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钢铁入门知识：钢材的原材料与生产工艺

一、原材料

钢的源头是铁矿砂，即铁元素(Fe)在自然界中的存在形式，纯粹的铁在自然界

中是不存在的，铁矿砂主要分为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿三种，这些都是铁的

氧化物，不同之处在于它们的氧化方式。铁矿砂中的含铁量越高越好，理论上

铁矿砂中的最高含铁量在72%左右，含铁量在60%以上称为富铁矿。铁矿砂

先在熔炉内还原成铁(铣铁)，再送入炼钢炉内脱碳精炼成钢，废钢也可在炼钢

炉熔炼再生。一般钢铁依使用用途制成性质、形状各异的商品，既所谓的钢铁

制品。通常钢铁制品是将铁矿石还原，熔解成铣铁(炼铣)，铣铁精炼成钢(炼钢)，

钢再轧延、加工后制成各种钢铁制品，广义的钢铁制品包含铸铁、铸钢、锻造

钢品及钢材加工的制品。

在讨论钢铁的原料之前，我们先要弄清楚，究竟钢和铁有什么不同？是否有不

同的成份呢？在日常生活上大家总是把钢和铁联在一起称为“钢铁”，可见钢和

铁应该是一种物质才对；事实上，由科学的眼光来看，钢和铁是有少许不同的，

它们的主要成份都是铁元素，只是所含的碳元素量不同。我们通常以碳的含量

在2%以上的叫“生铁”，低于这个数值的叫“钢”。因此，在冶炼钢铁的过程中，

含铁的矿石先在鼓风炉(blastfurnace)(高炉)中被冶炼成熔融生铁，而后熔融生

铁再放到炼钢炉(steelmakingfurnace)中精炼成钢。

生产钢铁所需要的原料分成四大类来分别讨论：第一类讨论的是各种含有铁质

的矿石原料；第二类是煤和焦炭；第三类则讨论在冶炼的过程中用来制造熔碴

(slag)的熔剂(或称助熔剂flux)，如石灰石等；最后一类是各种辅助原料，如废

钢料(scrap)、氧气等。

二、铁矿石种类及分布

在理论上来说，凡是含有铁元素或铁化合物的矿石都可以叫做铁矿石。但是，

在工业上或者商业上来说，铁矿石不但是要含有铁的成份，而且必须有利用的

价值才行。可是，由于很难绝对性的判定一个矿石是否有利用价值，所以在工

业上很难订立一个铁矿石的标准。举例来说，欧洲所产的铁矿品质很差，而且

含铁量很低，只是因为他们找不到好的矿石，所以他们就把这种矿石称为铁矿

石；而澳洲目前因为品质好含铁量高的矿石存量很多，所以像欧洲所用的那种

矿石在澳洲已经认为毫无价值。那么，在欧洲所使用的铁矿石，在美国就不被

钢铁业界认为是铁矿石了。再譬如说，在过去被认为含铁量太低没有利用价值

的矿石，由于现在工业技术的进步，发展出许多廉价的方法来富化矿石中铁的

成份，于是这些含铁量低的矿石也就成为有价值的铁矿石了。于是，我们归纳

出一个结论，就是在工业上对于铁矿石判定的标准是随着地区性的供求关系、

工业技术水准的改变及交通运输的状况而改变的。以目前的标准来看，矿石中

的平均含铁量大约在25%以上，才被称为有利用价值的铁矿石。

铁都是以化合物的状态存在于自然界中，尤其是以氧化铁的状态存在的量特别

多。现在将几种比较重要的铁矿石提出来说明：(前三种是主要种类)

(1)磁铁矿(Magnetite)是一种氧化铁的矿石，主要成份为Fe3O4，是Fe2O3和

FeO的复合物，呈黑灰色，比重大约5.15左右，含Fe72.4%，O27.6%，具有

磁性。在选矿(Beneficiation)时可利用磁选法，处理非常方便；但是由于其结构

细密，故被还原性较差。经过长期风化作用后即变成赤铁矿。

(2)赤铁矿(Hematite)也是一种氧化铁的矿石，主要成份为Fe2O3，呈暗红色，

比重大约为5.26，含Fe70%，O30%，是最主要的铁矿石。由其本身结构状况

的不同又可分成很多类别，如赤色赤铁矿(RedHematite)、镜铁矿

(Specularhematite)、云母铁矿(Micaceoushematite)、粘土质赤铁(RedOcher)

等。

(3)褐铁矿(Limonite)这是含有氢氧化铁的矿石。它是针铁矿(Goethite)HFeO2

和鳞铁矿(Lepidocrocite)FeO(OH)两种不同结构矿石的统称，也有人把它主要成

份的化学式写成mFe2O3nH2O，呈现土黄或棕色，含有Fe约62%，O27%，

H2O11%，比重约为3.6～4.0，多半是附存在其它铁矿石之中。

(4)菱铁矿(Siderite)是含有碳酸铁的矿石，主要成份为FeCO3，