世界上第一个LD钢厂位于林茨，其转炉规模从30t开始发展，随着转炉规模扩大，钢厂的生产力也随之提高。如今最大的转炉出钢量超过400t/炉，而330-350t/炉是最适合现代钢厂的工艺规模。第一代LD钢厂的设计年产量为45万吨/年；在亚洲，大型钢厂的年产量超过1200万吨。早在20世纪70年代末，LD工艺在全球粗钢生产中所占的份额就已超过60%，如今其市场份额提高至70%以上。
LD技术的蓬勃发展，提高了生产效率、工艺可靠性和可持续性。根据当地原材料的可用性和产品质量要求，不同的工艺操作理念也在世界各地兴起。如今，技术不断进步使得LD工艺对自然、社会、价值链和劳动力的负面影响将持续降低。技术改进主攻方面包括：提高废钢率、提升炉渣粉尘利用率的同时，降低炉渣和粉尘的产生，以及工艺数字化和自动化的推广应用。
01
当前发展环境
如今，为减少温室气体排放，钢铁行业正努力加快转型进程。全球钢铁行业温室气体排放量约占全球温室气体总排放量的7%，其中产生二氧化碳的化石燃料尤其受到公众关注。对于工业化地区来说，钢铁生产通常是最大的二氧化碳单一排放源。因此，钢铁行业的脱碳不仅对行业本身是一个巨大的挑战，也是温室气体减排的巨大机遇，减少二氧化碳排放更是主要的焦点。
炼钢过程中的大部分二氧化碳排放都是由“原生（primary）”钢铁路线产生的，该路线使用铁矿石作为主要铁源。如今，这条路线以高炉和转炉炼钢为主，每吨粗钢排放约2.2t CO2。
基于回收废钢的电弧炉炼钢可以在全球范围内取代转炉炼钢，从而降低二氧化碳排放，这是一个简单但错误的假设。事实上，LD炼钢工艺已经利用了一定数量的回收废钢，但仅使用回收的废钢无法满足世界钢铁生产需求。因为全球19亿吨的粗钢产量，其中14亿吨是转炉钢，并且根据相关预测，这一情况仍将持续。利用铁矿石炼钢仍然至关重要，如今LD工艺是高质量炼钢不可或缺的核心工艺，因此，需更深入地分析其如何应对碳中和的挑战。
2015年的《巴黎协定》等国际条约转化为国家层面的二氧化碳定价方案，因此，减少二氧化碳排放成为钢铁生产中的积极经济因素。特别是在战略投资决策的情况下，吨钢二氧化碳排放量已成为关键因素。此外，全球钢铁生产商已承诺实现二氧化碳减排目标，并将由其利益相关者承担相应责任。所有冶金生产路线都处于试验阶段。与所有其他已建立的工艺一样，LD工艺需要在新的环境中证明其可行性。
02
LD炼钢现状
LD钢属于基体钢类型的冷作模具钢，具有较高的强韧性和耐磨性，高的抗弯强度，冷、热加工的工艺优良，热处理畸变小，通用性强。LD钢在保持较高韧性的情况下，其抗压强度、抗弯强度、耐磨性等较65Nb优良。
LD钢的性能优于Cr12型高碳和高速钢W6Mo5Cr4V2，具有更高的强度和韧性，而且有较好的耐磨性，应用日益普遍。可用于制造螺栓冷镦切边模、冷镦光冲模、汽车弹簧冲孔模、自行车中轴冷挤压模、硅钢片冲模等几十余种模具，使用寿命比原用钢种(Cr12MoV、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、Cr12、GCr15、9SiCr)成倍甚至十余倍地提高。
基础氧气炉（BOF）的炼钢操作有时也被称为基础氧气炼钢（BOS）。这是世界上最强大和最有效的炼钢技术。大约71%的粗钢是由这种工艺制造的。BOF工艺于20世纪50年代初在奥地利林茨和多纳维茨的两个钢铁厂开发，因此BOF工艺也被称为LD（这两个城市的第一个字母）炼钢。
在BOF工艺上存在几种变化。主要有顶吹、底吹，以及两者的结合，也就是所谓的联合吹炼。
炼钢工艺是自发的，或者说是自给自足的能源，利用气态氧（O2）将液态铁（热金属）转化为钢，以氧化热金属（HM）中不需要的杂质。所用的氧气必须是高纯度的，通常最低为99.5%，否则钢可能会吸收有害的氮气（N2）。
炼钢厂的主要原料一般是来自高炉的HM（约80%或更多）和剩余的废钢。这些都被装入BOF容器中。氧气以超音速被吹入BOF。它氧化了HM中的碳（C）和硅（Si），释放出大量的热量，使废钢熔化。铁（Fe）、锰（Mn）和磷（P）的氧化所产生的能量较少。这个过程中使用的熔剂主要是煅烧石灰（CaO含量超过92%）。这种石灰是由二氧化硅（SiO2）含量低的石灰石煅烧而成的。一氧化碳（CO）在离开转炉后的燃烧也将热量传回熔池。炼钢厂的产品是具有特定化学分析的液体钢，温度约为1650摄氏度。
03
LD工艺的技术和经济优势
二氧化碳的即刻减排往往是第一个关注重点，LD工艺为迅速减少二氧化碳排放提供了重要支持。二次燃烧可以进一步提高废钢在LD工艺中的使用效益。冶金过程的数字化能够更有效地利用能源和原材料，从而减少二氧化碳排放。LD炼钢工艺只是一种过渡性技术，还是其本身就足以应对碳中和的挑战，这个问题需要更详尽的考虑。本章将概述LD工艺在未来碳中和炼钢中可以发挥的决定性作用。
图1对传统高炉生产、LD炼钢工艺和热轧的碳排放进行了深入分析。这些数值符合生命周期评估（LCA）中的ISO 14040/44标准。虽然真实工作中包括了从生产原材料到轧制卷材的整个生产链，但图中的重点在于炼钢自身产生的碳排放，并由钢铁生产商直接控制。直接排放使得每吨热轧钢卷产生1.9t二氧化碳当量的全球变暖潜能值（GWP）。如图1所示，钢厂的大部分排放物通过发电厂得以离开钢厂。
LCA的评价方法是迄今为止最为常见的，同时也是最可靠和公认的排放核算方法。但是，大多数二氧化碳排放通过发电厂离开钢厂的事实并不能给出如何避免排放的答案。发电厂内部使用的气体无法避免来自金属冶炼的过程本身。出于这个原因，图1提供了关于碳使用来源的粗略概念。铁水生产、氧气炼钢和热轧，这些工艺步骤是碳排放的来源。大多数二氧化碳排放量，即1kg热轧钢卷（HRC）产生的1.6kg二氧化碳当量，来自于铁水生产；氧气炼钢（即LD工艺）碳排放所占的份额有限，仅为0.2kg；热轧的碳排放份额更小，仅为0.1kg。
由图2可以得出结论，钢铁行业脱碳的第一个重点需集中在铁水冶炼方面，因为通过高炉生产铁水不仅需要化石碳进行加热，还需要还原和熔化。事实上，高炉工艺需要相关过量的化石碳，从而使高炉内部充满高热量气体。过去，主工艺中无法充分利用碳并不被视为效率低下，因为高热量气体可以转化为钢厂所需的电能。
如今，新的假设颠覆了传统的答案。在“无化石”情景里，人们相信绿色氢气和绿色电力的供应量是足够的。虽然并不禁止碳的使用，但仅限于来自可循环资源或任何其他可将二氧化碳重新转化为碳形式的生物碳，这种碳是有限且昂贵的。考虑到这些条件，实现碳中和钢铁生产的首要任务显然是取消化石还原和熔化步骤。对于当今的高炉技术来说，这样的任务几乎不可能实现，因此得出的一致结论是用直接还原技术取代高炉。这意味着，并不用必须放弃LD工艺。事实上，LD炼钢工艺的二氧化碳直接排放量与电弧炉炼钢相同。这两种工艺都依赖于一定量的冶金碳。碳将仍然是钢强度性能的主要成分，并且仍将促进某些炼钢反应，因此碳不能从任何炼钢路线中完全消除。“零碳”代表避免大气中温室气体增加的目标，但不应将其误解为“无碳”。气候中性氢与气候中性碳的可用性将对冶金工艺的发展产生重大影响。
文献中描述了将LD转炉与直接还原厂相结合的炼钢路线这一前瞻性概念。图3介绍了直接还原铁的中间熔化步骤，该步骤提供了含碳的铁熔体。这种预熔化有时被称为“电铁水”，因为它在化学成分上与传统的铁水相似。很明显，这种预熔化物可以通过现有的鱼雷罐车运输，在过渡阶段甚至可以与来自高炉的传统铁水混合。一如现今，电铁水和传统铁水最终在LD转炉中加工，电铁水将为未来的LD转炉供电。
与已实现的直接还原厂与经典电弧炉炼钢的组合一样，直接还原厂与LD转炉的组合能够在绿色能源的基础上达到气候中性。在特殊配置中使用LD转炉，有如下的技术和经济优势：
1）很明显，LD炼钢允许现有熔炼车间继续运行，随后进行连铸和轧制。因此，现有场地转换的投资成本得以减少。对现有场地的投资都可以集中投入在电铁水的生产上。
2）众所周知，板坯连铸生产的产品表面质量最佳，目前尚不清楚未来长时间内，与电弧炉生产结合的小型轧机能否弥补这一差距。因此，保留现有钢厂优于对小型钢厂进行新投资。
3）涉及到化学成分时，LD转炉可以在新配置中发挥其优势：超低磷含量和超低氮含量，特别是超低碳与超低氮含量的组合。LD转炉将继续为最终钢铁产品赋予最复杂的化学成分。在二次精炼中，“修复”化学成分的能力是有限的。
4）熔化步骤从不必要的冶金工作中剥离出来。在还原反应下遵循矿热炉原理运行设备，其原材料拥有的独特优势是电弧炉炼钢所没有的。当然，最重要的是，无需在直接还原厂内使用DR级球团作为原料，因为熔融废料中无需泡沫渣。除直接还原铁外，还可以引入含铁回收材料，甚至可以添加废钢。这一工艺步骤产生的后续矿渣可以移交给水泥行业，正如现在的高炉矿渣一样。
5）最后，LD工艺将结合新的上游工艺形成一个全新的生产链。与传统的高炉组合相比，这条新路线能够更好地应对能源供应波动。虽然从现在来看，这一方面无关紧要，但在“无化石”的未来，这一优势可能会产生决定性作用。
