Выплавка железа и стали — это общий термин для металлургических процессов производства железа и стали. 

Основная цель выплавки железа и стали — извлечение железа из железной руды с использованием физико-химических методов, контроль содержания углерода и легирующих элементов для получения в конечном итоге чугуна и стали. Современная выплавка железа и стали в основном делится на длительный процесс, в основном с использованием доменных печей и конвертеров, и короткий процесс, в основном с использованием электродуговых печей. Доменное производство железа — это процесс восстановления оксида железа в железной руде до металлического железа с использованием восстановителей, таких как кокс, при высоких температурах. В сталелитейном производстве в качестве основного сырья используется расплавленный чугун или стальной лом, полученный в доменных печах, при этом содержание таких элементов, как углерод, кремний, марганец и фосфор, снижается за счет реакций окисления, и регулируется состав сплава. Конвертерное производство стали включает в себя продувку расплавленного железа кислородом для окисления примесей и выделения большого количества тепла. Добавление стального лома позволяет использовать это остаточное тепло для его плавления, тем самым снижая расход железа и энергопотребление. При каждом снижении соотношения железа к стали на 0,01 (отношение количества расплавленного железа к количеству производимой стали) общее энергопотребление на тонну стали может быть уменьшено на 5-6 кг стандартного угля. В отрасли изучаются технологии предварительного нагрева и предварительной плавки лома, такие как предварительное добавление стального лома в ковш доменной печи для использования остаточного тепла для предварительной плавки, или предварительный нагрев путем обжига для повышения температуры стального лома, поступающего в печь, сокращения времени плавки и повышения эффективности. Для решения проблем высокого энергопотребления и высоких выбросов были разработаны передовые низкоуглеродистые технологии, такие как водородная металлургия и тонкополосное литье и прокатка. Основной принцип водородной металлургии заключается в использовании водорода (H2) вместо углерода (C) в качестве восстановителя для восстановления железной руды (например, Fe2O3) до металлического железа (Fe), при этом продуктом реакции является вода (H2O), что позволяет избежать образования углекислого газа (CO2) в источнике. Литье и прокатка тонких полос направлены на объединение непрерывного литья и горячей прокатки в один процесс, что значительно сокращает его продолжительность и снижает энергопотребление.

I. Классификация
1. Выплавка чугуна. Современное производство чугуна в основном использует доменное литье, а также некоторые методы прямого восстановления и электропечного литья. Доменное литье включает в себя восстановление и плавление железной руды в доменной печи для получения чугуна. Этот метод прост в эксплуатации, энергоэффективен и недорог, что позволяет осуществлять крупномасштабное производство. Помимо части, используемой для литья, большая часть чугуна используется в качестве сырья для производства стали. В связи с растущим дефицитом высококачественного коксующегося угля, пригодного для доменной плавки, появились методы производства чугуна, не связанные с доменными печами, с использованием других источников энергии вместо коксующегося угля. Производство чугуна прямым восстановлением включает восстановление руды в твердом состоянии газообразными или твердыми восстановителями при температуре ниже точки плавления руды, в результате чего получается твердое или полурасплавленное губчатое железо, металлизированные окатыши или гранулированное железо, содержащее небольшое количество примесей, которое может использоваться в качестве сырья для производства стали (а также в качестве сырья для доменного чугуноплавления или литья). В производстве чугуна в электродуговых печах часто используется электродуговая печь без печи для восстановления, и в качестве восстановителя может использоваться кокс (или уголь, древесный уголь) меньшей концентрации. В производстве чугуна в электродуговых печах электрический нагрев заменяет часть кокса, и может использоваться низкосортный кокс, но это потребляет большое количество электроэнергии и может применяться только тогда, когда электроэнергия доступна в больших количествах и недорога.

2. Производство стали. В производстве стали в качестве сырья в основном используется чугун, производимый в доменных печах, губчатое железо, получаемое прямым восстановлением, и стальной лом, которые перерабатываются в сталь различными методами. Основными методами выплавки стали являются конвертерная, мартеновская и электродуговая выплавка (см. Сталь, Конвертер, мартеновская, электродуговая печи). Эти три процесса выплавки стали, как правило, соответствуют требованиям большинства потребителей к качеству. Для удовлетворения спроса на более качественную и разнообразную высококачественную сталь появились различные методы обработки в ковше (также известные как рафинирование в ковше). К ним относятся продувка аргоном, вакуумная дегазация и десульфуризация в ковше. Эти дополнительные обработки стали, произведенной в конвертерах, мартеновских печах и электродуговых печах, позволяют получать высококачественную сталь. Для некоторых специальных применений, требующих стали чрезвычайно высокого качества, одной обработки в ковше может быть недостаточно, что требует применения специализированных методов выплавки стали. Электрошлаковая переплавка, например, представляет собой процесс рафинирования, при котором сталь, выплавленная в конвертерах, мартеновских печах или электродуговых печах, отливается или куется в электроды, а затем переплавляется во второй раз с использованием резистивного нагрева в расплавленном шлаке. Вакуумная металлургия, с другой стороны, — это металлургический процесс, проводимый при давлении ниже одной атмосферы вплоть до сверхвысокого вакуума, включающий плавку, очистку, рафинирование, формование и обработку металлов и сплавов.

После плавки стали в сталеплавильной печи её необходимо разлить в форму через ковш (стальной ковш) для затвердевания в слитки или заготовки определённой формы перед дальнейшей обработкой. Литье слитков можно разделить на литье сверху и литье снизу. Слитки, полученные методом литья сверху, как правило, имеют лучшую внутреннюю структуру, меньше включений и более низкие эксплуатационные расходы; слитки, полученные методом литья снизу, имеют хорошее качество поверхности, но количество включений увеличивается из-за прохождения через разливочную трубу и литник. В литье слитков появились новые технологии, такие как непрерывное литье, литье под давлением и вакуумное литье.

II. Применение. Сталелитейная промышленность является важнейшей основой национальной экономики, и ее технологические применения находят отражение во многих аспектах, включая переработку ресурсов, оптимизацию процессов и энергосбережение, низкоуглеродные технологии плавки и интеллектуальное производство.

1. Переработка ресурсов. Крупномасштабная переработка и повторное использование стального лома является важной практикой в ​​области переработки ресурсов. В 2025 году компания Shandong Iron & Steel Co., Ltd. закупила около 1,4 миллиона тонн стального лома, и вместе с внутренними переработанными отходами общий объем использования составил около 2 миллионов тонн. Стальной лом образуется из отходов бытовой техники, списанных автомобилей, строительных отходов и т. д., и его необходимо измельчить, отсортировать и упаковать компаниями по переработке для получения брикетов из стального лома, которые затем проходят приемку на сталелитейном заводе. Стальной лом из разных источников имеет различное качество и цену, и сталелитейные заводы используют его в пропорциях, соответствующих производственным потребностям. Добавление стального лома в конвертерное производство стали позволяет использовать остаточное тепло от реакции окисления для его плавления, что является ключевым способом снижения соотношения железа к стали, экономии расплавленного железа и снижения общего энергопотребления и выбросов углерода. В отрасли также изучаются такие технологии, как предварительный нагрев и предварительная плавка стального лома, для дальнейшего повышения эффективности его использования. Кроме того, комплексное использование красного шлама, твердых отходов глиноземной промышленности, стало эффективным дополнением к ресурсам железной руды. В 2025 году объем порошка оксида железа, полученного путем обогащения красного шлама, составил около 14 миллионов тонн, что составляет более 77% от общего объема использования красного шлама. Соответствующие отрасли продвигают стандарты применения и технологическую совместимость продуктов обогащения красного шлама в металлургической промышленности [6].

2. Оптимизация процесса и энергосбережение

Непрерывная оптимизация процессов плавки является прямым способом повышения энергоэффективности и сокращения выбросов. Например, путем изучения магнийсодержащих флюсов и титансодержащих ресурсов, а также оптимизации теплового режима, на больших ленточных обжиговых машинах можно производить многофункциональные композитные окатыши с низким содержанием кремния, титана и магния для улучшения структуры загрузки доменной печи. Распыление пара во время спекания может снизить отрицательное давление спекания и повысить температуру отходящих газов, тем самым снижая расход твердого топлива. Оптимизация работы доменной печи, увеличение доли используемых окатышей и изучение возможности выплавки окатышей с высоким содержанием углеродистых компонентов могут помочь снизить потребление углерода и выбросы загрязняющих веществ на всем этапе производства чугуна. 3. Применение низкоуглеродных технологий плавки

Для решения проблемы изменения климата передовые низкоуглеродные технологии, такие как водородная металлургия, перешли на стадию демонстрационного применения. В моей стране последовательно реализованы демонстрационные проекты, такие как коммерческий демонстрационный проект доменной печи с водородным циклом и обогащенным углеродом в Баоу, завод по производству железа и стали с почти нулевым содержанием углерода в Чжаньцзяне, новый проект короткого процесса на вертикальной шахтной печи с колосниковой решеткой и почти нулевым содержанием углерода в Хэбэйской металлургической промышленности, демонстрационная линия вертикальной шахтной печи с чистым водородом в Китайском научно-исследовательском институте железа и стали, пилотная линия прямого восстановления в псевдоожиженном слое на основе водорода в Анстееле и проект по литью и прокатке тонких полос в Шагане, что ознаменовало вступление Китая в число ведущих мировых лидеров в области инноваций и применения низкоуглеродистых металлургических технологий.

4. Применение интеллектуального производства
Технологии интеллектуального производства широко применяются во всех аспектах выплавки железа и стали. Для опасных, специальных и жестких условий работы, таких как коксование, выплавка железа, выплавка стали и распыление, разработан ряд роботизированного интеллектуального оборудования, включая гидравлически управляемые, многомодальные мобильные коллаборативные и высокотемпературные композитные консольные манипуляторы. Эти технологии обеспечивают такие функции, как использование беспилотных транспортных средств, автоматический отбор проб и измерение температуры, добавление защитного шлака и осмотр оборудования, освобождая рабочих от монотонной, тяжелой и суровой работы, а также повышая безопасность и эффективность производства.

5. Влияние Развитие современных технологий сталелитейного производства оказало глубокое влияние на экономику, общество и саму отрасль. С точки зрения промышленной структуры, потребление стали продолжает оптимизироваться: доля стали, используемой в обрабатывающей промышленности, достигла 51% в 2025 году, впервые превысив показатель строительной отрасли (49%). Что касается энергопотребления и охраны окружающей среды, то совокупное энергопотребление на тонну стали ключевыми сталелитейными предприятиями снизилось с примерно 3 тонн стандартного угля в 1949 году до 545 кг стандартного угля в 2020 году; выбросы диоксида серы на тонну стали снизились с 2,83 кг до 0,37 кг; а выбросы твердых частиц на тонну стали снизились с 2,18 кг до 0,39 кг. Технологии очистки от загрязняющих веществ и уровни выбросов достаточно развиты. В области технологических инноваций китайские демонстрационные проекты по низкоуглеродистой металлургической технологии (такие как доменные печи с циркуляцией кислорода и обогащенным водородом углеродом и вертикальные шахтные печи на водороде) входят в число ведущих в мире. Одновременно с этим, более 160 продуктов были впервые представлены на мировом рынке в автомобильной, нефтехимической и электротехнической отраслях (например, нержавеющая сталь для танкеров-газовозов мембранного типа и высокопрочная автомобильная сталь). Инновации в производстве высококачественной стальной продукции оказывают значительное влияние на развитие мировой сталелитейной промышленности.