日本是世界先進的鋼鐵生產國家，其在煉鋼方面存在的矛盾問題是，一方面采用大型設備進行大批量生產來提高生產效率，另一方面為滿足產品高級化、多品種化需求，不得不降低生產效率和增加能源消耗。以京都議定書為代表的CO2減排、減少能耗、節省資源等全球性的環保要求不斷高漲，在這種情況下，鋼鐵業需要研究根本性對策以實現低環境負荷生產。日本住友金屬和歌山鋼廠在高級鋼冶煉環保技術方面開發出良好工藝，現介紹如下。
1 爐渣、粉塵的循環利用技術
1.1 爐渣循環利用
在傳統轉爐精煉法中，由于脫磷能力小，所以要投入大量的脫磷劑，因此產生大量的爐渣，排出的爐渣廢棄物增加了環境負荷。雖然爐渣可以在土建工程和路基建設中得到循環利用。但是由于爐渣的市場需求量不斷變化，所以對爐渣發生量的控制就成為一個急需解決的問題。對流精煉法由于利用頂底吹轉爐分別進行脫碳和脫磷精煉，所以可以實現脫磷處理條件的最佳化，并且脫碳處理使用完的精煉劑可以在脫磷處理中進行再利用，所以渣量大幅度減少。對流精煉法由于精煉劑再利用和脫磷處理條件最佳化，使爐渣的發生量從97kg/t鋼下降到52kg/t鋼，渣量約減少了一半。
1.2 粉塵循環利用
在鋼鐵廠的產品制造過程中會產生鍍鋅廢鋼，為在廠內將這些被鋅污染的廢鋼處理掉，就將這些廢鋼作為轉爐的鋼鐵料使用。因此，轉爐吹煉中產生的粉塵含Zn。由于轉爐產生的粉塵量很大，分離回收Zn的成本很高，所以不得不采用填埋方法處理含Zn粉塵，但這種方法增加了環境負荷。
由于脫磷反應比脫碳反應的溫度低，供氧速度小，所以煙塵中Zn損失小。因此，在進行脫磷處理時投入含Zn廢鋼，就可以生成少量高濃度含Zn粉塵。這樣，就比較容易從回收粉塵中分離出Zn。對流精煉法利用粉塵集塵裝置回收少量高濃度含Zn粉塵，再利用回轉窯將粗鋅和鐵粉進行分離，將粗鋅銷售給鋅精煉廠做原料，鐵粉用作廠內高爐的煉鐵原料。經過這樣的處理，在脫碳時就可以不使用含Zn廢鋼，產生的全部粉塵都被高爐作為煉鐵原料再利用。 因此，本開發工藝將過去作為廢棄物處理的粉塵進行資源化循環利用。過去的傳統工藝生產1噸鋼要填埋11kg的含Zn粉塵，現在粉塵廢棄量變為零。
2 快速脫碳吹煉技術
2.1 高速供氧技術
轉爐脫碳處理對轉爐的生產能力有很大影響。因此，有必要提高脫碳處理所需氧氣的供氧速度。以前，轉爐冶煉前的鐵水預處理能力小，需要在轉爐上進行脫磷，由于考慮到熔渣飛濺等問題，提高供氧速度有很大困難。
對流精煉法采用專用轉爐進行脫磷處理，脫碳爐不進行脫磷處理，因此脫碳爐精煉劑用量達到最小化程度，供氧速度就可以提高。但是又出現了一個新問題，由于脫碳爐精煉劑用量少，吹入轉爐內的高速氧氣射流沖擊到鐵水表面產生大量鐵粒飛濺，即發生嚴重的噴濺現象。為解決這個問題開發出可以抑制噴濺現象的新型氧槍。傳統氧槍槍頭有排列成與槍頭圓周成同心圓的4-6個直徑相同、傾角相同的噴嘴，這種氧槍吹入的氧氣射流會發生相互干擾，導致大量鐵水顆粒飛濺。基于對傳統氧槍問題的分析，新開發的氧槍槍頭是由不同直徑、不同傾角呈插花式排列的噴嘴構成的。這種噴嘴的配置避免了氧氣射流的互相干擾，最大限度地降低了鐵水的噴濺量。
隨著鐵水液面上射流重疊率的減少，噴濺量以指數關系下降。此外，還對新型氧槍高、低傾角噴嘴的直徑比與噴濺量的關系進行了研究，實驗是在水力模型裝置和2t實驗轉爐中進行的。高傾角噴嘴直徑和低傾角噴嘴直徑，并將D2/D1=1時的噴濺量作為基準值，對噴濺量進行了指數化處理。
上述的實驗結果在實驗轉爐上也得到了驗證，隨后這種新型氧槍很快在轉爐生產上得到應用。結果表明，即使在5.0Nm3/min的高速供氧條件下，也未出現鐵水顆粒附著在氧槍和爐體引起的操作故障。傳統轉爐法的脫碳吹煉時間約為20min，和歌山新鋼廠脫碳爐的吹煉時間縮短到9min。
2.2 高速吹煉控制技術
由于提高供氧速度縮短了吹煉時間，相應地要求縮短吹煉終點溫度和終點碳含量的控制時間。
在傳統方法中，用副槍測定吹煉終點溫度和終點碳含量，因此要進行取樣，然后根據取樣測定的溫度和［C］進行數學模型計算，根據計算結果停止吹煉。吹煉停止后再次用副槍測定溫度和［C］，合格后出鋼。在出鋼的最初階段要根據吹煉時取樣分析的［P］分析值，進行是否繼續出鋼的判斷。為完成這些操作，必須在吹煉結束前約120s，進行吹煉末期的副槍取樣測定。吹煉結束前約120s，對于吹煉時間為20min的傳統吹煉來說相當于完成了90%的吹煉過程，而對于吹煉時間為9min的高速吹煉來說相當于完成78%的吹煉過程。因此，在高速吹煉情況下，采用傳統控制方法必然會大大增加脫碳量模型預測值的誤差。
基于這種分析，開發出適用于高速吹煉的改進型控制方法。在改進型控制方法中，由于采用［C］和溫度預測的動態模型，提高了預測的準確性，可以省略吹煉結束時［C］和溫度的測定。此外，由于鐵水脫磷的穩定性，不必通過取樣分析判斷是否繼續出鋼，可以使吹煉中副槍的動態測定時間接近吹煉過程的90%，即在吹煉結束前約60s完成。
在傳統模型中，吹煉末期過氧化渣中的［O］含量和鋼水中的［C］含量，是沒有考慮出鋼結束之前脫碳量的值，因此，出鋼后鋼中［C］含量的預測值有波動。在新開發方法的副槍測定時，除了進行傳統的碳濃度和溫度測定，還可以測定熔渣中的氧濃度，并將熔渣氧濃度輸送給動態模型，因此，提高了出鋼結束時鋼中［C］含量的預測準確性。
2.3 脫碳爐的處理周期時間
由于采用了上述的高速供氧技術和高速吹煉技術，和歌山新煉鋼廠脫碳爐的處理周期時間為20min，其中，送入鐵水4min、吹煉9min、出鋼5min、放渣和補爐2min。
3 多功能二次精煉法
轉爐脫碳吹煉后鋼水的硫含量雖然已經降到30ppm，但是高純度鋼（高性能油井管）對硫含量的要求是10ppm以下，最好是5ppm以下。為達到這種要求，傳統的做法是，轉爐出鋼后在鋼包內進行脫硫處理。處理方法是，將噴槍深入鋼水中，利用Ar氣從噴槍口將脫硫劑吹入鋼水進行脫硫。由于粉狀脫硫劑陷入Ar氣氣泡內，所以不能保證鋼水和脫硫劑之間有足夠的脫硫反應面積，影響了脫硫速度的提高，因此要投入大量脫硫劑。由于脫硫后要進行脫氣處理，所以，必須在脫硫后將大量的脫硫渣排出。這樣就增加了脫硫時間，并且鋼水溫度降低造成能量的損失。此外，由于是在大氣壓條件下進行攪拌操作，大氣中的氮會溶入鋼中，這樣，也會對鋼材性能產生不利影響。為解決傳統方法中存在的這些問題，實現高效率生產低氮低硫鋼，開發出多功能二次精煉法。這種精煉法是在真空條件下進行，對鋼水處理的主工序RH爐附加了脫硫功能，使脫氣和脫硫在同一個工序完成，實現工藝流程的緊湊化。
RH附加脫硫功能采用的不是從鋼水內部輸入，而是從爐子上面將脫硫劑吹入鋼水表面的方法。被吹入的脫硫劑接觸到真空條件下的鋼水面后在進入鋼水內部時，不會陷入Ar氣氣泡內，從而保證了足夠的脫硫反應面積，大大提高了脫硫速度，可以實現很低的終點硫含量。由于脫硫劑用量很少，所以脫硫后不需要進行物理除渣操作，因此溫度下降少，熱能損失小。
過去曾認為，在真空條件下頂吹粉劑會被真空排氣泵吸走，不能發揮有效的作用。但RH附加脫硫法開發的噴粉技術對噴槍的噴嘴形狀進行了改造，使粉劑和粉劑載體形成強力射流，可以無損失地將粉劑吹到鋼水表面。實驗證明，頂吹粉劑的方法可以達到高純度鋼的硫、氮含量要求，從而可以冶煉高級鋼，且熱能損失也降低到傳統方法的1/2。