进入21世纪以来，我国钢铁工业发展迅猛，自主集成创新能力不断提升，在钢铁产量逐年增长的情况下，工艺技术装备大型化、现代化、高效化发展成就举世瞩目。我国钢铁工业经历了高速发展、产能过剩、结构调整、供给侧结构性改革等几个重要的历史阶段。遵循低碳绿色和生态文明可持续的发展理念，高炉炼铁产业结构调整和流程优化取得了显著成就。在流程结构优化的前提下，高炉向大型化、现代化、高效化发展，结构调整成效显著，以5000m3级高炉的设计、建造、运行为代表，我国高炉炼铁技术已跃进到国际先进行列。
面向21世纪中叶的全球碳中和目标，低碳冶金、无碳冶金和氢冶金等新工艺不断涌现，技术发展日新月异。在全球范围内利用可再生能源制备出“绿氢”，应用于钢铁冶金工程，进而实现钢铁冶金的低碳化、脱碳化或无碳化，已经成为学术界一个热点研究课题。长期以来，我国钢铁制造流程以高炉－转炉为主，长流程粗钢产量约占90%，吨钢CO2排放达到1.8吨~2.3吨，减少钢铁冶金过程化石质碳素消耗和CO2排放，必须在现有工艺流程上进行重构优化和技术再创新，构建单元工序装置的新功能，进而实现全流程功能优化和效率优化。
2000年以来，我国高炉炼铁技术实现跨越发展。生铁产量稳居世界首位。高炉大型化、现代化、高效化技术装备升级成就突出，淘汰落后装备和产能、加大供给侧结构性改革成效显著。20多年来，我国高炉数量由增到减，高炉平均容积不断扩大，单座高炉的生产效能稳定提升、发展态势值得期待。
20多年间，我国高炉技术装备大型化、现代化发展迅猛、成就卓著。鞍钢、武钢、首钢迁钢、天钢、唐钢、邯钢、梅钢等一大批2500m3~3200m3级高炉相继建成投产；宝钢、太钢、马钢、鞍钢鲅鱼圈、首钢迁钢、本钢、安钢、包钢等一批4000m3级大型高炉也相继建成投产。值得指出的是，5000m3级高炉的设计、建造和运行，已经成为21世纪以来我国炼铁工业最具代表性的技术进步和发展成就。2009年5月份首钢京唐1号高炉建成投产，标志着我国已经完全掌握了5000m3以上巨型高炉设计、建造和生产运行技术，我国已成为继日本、前苏联和德国之后，世界上第四个拥有5000m3以上巨型高炉的国家。紧随其后，沙钢5800m3高炉、京唐2号5500m3高炉、宝钢湛江2座5050m3高炉、山钢日照2座5100m3高炉、京唐3号5500m3高炉相继建成投产。这些超大型高炉是我国钢铁冶金工程科技的集成创新和综合国力的集中体现，我国5000m3高炉数量仅次于日本（11座），已经是世界排名第二的国家。实践表明，我国在4000m3以上大型高炉的设计、建造和运行等方面，已经完全掌握了核心关键技术，全面实现了自主设计和技术装备国产化，并且在高炉煤气干法除尘、顶燃式热风炉利用低热值高炉煤气实现高风温等技术领域领跑国际。
面向未来，我国高炉炼铁技术进步和结构优化将进一步围绕高炉大型化、现代化、高效化、长寿化、绿色化、低碳化开展，坚持低碳绿色、智能高效的高质量发展理念，到21世纪中叶成为世界领先的钢铁大国和钢铁强国。
在我国钢铁产量快速增长的同时，通过工艺技术创新和装备技术进步，高炉主要技术经济指标不断得到改善和提升。高炉燃料比、焦比和煤比分别从2000年的547kg/t、429kg/t、118kg/t演变到2020年的529kg/t、355kg/t、148kg/t，燃料比、焦比相应下降了18kg/t、74kg/t，煤比提高了30kg/t；风温从2000年的1034℃提高到1115℃，提高了81℃；高炉利用系数、实物劳动生产率等指标不断优化，炼铁工序能耗、污染物排放等指标持续提升。21世纪以来，我国高炉技术装备大型化进程加快，据不完全统计，到2020年2000m3以上的大型高炉已经达到90余座，其中5000m3以上巨型高炉8座，4000m3级特大型高炉18座，3000m3级高炉19座，2000m3级高炉48座。近期还将有一批搬迁新建和扩容大修的大型高炉建成投产。
近10年来，我国高炉炼铁技术经济指标不断得到优化和改善，主要表现在：
高炉平均利用系数稳定在2.5 t/(m3·d）以上，一批1000m3~2500m3高炉，利用系数达到3.5 t/(m3·d）甚至更高，居国际领先水平；
高炉燃料消耗呈现下降趋势，入炉焦比稳中有降，高炉煤比变化不大；
高炉热风温度徘徊在1100℃~1150℃之间，近几年还有所波动、反复，未能持续稳定提升，与国际先进水平差距较大（国际先进水平为1250℃，相差约100℃）；
高炉炼铁工序能耗变化平稳，2020年降低到385.2 kgce/t，但仍有一定下降空间；
劳动生产率提高幅度较大，达到8500吨/（人·年）以上，体现了高炉大型化、高效化的经济效应。
众所周知，高炉装备大型化和技术现代化，对于推动我国高炉炼铁产业创新和整体技术装备的提升，具有重大的现实意义和深远的战略意义，对于协调解决我国钢铁产业多层次、不均衡、不充分的发展问题和矛盾，发挥了无可替代的重要作用。毫无疑义，5000m3级超大型高炉的自主设计建造和生产运行，已成为我国钢铁工业迈向国际一流最具代表意义的产业创新和技术进步。
值得关注的是，近年来我国一批1000m3~2000m3级高炉异军突起，技术进步成就突出。高炉利用系数有的高达3.5t/(m3·d）以上，甚至达到4.5t/(m3·d）以上。某民营钢厂的1080m3高炉日产量达到了4000 t/d，燃料比、焦比、煤比分别为526kg/t、361kg/t、150kg/t，风量为3000 Nm3/min，富氧率达到4.86%，风温为1140℃，炉顶压力达到215 kPa，煤气利用率达到50%，综合入炉矿品位达到57.75%。
该级别高炉生产效率和消耗指标达到甚至超过了2000m3以上的大型高炉，无论是容积利用系数还是炉缸截面积利用系数，都要高于2000m3级大型高炉的平均先进水平。笔者通过实地调研和研究分析，发现我国一大批1000m3~2000m3高炉具有如下的技术特征：
注重精料技术。不再片面追求购买低价铁矿粉获取暂时的经济收益，而是以高炉稳定顺行和高效低耗为核心，在全流程层次降低生铁成本；高炉燃料比普遍为510kg/t~520kg/t，有的高炉燃料比甚至低于500kg/t，可与先进的大型高炉相媲美；
采用富氧鼓风强化高炉冶炼，提高生产效率。有的高炉富氧率达到5%甚至更高，炉腹煤气量降低，高炉煤气还原势增加，高炉透气性改善，促进高炉顺行，实现了稳产高效（理论上富氧率提高1%，增产达4.76%）；
具有足够的鼓风速度和鼓风动能，不少高炉的风速达到260m/s以上，有助于活跃炉缸工作，提高中心气流穿透性，从而改善炉缸透气性和透液性；
增加风口数量。比同级别的传统高炉增加约2个风口，炉缸活跃性和工作均匀性增加，促使炉缸死焦柱始终保持动态变化之中，更新周期缩短、更新速率加快，有助于炉缸活跃，炉缸透气性和透液性改善，炉缸工作进程加快；
从高炉设计和炉型特征上分析，由于高炉径向尺寸相对较小，圆周方向易于实现均匀化，直径方向易于调控，上升煤气和下降炉料之间的热量、动量和质量传输耦合效应较好。配合无料钟炉顶炉料分布控制技术，炉料三维偏聚受到抑制，炉料透气性改善，有利于加快冶金进程，在获得高效生产的同时，燃料消耗也能保持较低水平；
提高炉顶压力，高炉压差降低，有利于降低煤气表观流速，延长煤气停留时间，促进间接还原进程，高炉透气性得到改善，提高煤气利用率。有不少这一级别的高炉顶压达到200kPa以上，有的高炉顶压达到或超过240kPa，甚至高于3000m3级以上的高炉。
在全球积极推进碳减排和碳中和的背景下，国内外为数众多的钢铁企业开始研究探索低碳冶金、超低碳冶金、非碳冶金或氢冶金的前沿技术课题。以日本、瑞典、德国、韩国等工业发达国家为代表，相继开展此项研发工作：有的是在原有高炉炼铁工艺的技术上进行改进创新，力图实现碳－氢耦合冶金（如日本COURSE50）；有的是创建全新工艺流程，以“绿氢”为能源研发新的冶金工艺，完全摆脱碳冶金的技术路线；有的是在已有技术的基础上进行再创新，从传统的煤基碳素还原转变为气基氢还原或碳－氢耦合还原。我国部分钢铁企业和研究机构也相继开展了低碳冶金或氢冶金的试验探索和工程研究工作，氢－氧高炉、全氧高炉、焦炉煤气－合成气竖炉直接还原，甚至是基于HIsmelt铁浴法的熔融还原工艺装置，都在开展工业化应用的前期试验或者已经实现工业化初步应用。
据有关机构测算，我国钢铁工业碳排放量占碳排放总量的15%~18%，是制造业中碳排放量最高的行业。面对日益严峻的生态环境保护形势，钢铁工业面临着巨大的碳减排压力，迫切需要开发能够显著降低CO2排放的突破性低碳冶金技术，以满足碳达峰和碳中和的政策要求。与此同时，我国作为世界上最大的粗钢生产国和消费国，2020年粗钢产量已达到10.65亿吨，占全球粗钢产量的57%，碳排放量占全球钢铁碳排放总量60%以上，钢铁工业碳减排的重要性和急迫性刻不容缓。我国目前钢铁制造流程，仍是以高炉+转炉的传统“长流程”工艺结构占主导地位。2020年我国高炉生铁产量达到8.88亿吨，转炉生产粗钢比率约占90%；钢铁制造流程能源结构“高碳化”，煤和焦炭等碳素消耗占能源总量近90%。
全球范围内，目前已有许多国家和钢铁企业对低碳冶金技术，特别是氢冶金技术进行了战略布局，而且呈现出迅猛发展态势。我国应积极探索和统筹规划适合我国国情的低碳冶金和节能减排技术路线图，对未来技术研发方向和发展目标进行系统科学的战略谋划，面对世界百年未有之大变局，承担起钢铁大国的责任担当。
面向未来，以高炉为核心的炼铁系统协同优化和动态有序、协同连续、精准高效运行，是我国高炉炼铁技术的发展重点。必须加强现代大型高炉以稳定顺行为基础的工程运行理念，建立系统性、全局性的工程思维模式，不片面追求所谓“极低成本”和个别技术指标的“领先”，摈弃不讲客观、不论条件的盲目攀比。
遵循钢铁冶金制造流程的基本规律，科学认识高炉冶炼过程的动态运行规律，不断总结提升，加强知识管理，做好卓越炼铁工程师的培养，造就基础扎实、经验丰富、视野开阔的领军人才，形成具有企业特色的现代化大型高炉炼铁生产、管理的工程思维和工程理念。到21世纪中叶，高炉低碳炼铁的主要技术路径应当包括：
在常规高炉使用固体碳素燃料（焦炭+煤粉）的条件下，降低碳素燃料消耗是减少CO2排放最直接、最有效的技术措施。因此，到2030年前后，我国高炉燃料比应普遍降低到520kg/t以下；一大批装备精良的高炉燃料比应低于500kg/t；部分先进高炉应将燃料比降低到480kg/t以下；领先高炉燃料比应降低到470kg/t甚至更低。
进一步加强精料技术研究，探索并构建以球团矿为主的新型或新一代炉料结构，降低铁前工序和炼铁全流程的碳素消耗和污染物排放。
继续推进高风温、富氧喷煤等关键共性技术的再创新，进一步降低高炉碳素燃料消耗，减少CO2排放；积极采用富氢燃料喷吹、炉顶煤气循环/喷吹、高富氧冶炼、H2-CO耦合还原、CO2脱除再利用（CCUS）等新兴技术，在现有技术基础上，通过高炉炼铁关键技术突破，赋予高炉炼铁新的生命力；
加强现代大型高炉操作规律的研究，建立动态有序、协同连续、精准高效的现代高炉运行理念，以高炉生产长期稳定顺行为基础，不断改善、优化、提升大型高炉的操控水平，建立铁前工序信息物理系统（CPS）和数字化协同管控；实现料场、烧结、球团、焦化、高炉等多工序智能化协同和集成控制，提高全流程生产效能、实现节能减排；构建料场、烧结、球团、焦化、高炉炼铁系统一体化集成智能管控平台着重解决不同工序的界面技术优化问题，实现全流程的智能化动态管控。
进一步加强高炉运行过程的炉体维护，采取有效技术措施延长高炉寿命，为高炉高效长寿、安全稳定运行奠定技术基础，不断稳定并提高铁前工序的设备服役稳定性和寿命周期，将成为未来高炉炼铁流程的本构优势。
发挥既有资源优势，开展低碳绿色炼铁新技术的探索研究。依托国内、国外两种资源，结合我国铁矿粉加工制备工艺特点，开发新型炉料技术。开发应用低硅球团矿或低硅烧结矿，使高炉渣量降低到200kg/t~300kg/t，燃料比降低到470kg/t~500kg/t，进而可以实现CO2排放减少20%以上。
进入21世纪以来，我国钢铁工业通过搬迁结构调整、工艺技术升级、现代化装备改造，在技术装备大型化、现代化方面取得了长足进步、成就显著，基于新一代可循环钢铁制造流程运行取得初步成效。在特大型高炉自主设计建造、大型炼铁装备技术自主研发、高炉建造和高炉稳定运行等方面，经过近10年的探索，已经取得初步成功。
近年来，我国高炉炼铁在发展球团技术、提高生产效率、提高富氧喷煤以及1000m3级高炉高效低耗冶炼方面取得长足进步，甚至引领国际发展。一些特大型高炉强化冶炼的工艺技术在1000m3级高炉上得到推广应用，取得了令人瞩目的运行实绩。
在高炉强化冶炼条件下，我国高炉在铜冷却壁应用与维护、高炉炉缸炉底长寿、智能化控制、进一步降低碳排放等方面还有许多需要持续攻关解决的难题。高炉生产稳定顺行、延长高炉和热风炉使用寿命、提高全系统安全运行保障还需要持续改进和提升。
面向未来，我们应进一步树立建立以高炉稳定顺行为核心的动态运行工程理念，继续加强精料、高风温、富氧喷煤、高炉长寿、提高顶压和全流程智能化研究，积极采用新技术和氢冶金等先进工艺，依托国内既有资源优势，开发新型炉料结构，不断优化炉料结构，提质增效，大力开展绿色低碳炼铁技术的探索和研究。
