钢材生产必经炼铁、炼钢、轧材三阶段，你了解多少？

钢材制造需要经历三个主要步骤，首先是炼铁，接着是炼钢，最后是轧材，整个过程大致如下，先在高炉中冶炼出原料，然后借助转炉和电炉等设备，将生铁等原料转化为粗钢，最后通过轧机加工，制成我们日常所见到的钢材产品。

高炉炼铁就是用高炉把铁矿石等物质加工成生铁的工艺，制造1吨生铁大概需要1.6吨铁矿石和0.4吨焦炭，焦炭的主要功能是供应热量，同时从铁矿石里把铁还原出来，生铁是一种含碳量超过2%的铁碳混合物，生铁很硬，耐磨损，适合铸造，不过生铁很脆，无法进行锻压加工

生铁因碳含量形态各异，可区分为炼钢生铁、铸造生铁以及球墨铸铁等类别。在这几类中，唯有炼钢生铁适合用于炼钢，而且炼钢生铁在所有生铁中的比例超过八成。

炼钢生铁中的碳元素，主要构成碳化铁，其截面颜色为白色，因此也称作白口铁，这种生铁质地坚硬且易碎，是制造钢材的基础材料。

生铁铸造过程中，碳元素会形成片状石墨结构，这种材料断面呈现灰暗色泽，故得灰口铁之名。石墨材质质地温和，具备减摩特性，使得该类生铁在加工、抗磨以及成型方面表现优异。然而其韧性存在明显短板，无法承受锻压加工，主要应用于各类铸件生产，例如机床底座、管道设备等。

球墨铸铁：这种材料里的碳呈球状石墨形态分布，其力学特性明显优于灰口铁，且与钢材相当，它具备极好的铸造、切削和抗磨损能力，同时拥有不错的弹性，常被用来生产高级铸件如曲轴、齿轮、活塞等，以及各类机械部件。

此外，生铁能够区分为一般生铁和掺合金生铁，一般生铁涵盖炼钢生铁以及铸造生铁，掺合金生铁主要是锰铁之类。掺合金生铁能够充当炼钢的辅助用料，诸如起脱氧作用、添加合金成分等。

图一：Th铁包括炼钢Th铁、铸造Th铁、球墨铸铁

除了高炉法炼铁外，还有直接还原法、熔融还原法等炼铁方法。

直接还原法炼铁，是一种在低于矿石熔化温度下进行的工艺，通过固态还原将铁矿石转化为铁，这个过程称为直接还原法炼铁。这种铁因为含有大量因失氧形成的微气孔，所以也被称为海绵铁。直接还原法与高炉法相比，最大的优势是不需要使用冶金焦，因此比较适合冶金焦供应不足的地区，例如印度主要采用直接还原法进行炼铁。海绵铁可以充当优质废钢的角色，充当电炉的原料，然而，由于海绵铁里，那些容易氧化并且发热的成分（比如硅、碳、锰）的数量不多，因此，不能借助转炉来炼制钢水。

熔融还原法是一种铁矿石还原技术，它不需要建造高炉，而是在高温熔融状态下进行还原操作。这种方法的几个显著特点包括：首先，它使用煤炭作为燃料，而无需依赖焦炭，因此可以省去焦炉的建设环节；其次，该方法完全采用氧气进行还原，而非空气，这就意味着对氧气的需求量相当大；最后，通过熔融还原法生产出的铁水，其成分和温度与高炉铁水非常接近，这种铁水可以直接用于转炉炼钢过程。当前，熔融还原工艺的应用领域还比较有限，在国内，只有宝钢集团的COREX-3000熔炼设备是专门用于熔融还原炼铁的装置。

表一：高炉炼铁、直接还原法炼铁、熔融还原法炼铁比较

炼钢是将生铁借助氧气转炉进行氧化处理,从而脱除碳元素及其他杂质,最终制成粗钢的一项工艺。与生铁相比,粗钢的碳含量显著降低,通常维持在0.03%到2%的范围内。按照炼钢设备的不同类型,粗钢可以被划分为平炉钢、转炉钢以及电炉钢这三种主要类别。

平炉炼钢是一种炼钢技术，它使用煤气或重油作为燃料，通过燃烧火焰直接加热，将生铁和废钢等原料熔化并精炼成钢液。这种炼钢方法存在冶炼周期较长的问题，同时热能损耗也比较严重，因此目前基本上已经被淘汰了。

转炉炼钢是一种以液态铁水作为基础原料的冶金工艺，通过这种工艺制造一单位粗钢，大约需要消耗九成单位炼钢铁水和一成半单位废金属，这些原料共同参与反应生成最终产品。

电炉炼钢，是借助电极和间隙之间放电形成电弧，利用其释放的热量进行炼钢的工艺。与转炉炼钢相比，电炉炼钢能够处理更多的废钢，并且是工业上普遍采用的炼钢技术。

图二：粗钢Th产包括平炉炼钢、转炉炼钢和电炉炼钢

轧材是将粗钢加工成钢材的一个环节。根据粗钢在加工时是否掺入合金成分，轧材可以区分为两大类别：一般钢材和特种钢材。

特种金属：这种金属由普通钢材掺入锰铁、铬铁、硼铁等金属成分后压制成型。它涵盖多种类型，例如不锈钢、工具用钢以及多种合金材料。

钢材制作通常先铸造成型，再进行轧制加工。钢坯依据形态差异，主要有长条形、板状形、方形和管状形，它们分别用于生产长条状材料、板材、型状材料和管状材料。

钢材可以分成好几个种类，长材有棒材和线材这些，板材有几种不同的，型材包括重轨、轻轨和其他一些结构钢，管材则有焊接管这类。因为冷轧板得用热轧板来加工，所以钢材统计时会出现重复计算的情况。

图三：主要钢材产品分类