我是黑嫂，我來回答。

如果是生活在礦區，會經常看到一些鐵礦石，這些礦石有的是黃色、有的是紅色，甚至有的是黑色，有的結塊，有的成粉。

很多人就好奇，這些礦石，最終是如何變成鋼鐵的？

黑嫂以前在山西生活過十來年，那邊鐵礦很多，而黑嫂在礦區生活過，為了滿足好奇心，還下過那種礦洞非常狹窄的礦口。

後來收廢品，也沒少跟鐵廠打交道，對於這個鍊鐵的過程，同樣也在我的好奇範圍之內，就從多方面瞭解了一下。其實後來自己也跟朋友全夥投過小鍊鐵爐，但賠了錢。

所以在這裡簡單說一下這個礦石是如何成鐵的，但必須要說明，這都是自己瞭解到的實際操作，並不是書本上那些資料，所以只是說個過程。

很多人想象裡，覺得既然這個鐵是鐵礦石煉出來的，那麼在挖出這些鐵礦石後，就該直接投進鍊鐵爐。其實並不是這樣的，前面有不少流程，比如篩選和粉碎啥的。

篩選是為了把裡面的石頭給挑出來。粉碎後的鐵礦粉和焦炭粉按比例摻在一起。需要注意的是，這時候是不進鍊鐵爐的，要在外面先進行第一步的煉製。

所謂在外面進行第一步煉製，就是把這些粉碎好的鐵礦粉和焦炭粉摻好後堆成一堆，在下面點著火，然後讓其燃燒，下面用鼓風機吹，長長的一個鐵通風口，埋進這一堆原料裡，吹的風讓焦炭徹底燃燒。

所以我們路過鍊鐵廠時，會發現裡面有一堆一堆冒煙的東西，那些都是在進行第一步煉製的礦石。經過第一步的鐵礦石從礦石粉又變成了一塊塊結在一起的東西，烏黑烏黑的。

這一步過後才能進鍊鐵爐，將這些東西投入鍊鐵爐中後，爐裡不再新增焦炭，但需要加一種叫“白雲石”的礦物，這是一種青白色的石頭，質地不硬。投入這種礦物質的原因是為了阻止裡面的鐵礦成鐵水後沾爐子，這種白雲石可以起到分離鐵水和鐵爐的作用。

而裡面的達到一定溫度後成鐵水，這些鐵水到一定程度後被倒到外面的模子裡，這時候出來的就是生鐵，從模子裡倒出後，也就是我們常見的“麵包鐵”。

生鐵大多用來直接鑄造，比如我們常見的生鐵鍋、鎖等等，這些東西不需要過度鍛造，生鐵也經不住鍛造，主要是韌性太差，它本身太脆。

所以，就需要進一步的煉製來形成熟鐵或者是鋼材。

而生鐵變成鋼的過程以及需要的溫度，則比礦石變成鐵水的溫度要高得多，因為這個過程其實也是個過濾的過程。

我們前面說出來的是麵包鐵，但也有直接煉製成鋼的，也就是直接從鐵水到鋼。這個過程需要個特殊的東西叫“轉爐”。啥是轉爐呢？就是一個可以轉動的爐子。其目的是可以旋轉帶動裡面的鐵水，使氧氣可以更好更快吹入，靠雜質的氧化放熱同時升高溫度。

但不要以為這時候出來就成鋼了，事實上，出來後，外面的工序非常非常重要，也叫做“爐外精煉”，當然了，這個技術非常複雜，不是三言兩語能說清的，整體來說，就是先洗，把鋼水和鋼液對合著物的沖洗，來達到純度的一種方法。

然後就是抽氣，使鋼水面一度達到真空，去除雜質和氣泡。接著就是我們常見的操作攪拌了，當然不會是人工攪拌，現在的方法很多。經過這些流程後，鋼水已經降溫，需要再一次加熱，現在的加熱和前面不同，現在被加熱的鋼水純度已經達到標準。最後就是精煉了，把不同型別的原料噴入鋼水中，來達到精煉的目的。

Ⅲ：當然了，我們現在有不少的合金鋼，這個過程其實是差不多的，只不過最後加入的東西不同，於是就形成了不同的合金，這個不再多說。

黑嫂說的是個粗糙的過程，因為沒有說任何諸如生鐵的含量，鋼的含量啥的，咱們說的就是個過程，大致就是這麼個樣子。當然了，從礦石到鋼材，這個過程是複雜的，並不是自己弄個爐子就可以隨便兌，這是需要資料的支撐和技術以及經驗的。

礦石怎麼變成鋼鐵的?首先得有礦山，礦山又分為地下礦和露天礦，不是什麼地方都有礦石，而是需要地質學家尋找，勘探。若發現有礦產的地方需要鑽井鑽探，看地下有多少礦床；然後成立一個礦山公司，把礦石送到選礦車間，將礦石粉碎成粉末，然後磁選出精礦粉，再運倒鋼鐵公司的燒結廠，把礦石粉末燒成生鐵塊，就是所謂的“王八鐵”；再送到高爐冶煉，冶煉的時候還要加入很多其它的原料，如焦炭，廢鐵，不含鐵的礦物質等等。高爐煉的鐵水鑄成鐵塊（鐵錠），再送到鍊鋼廠重新提煉，鍊鋼廠有轉爐和平爐，從鍊鋼廠出來的鋼錠還不是真正的鋼鐵，必須經過軋鋼廠的軋製，需要什麼型別的鋼材就有不同的軋鋼廠軋製。因為鋼錠透過再次加熱，在軋製的過程中，鋼材會有一層氧化鐵皮掉落，這時的鋼材才是真正的鋼鐵了。

我以前就在選礦廠上班，因此對於對於這個問題還是頗有研究的。礦石是如何變成鋼鐵的？剛開採出來的鐵礦石尺寸又大雜質又多，因此礦石要經過採礦、選礦、冶煉才能變成最終的鋼鐵。

（下圖為菱鐵礦）

鐵在地球上的含量是最大的，鐵礦石可以分為磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦、硫鐵礦、鏡鐵礦等，每一種鐵礦的化學組成成分都是不同的，含鐵量當然也不同。鐵礦如果按照磁性來分，可以分為強磁鐵礦和弱磁鐵礦，其中磁鐵礦就是典型的強磁鐵礦。

(下圖為礦石採剝）

下圖為我收藏的黃銅礦（CuFeS2），裡面含有部分鐵，可以透過浮選先把銅礦選出，再透過磁選把鐵礦選出，黃銅礦一般伴生錫礦，可以把磁選後的尾礦透過重選（搖床）選出。

我國鐵礦石的儲量是非常大的，但是貧礦多富礦少（礦石的含量低、雜質多），因此鐵礦石的選礦是一個非常重要的過程。鐵礦石的選礦說得直白點就是去除雜質、提高礦石中金屬含量的過程，同時選礦的另一個目的就是為了得到一定細度的礦石，這樣便於下一步冶煉。（下面兩圖為裝置聯絡圖）

下圖為都龍8000噸/日選礦廠，選礦產一般建設在斜坡上，以便礦漿透過重力往下運輸。

我國每年都要從澳大利亞進口大量的鐵礦石，那就是因為澳大利亞的鐵礦石富礦非常多，金屬含量可以達到50%以上，可以不用選礦直接進行簡單加工，就可以冶煉。而我國的鐵礦石鐵含量大多在16%～30%之間（原礦品位在16%～30%），必須要進行選礦，因此進口鐵礦石的加工成鋼鐵的成本要低很多。在我國一個好的選礦工程師頂200個地質工程師。

（下圖為選礦工藝簡圖）

進入冶煉廠的鐵礦石品位不低於58%（對應下圖中的精礦品位）,從圖中可以看出我國的鐵礦石品位偏低。

鐵礦石開採出來尺寸大多在0.5米以內，因此礦石透過破碎機和磨礦機經過多次破碎和多次磨礦以達到一定的細度，如礦石經過磨礦後產品的粒度要達到0.074mm（德國標準篩200目）以下的佔80%。磨礦一般都是溼磨，球磨機肚子裡裝有鋼球，球磨機在轉動的過程中透過鋼球的運動來磨碎礦石，一臺好的球磨機造價上百萬。

（下圖為顎式破碎機）

注意：破碎和磨礦都要經過多個過程，一般分為一段破碎、二段破碎、三段破碎、一段磨、二段磨，它們之間由振動篩連線，篩下物進入下一個流程，篩上物由皮帶運輸機返回重新碎礦或磨礦，這是一個迴圈的過程。

（下圖為格子型球磨機）

礦石經過破碎和磨碎後就可以進行選別了，選礦最重要的裝置就是磁選機，礦漿經過磁選機的多次選別就可以得到精礦，選礦過程經過粗選、精選、掃選，在儘可能提高回收率的同時提高礦石的金屬含量。

（下圖為強磁選機）

磁選是根據礦石中各種礦石的磁性差異，在磁選機形成的不均勻磁場中實現礦物分離，磁選是處理鐵礦石的最主要選別方法。

經過磁選機得到的合格精礦含水量較高，都要經過濃密機和過濾機的脫水處理，一般精礦的含水量不得高於13%。

（下圖為鐵精礦中心傳動式濃密機）

（下圖為過濾後的鐵精礦，鐵含量在55%~68%之間）

原礦經過選礦過程得到精礦，精礦就可以運輸到冶煉廠了。在礦石中純淨的鐵是不存在的，一般都要經過氧化還原反應而得到鐵，如磁鐵礦種加入石灰石和焦炭，在高溫爐中經過還原反應而得到鐵。

我國是世界上最早開始鍊鐵的國家之一，可以說我國古代的鍊鐵技術非常發達。但是由於舊中國的落後，目前最先進的鍊鐵技術依然在發達國家手中。

能夠變成鋼鐵的礦石叫做鐵礦石，即含有鐵單質或鐵化合物能夠經濟利用的礦物集合體，鐵礦石透過高溫冶煉就能得到單質鐵，在單質鐵中新增其它元素以後就得到了鐵合金，即鋼。

鐵礦石的種類很多，用於鐵冶煉的鐵礦石主要有磁鐵礦（Fe3O4）、赤鐵礦（Fe2O3）和菱鐵礦（FeCO3），鐵含量達到70%以上的鐵礦石被稱為“富礦”，它們可以直接投入到爐子裡進行冶煉，俗稱“高爐富礦”。

而鐵含量較低的鐵礦石則需要進行選礦，這些鐵礦石的鐵含量低於70%，在選礦過程中將多餘的雜誌剔除，使其變成鐵含量達到70%以上的精選礦，然後才能投入到冶煉爐內進行冶煉。

鐵冶煉的方法主要有三種，即高爐鍊鐵法、直接還原鍊鐵法、電爐鍊鐵法，其中高爐鍊鐵法歷史最悠久，它的冶煉原理是這樣的：

將精選後的富礦粉末捏成團堆砌在高爐內→點燃裝填在爐底的煤→爐溫升至900℃，氧化物開始被碳還原→爐溫升至1000℃，雜質開始被熔化，氧化物開始氣化→爐溫升至1300℃，鐵元素開始熔化成液態鐵→鐵水向下流淌進入鐵水包→鑄錠得到生鐵錠。

其他兩種冶煉方法雖有一定的技術區別，但是萬變不離其宗，都是利用高溫來熔化礦石中的鐵元素，進而得到液態鐵。

這就是鐵從礦石到金屬的蛻變過程，從原理上來講，鐵冶煉就是一個簡單粗暴的升溫過程，然而這樣得到的金屬鐵雜質含量是非常高的，這樣的鐵質地非常硬，同時也非常脆，用錘子敲擊都能被擊裂，只有進一步淬鍊才能成為強度較高的鋼。

▼下圖為打造日本武士刀使用的原材料——玉鋼，網路上曾有大批日精鼓吹玉鋼的各種高大上，然而事實上玉鋼只是土法煉鋼時產生的海綿狀生鐵，它的效能還不如過去我國農村用來犁地的鐵犁，吹捧玉鋼的行為實質上為不懂冶煉基本原理的無知行為。

而淬鍊的基本條件依舊是溫度，只有將爐溫進一步提升到1500℃以上時才能剔除雜質，得到真正的單質鐵，歷史上傳說干將莫邪用自己的身體煉就名劍的原理就是透過動物油脂向冶煉爐內燃料助燃，以提高爐溫。

客觀地講，傳統燃料是很難將爐溫提高到1500℃的，解決這個問題最簡單有效的做法就是向熔池注入純氧。

氧氣是一種助燃劑，高純度氧氣的注入將會使高溫鐵水發生劇烈燃燒，溫度也就得到大幅提升了；同時氧氣也是一種強氧化劑，它的注入將會促進鐵水裡的雜質快速分離，在鐵水錶面以氧化物的形式析出，這樣一來就能得到純度很高的熟鐵了。

需要特別指出的是，熟鐵雖然具有一定的柔韌性，但是它仍然不是真正意義上的鋼，因為鋼除了柔韌性以外還要具備一定強度，所以必須在鐵水中根據不同需求新增一定比例的其他元素，使其成為不同效能的鋼。

比如說需要製造具有一定硬度和一定抗張強度的坦克裝甲鋼，那麼我們就需要向鐵水裡新增0.37%的矽、0.8%的錳、0.9%的鉻、1.65%的鎳、0.25%的鉬，這樣一來就能得到符合要求的均質裝甲鋼了，也就是行業上所說的“40CrNiMoA”鎳鉻鉬合金鋼，或者40#常規武器鋼。

不同的元素新增比列能獲得性能不同的鋼材，就拿常規武器用鋼來說吧，當我們把鎳含量從1.65%提高到3.5%，把鉬含量提高到0.75%，並新增015%的釩、錳含量不變的情況下，得到的就是一種硬度適中，而抗張強度和屈服強度極高的炮管鋼。

這樣的鋼材是製造坦克滑膛炮和大口徑榴彈炮的唯一材料，它可以承受500Mpa~700Mpa的火炮膛壓以及10℃/s的加熱、冷卻速度，同時可承受硬質炮彈500~800次的高溫、高壓摩擦，這也是現代火炮身管壽命極高的原因。

▼下圖為一根口徑為460mm的炮管，它是常規武器用鋼的典型代表，使用鋼材時是“40CrNiMoA”鎳鉻鉬合金鋼，壽命為400發。

熟鐵水甚至能夠與放射性物質熔合成特殊鋼鐵——貧鈾合金鋼，這種放射性物質就是貧鈾，它是一種核廢料金屬，即鈾-238，密度為19.1克/立方厘米，是高碳鋼密度的2.4倍，與鎢相近，當它與純鐵熔合以後就得到了密度、硬度極高的貧鈾合金鋼。

對於鎢礦資源相對貧瘠的國家而言，貧鈾合金鋼是代替鎢鋼的不二之選，它既可以用來製造攻擊裝甲的彈丸，又能製造防止彈丸攻擊的裝甲。

當做為彈丸時，高密度、高硬度特性可以使其輕鬆擊穿傳統均質裝甲鋼，比如美製M829A3型120mm尾翼穩定脫殼穿甲彈，它的貧鈾合金鋼彈芯在發射時能達到1550米/秒的初速，2000米距離上能擊穿800mm厚的均質裝甲鋼，與我國的125mm鎢合金鋼尾翼穩定脫殼穿甲彈的效能基本持平（三期彈），殺傷力甚至遠遠超過鎢合金鋼彈芯！

當做為裝甲時，高密度、高硬度特性可以使其防護水平大幅提升，比如美製M1A2sep主戰坦克就使用了3噸左右的貧鈾合金鋼裝甲，使其原本防禦水平相當於700mm均質裝甲鋼的炮塔正面裝甲提高到了1300mm水平，當我們用99A型主戰坦克的125mm火炮使用最強的三期彈對其炮塔正面打一炮時，難說究竟能不能打得穿。

▼下圖為正在為M1A2sep主戰坦克裝載M829A3型120mm尾翼穩定脫殼穿甲彈的美國士兵，這類彈藥是使用貧鈾合金鋼製造的，發射前不會對使用者造成傷害，但是發射後在高溫作用下放射性物質就會發生反應，從而傷害到人體健康，是一種很不人道的特種鋼材，這個星球上只有美國在使用這種鋼材。

第一、礦石變成鋼鐵是透過高溫冶煉實現的，當冶煉溫度接近或者達到鐵的熔點時，鐵元素就會被熔化成金屬鐵，在透過進一步的高溫淬鍊就能得到單質鐵。

第二、在單質鐵中新增一定比例的其他元素後就能得到鋼，不同的新增方式能夠得到效能不同的鋼材，只有煉成合金鐵才能稱得上真正意義上的鋼鐵。

結語

鋼鐵冶煉原理雖說是簡單粗暴的升溫過程，但是要得到高效能鋼鐵卻並非易事，比如說上述中例舉到的40#炮鋼，它必須在得到符合要求的合金鋼以後還要透過“電渣重熔”這項技術的處理才能成為真正的炮鋼。

我國到1991年時才掌握這項技術，也是從這個時期開始才具備研發大口徑坦克滑膛炮的條件，在此之前我國根本不能生產包括滑膛炮在內的高效能火炮，以至於在研發第一代主戰坦克時愣是隻能拿老舊的100mm線膛炮來湊數，回想起來令人唏噓。

如今的我國不僅成為世界第一大鋼鐵冶煉國家，更是成為鋼鐵冶煉強國，除了不屑於冶煉貧鈾合金鋼以外，上到航天輕質合金鋼，下到無磁航母甲板鋼等等各種高效能鋼鐵我們都能自己煉出來，不得不承認祖國真的是越來越強大了，老一輩們“超英趕美”的夙願終在今日得以實現。

▼下圖為鞍鋼的特種厚板鋼鍛造生產車間正在加工航母甲板鋼，這種高效能鋼鐵是建造現代航母不可或缺的特殊材料，在過去我們是不具備生產能力的，即便放眼於當下，能生產航母甲板鋼的國家也不超過3個。

首鋼遠眺

首鋼風景（首鋼製氧廠）

首鋼廠東門

鐵礦石

鐵礦石

鐵礦石的礦山開採

1.鍊鐵部分（鐵礦石——鑄鐵）

鐵礦石主要有磁鐵礦（主要成份為四氧化三鐵，Fe3O4，呈黑褐色，有磁性）和赤鐵礦（三氧化二鐵Fe2O3，呈鏽紅色）。

但地球自然界中高品位的鐵礦石很少，大多數都是低品位的鐵礦石。因此鐵礦石開採後還要進行選礦，以提高鐵礦石的品位。天然礦石（鐵礦石）經過破碎、磨碎、磁選、浮選、重選等程式逐漸選出鐵，然後燒結成球，再進入高爐（高品位的鐵礦石可直接入爐）！

高爐遠眺

鍊鐵廠鍊鐵工藝流程：

鍊鐵工藝是是將含鐵原料（燒結球團，或高品位鐵礦石）、燃料（焦炭）及其它輔助原料（石灰石等）按一定比例裝入高爐。在鼓風機強勁風力的吹動下，爐內焦炭燃燒產生一千四百多度的高溫，碳和氧化鐵發生還原反應而生成生鐵，鐵礦石原料中的雜質與加入爐內的熔劑相結合而成渣。

鐵水由於比重大而留在爐底，放出後裝入魚雷罐（鐵水包），送往鍊鋼廠（或澆築成鐵錠）。

鍊鐵過程中同時產生高爐煤氣和爐渣兩種副產品。高爐爐渣主要是礦石中的雜質與石灰石等熔劑結合生成，自排渣口排出後，經水淬處理後成為‘水渣’，水渣可作為水泥生產原料；高爐產生的煤氣從爐頂匯出，經除塵後，可作為燃料。

2.鍊鋼部分（鐵水——鋼水）

鍊鋼廠轉爐和大包

鐵水包向轉爐內傾倒鐵水

向轉爐內加廢鋼

所謂鍊鋼，實際上就是一個鐵水的脫碳過程。鍊鐵廠煉出的鐵水，碳的含量很高（約6--14%），也稱生鐵。

將鐵水、廢鋼等原料，裝入轉爐，同時將氧氣吹入爐內。鐵水在轉爐氧化的氣氛中‘脫碳’，將生鐵煉成‘鋼’。純氧頂吹轉爐為目前使用最普遍的鍊鋼裝置，主要用於生產碳鋼、合金鋼的冶煉。

在鍊鋼過程中，控制脫碳的程度，可分別煉出高碳鋼或低碳鋼。如果加入合金成分（如：錳，鎳等），就是合金鋼！

鋼水煉好後，轉爐翻轉，將煉好的鋼水倒入鋼包（我們稱作‘大包’），然後送到精煉（主要是脫硫，脫磷），經過‘精煉’，鋼水包由天車吊到方坯（板坯）連鑄機，製成方坯（主要是生產鋼筋）或板坯（主要是生產板材）！！

鋼水也可以鑄成鋼錠（模鑄，現已基本淘汰），以便生產別的零件所用！！

轉爐煉出的鋼水是無法長時間儲存的，因此要把鋼水冷卻成材！而連鑄機就是將鋼水連續鑄成方坯（板坯）的機器！

板坯連鑄機

板坯:截面寬、高的比值較大，主要用來軋製板材。

方坯連鑄機

方坯:截面寬、高相等，主要用來軋製型鋼、線材。

3.成材（鋼坯——鋼材）軋鋼

從鍊鋼廠出來的鋼坯僅僅是半成品，鋼坯只有到軋鋼廠去進行軋製以後，才能成為合格的產品（鋼材）。

從鍊鋼廠送過來的方坯，要進入加熱爐，然後經過軋機的反覆軋製之後，才能成為鋼筋。這就像市場賣麵條的壓面機，軋機就像壓麵條，只有經過軋輥的多次擠壓，麵條才會壓好，鋼筋也是一樣！

鋼筋根據直徑，分為線材和棒材。

直徑在8mm以下的鋼筋可以盤成圈（也稱‘盤條’）。直徑大於10mm的鋼筋，無法盤成圈，只能做成棒材！！

在熱軋生產線上，軋坯加熱變軟，被輥道送入軋機，最後軋成使用者要求的尺寸。

板坯熱軋成品分為鋼卷和錠式板兩種，經過熱軋後的鋼板厚度一般在幾個毫米,如果使用者要求鋼板更薄的話，還要經過冷軋。