原创科普文章：钢铁是怎样炼成的

（吴维轩、惠高峰）文章通过对钢铁的生成过程进行了生动形象的介绍，使读者能快速了解钢铁的生产过程，并且对钢铁的未来发展给予科学性的展望。

钢铁产品与我们的生活息息相关，上到天上飞机，下到水中游艇，日常更是随处可见。钢和铁要分开讲，铁是钢的初始状态，生铁缺乏塑性和韧性，力学性能差，无法进行深加工，用途受限制。铁经过炼制，去除了部分碳和其他杂质，才变成我们俗称的“钢”。俗话讲“百炼成钢”，钢的家族门类齐全，厚可至几米，如航母的甲板，上面可以开飞机，薄可如纸张一样，用手可以撕开。世界高端的机械表，需要600-700个零件，大部分零件用钢铁制成，重量以克来计，许多零件需要用放大镜才可以看到。在建筑、化工、电工制造各行各业，无处不见钢的身影。

说起炼钢大家会比较陌生，但谈起做面条，每个人都见过，炼钢与做面条有点相似，做面条的基本步骤：种小麦－收小麦－磨面－压面－煮面，对应的炼钢的基本步骤：选矿－炼铁－炼钢－轧钢－深处理。

一、种小麦——选矿

小麦是种出来的，要看土壤，铁矿石也是从地里选出来的，但是富含铁元素的矿石，含量少了开采成本太高。铁是地壳含量第4高的元素，所以不担心不够用，钢铁制品还可循环使用，所以铁是一种比较理想的工业品，在地表下，含铁元素的矿石被开采出来，通过破碎、细分、筛选、造球等工艺，最终被制成含铁量40-60%、粒度均匀，有一定强度的矿石球俗称“球团矿”，这是炼铁的主要原料。

二、收小麦——炼铁

收小麦是要将小麦从地里通过收割机收割，经过脱粒、干燥、存储并为后面的磨面做准备。炼铁是将球团矿投入到炼铁的容器（高炉）之中，投料的顺序，层次都是有讲究的，吹入氧气、空气、碳粉，经过一道道复杂的化学反应，碳就将铁矿石中的铁还原出来，高炉中，铁水流经厚厚的料层，像雨滴一样的下来，在炉底汇集，经过铁水罐的运送，为炼钢做好准备。

三、磨面——炼钢

磨面是去粗取精的过程，去掉麸皮，留下白澄澄的面粉，麸皮不去，影响面粉的口感。炼好的铁水中还有很多杂质，杂质不去，则影响铁水的加工性能，加工受力会断裂、开裂无法使用。铁水经过了炼钢的处理，对铁水进行脱硫、脱硅、脱磷（俗称：三脱）更细致的，还有去氢、去碳等工序后变成钢水。当然，为了满足后续的使用性能，还要向钢水中加入不同的合金元素，如硅、锰、碳等，还有一些贵重金属如铜、镍、铬等。添加不同的合金，钢就会呈现不同的加工性能：有的强度很高、很硬；有的又很软；有的抗腐蚀；有的耐酸雨。我们最常见的不锈钢，就是在钢水中加入“铬”元素，使得钢制品能穿越时光的洗礼，保持闪亮，漂亮的金属光泽而非锈迹斑斑。

当然，这时候的钢还是液态的钢水，我们需要将钢水经过一个中间容器（中间包）连续注入用水冷却的结晶器中，钢水凝固成坯壳后，从结晶器中稳定的速度拉出，并喷淋水冷却，待全部凝固后，再分切成指定长度的钢坯，自此，钢水完成了从液态向固态的转变。

四、压面——轧钢

压面，用擀面杖或压面机，通过压制，可以使面粉由粉状变成片状、条状、赋予面粉新的形象，经过多次的压制，可以使面条的纤维更加丰富，具有韧性，吃起来劲道弹牙。同样轧钢也有同样的功能，钢水冷却而成的钢坯或钢棒，这些坯料经过不同的轧机，轧辊，经过一道道的轧制，碾压受力，钢坯被轧制成0.2-4mm厚的钢卷或不同直径的钢棒。一般来说，钢坯成卷会产生几百倍的延伸。

五、煮面——深加工

煮面是面条入口前的最后一道工序，经过沸水的翻煮，面条完成最后的华丽转身，成为美味佳肴。喜欢扯面的朋友肯定熟悉，有一道必不可少的工序，叫“醒面”，面条揉压之后，要在案板上放置一段时间，让其富有韧性，方便扯成更细的面条。为了更好的口感，面条刚煮熟，还要浸入冷水中，增加其韧性。

我们对钢卷进行分切、焊接、冲压、机加工、刻蚀等各种工艺，钢卷或钢棒被加工成为钢带、螺丝等小产品。在钢卷加工过程中，有两道工序也常用，叫“退火”和“淬火”，退火，就是钢制品加热后，高温保持一段时间，消除钢制品加工过程产生的内应力，防止加工开裂和其他缺陷。淬火，就是将钢制品加热后，迅速浸入冷水中，快速降温，这样一来，钢板表面形成致密的组织，强度增加，性能更加优越。

中国是世界上最早生产钢的国家之一。炼钢生产在中国已有2500多年的历史。考古工作者曾经在湖南长沙杨家山春秋晚期的墓葬中发掘出一把铜格“铁剑”，通过金相检验，结果证明是钢制的。这是迄今为止我们见到的中国最早的钢制实物。它说明从春秋晚期起中国就有炼钢生产了。

炼钢是大型化工业体系，他的生产过程，会产生许多副产品，其产出的煤气，氧气可以为其他行业所用，煤气可用于民用加热。2020年武汉疫情期间病患用氧量激增，武钢马不停蹄，为医院提供了大量医用液氧，立下汗马功劳。炼铁，炼钢产生的炉渣是水泥厂、玻璃厂的原材料。同时炼钢工业也带动了上游产业的发展，比如采矿业、运输业、重型机械、电气工程等。

随着科技的发展，新材料比如碳基材料，铝基材料等的研制，基于其更卓越的性能和表现，许多原本的钢铁材料已被替代，但钢铁产品仍旧占据着不可撼动的地位，同时伴随国家产业政策调整和其他行业的发展，新型炼钢朝着大型化，品质化，绿色化，智能化的方向发展。