循环利用。

现代炼钢过程生产速率非常高，温度高达1500～1600℃以上，处理物料量巨大，涉及的原材料、产品众多，面临的资源环境问题广泛。数学模型、计算机控制、人工智能等现代化信息技术在现代炼钢过程中的应用使冶炼工艺不断优化。炼钢以后的铸钢工序不再使用铸锭的方法（少数特殊情况除外），连续铸钢工艺给炼钢技术的发展带来重大影响。连续铸钢的连续生产模式使炼钢节奏更符合其生产速率（炼钢工序前的高炉炼铁，炼钢工序后的连铸连轧都是连续操作模式，只有中间的炼钢是周期性操作模式），加快了平炉炼钢方法的消亡，促使转炉炼钢、电弧炉炼钢的冶炼周期缩短，从而使炼钢向标准化操作、规范化操作，过程精准控制方向发展。

武汉钢铁有限公司炼钢厂炼钢过程精准控制