กรรมวิธีผลิตเหล็กดิบ
    แร่เหล็กที่ขุดได้จากพื้นโลกในครั้งแรกนั้น จะอยู่ในลักษณะเป็นของผสม ซึ่งมีสารอื่นๆผสมปะปนอยู่ เช่น ดิน หิน ทราย แร่เหล็กที่บริสุทธิ์จริงๆ นั้นเกือบจะไม่มีเลย อาจพบบ้างในลูกอุกาบาตหรือดาวตกก้อนโตๆ เมื่อนำแร่เหล็กมาถลุงจะได้เหล็กบริสุทธิ์ เหล็กบริสุทธิ์นี้นำมาใช้ประโยชน์ในทางอุตสาหกรรมได้น้อย เนื่องจากมีคุณสมบัติในการใช้งานค่อนข้างจำกัด ดังนั้น เหล็กที่จะนำไปใช้งานทางด้านอุตสาหกรรมโดยทั่วไปจะเป็นเหล็กประสม สารที่ผสมลงไปในเนื้อเหล็กมีทั้งที่เป็นโลหะและอโลหะ ทั้งนี้เพื่อต้องการปรับปรุงคุณภาพของเหล็กให้สามารถนำไปใช้งานได้ดียิ่งขึ้น เช่นทำให้สามารถทนต่อแรงดึงได้มากขึ้น ทำให้เหล็กมีความแข็งมากขึ้น

การถลุงเหล็กดิบ
    อุปกรณ์ที่สำคัญในการถลุงเหล็กดิบคือ เตาสูง (Blast Furnace) และนอกจากแร่เหล็กที่จะนำไปถลุงแล้ว ยังต้องมีวัตถุดิบอย่างอื่นอีกที่ต้องใส่ลงไปในเตาสูงด้วย ทั้งนี้เพื่อเพิ่มคุณภาพเหล็กดิบที่ได้ให้มีคุณภาพดียิ่งขึ้น

วัตถุดิบที่ใช้ในการถลุงเหล็กดิบ
    1.สินแร่เหล็ก (Iron ore) เป็นวัตถุหลักในการผลิต ได้มาจากเหมืองแร่เหล็กต่างๆ หลังจากขุดแร่เหล็กได้แล้ว ก่อนที่จะป้อนเข้าเตาเผาจะต้องผ่านการเตรียมแร่ก่อน เพื่อให้เหลือสารเจือปนน้อยที่สุด
    2.ถ่านโค้ก (Coke) เป็นเชื้อเพลิงหลักที่ใช้ในการถลุงเหล็ก นอกจากนั้นยังเป็นสารที่ทำให้ปฏิกิริยาทางเคมีภายในเตา เป็นไปอย่างสมบูรณร์ขณะทำการถลุง ถ่านโค้ก เป็นสารสังเคราะห์ที่ได้จากการนำถ่านหิน ผ่านกรรมวิธีกลั่นทำลาย คือ นำเอาอ่านหินไปบรรจุในที่จำกัดมิให้อากาศเข้าได้ แล้วให้ความร้อนจนถ่านร้อนแดง สารไฮโดรคราบอนที่อยู่ในถ่านหินจะระเหยออกไปเป็นแก๊ส
    3.หินปูน (Limestone) หรือมีชื่อทางเคมีว่า แคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3) เป็นวัตถุดิบที่มีความสำคัญอีกอย่างหนึ่งในการผลิตเหล็กดิบ ที่ต้องใส่หินปูนลงไปด้วยนั้น เพื่อทำหน้าที่เป็นฟลั๊ก แยกสารเจือปนในสินแร่เหล็กออก นอกจากนั้นยังทำให้สารเจือปนบางชนิดในสินแร่เหล็กซึ่งมีจุดหลอมละลายสูง มีอุณหภูมิต่ำลง สารเจือปนจะถูกหลอมละลายแยกตัวออกมาเป็นขี้ตะกรัน และลอยตัวอยู่เหนือผิวน้ำเหล็ก หน้าที่อีกอย่างหนึ่งของหินปูน ก็คือ เป็นตัวช่วยเร่ง ปฏิกริยาการลดออกซิเจนในเตาสูงให้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น
    4.เศษเหล็ก (Scrap lron) สาเหตุที่ต้องใส่เศษเหล็ก ซึ่งผ่านการถลุงมาแล้วครั้งหนึ่งลงไปด้วย เนื่องจากต้องการประหยัดสินแร่ ทำให้ลดต้นทุนการผลิตลง แต่เศษเหล็กที่ใส่ลงไปนั้นจะต้องมีการคัดเลือกเหล็กที่มีสารเจือปนจำพวกสารที่มิใช่เหล็ก เช่น สังกะสี ดีบุก ฯลฯ ให้ปะปนอยู่น้อยที่สุด เพราะสารเหล่านี้ทำให้เกิดปัญหาต่อปฏิกริยาภายในเตา ก่อนที่จะป้อนเศษเหล็กเข้าเตาเผาจะต้องทำความสะอาด พยายามกำจัดสารเจือปนและสนิมให้มากที่สุด นอกจากนั้นยังต้องบดให้ได้ขนาดตามต้องการอีกด้วย เศษเหล็กที่มีส่วนผสมของนิเกล โครเมียม โมลิดินัม เป็นเศษเหล็กที่ต้องการมากกว่าเศษเหล็กกล้าคาร์บอน เนื่องจากสารเหล่านี้จะเป็นตัวช่วยให้เหล็กดิบที่ผลิตออกมามีคุณภาพดียิ่งขึ้น แต่เศษเหล็กก็ไม่ใช่วัตถุดิบที่จำเป็นต้องใส่เสมอไป บางครั้งอาจจะใส่เฉพาะสินแร่แต่เพียงอย่างเดียว
    5.อากาศ (Air) เป็นวัตถุดิบที่สำคัญอีกอย่าง เนื่องจากในการเผาไหม้ภายในเตา ต้องการออกซิเจนเข้าไปช่วยในการเผาไหม้เป็นอย่างมาก แหล่งออกซิเจนที่หาง่ายสุดคืออากาศที่ใช้หายใจ อากาศจะถูกปั้มลมเป่าเข้าไปในเตาเผา แต่ลมที่พ่นเข้าไปนั้นจะต้องอุ่นให้ร้อนเสียก่อน เพื่อเพิ่มอุณหภูมิให้แก่เตาเป็นการประหยัดเชื้อเพลิง
    6.น้ำ (Water) ใช้สำหรับระบายความร้อนบริเวณเปลือกเตาซึ่งทำด้วยแผ่นเหล็ก น้ำที่ใช้ต้องเป็นน้ำสะอาด โดยทั่วไปอาจใช้น้ำจากแม่น้ำลำคลองแต่ไม่ควรใช้น้ำทะเล เพราะอาจกัดกร่อนชิ้นส่วนของเปลือกเตาชำรุดได้ง่าย

การเตรียมสินแร่เหล็ก
    สินแร่เหล็กที่ขุดได้จากพื้นดินนั้น ไม่สามารถใส่ลงไปในเตาได้ทันที ต้องผ่านการแยกสิ่งสกปรกที่ติดอยู่เสียก่อน สินแร่ที่มีอยู่บนพื้นโลกมีมากมายหลายชนิด แต่ที่มีความสำคัญต่อ วงการอุตสาหกรรม มี 5 ชนิด คือ
    1. แร่แม่เหล็ก (Magnetite) มีสูตรทางเคมี คือ Fe3O4 หรือเรียกว่า เฟอร์โรโซเฟอร์ริกออกไซด์ มีลักษณะ เป็นก้อนสีน้ำตาลเข้มถึงดำ ถ้านำไปบดให้ละเอียดผิวเป็นมันวาว มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กธรรมชาติ มีเหล็กอยู่ในเนื้อแร่ 72.4% ออกซิเจน 26.6% มีแมกเนเซียมและแมงกานีสอยู่บ้างเล็กน้อย แหล่งที่พบมีที่ตอนเหนือของประเทศสวีเดน สหรัฐอเมริกาบริเวณตะวันตก นอกจากนั้นยังพบมากที่ นอร์เว โรมาเนีย รัสเซีย และแอฟริกาใต้
    2. เร็ดเฮมาไตท์ (Rad Hematite) มีสูตรทางเคมี คือ Fe2O3 หรือเรียกว่า เหล็กออกไซด์ มีลักษณะเป็นก้อนสีแดง เรื่องถึงน้ำตาลเข้ม ถ้านำไปบดให้เป็นผงจะมีสีแดง มีคุณสมบัติเป็นแผิวของก้อนสินแร่ไม่เป็นมันวาว เม็ดเกรนเกาะกันแน่น มีเหล็กอยู่ในเนื้อแร่ 70% ออกซิเจน 30% อาจมีติตาเนียมผสมอยู่บ้างเล็กน้อย แหล่งที่พบได้แก่ สวิสเซอร์แลนด์ อังกฤษ บลาซิล ใน สหรัฐอเมริกาพบมากที่แถบทะเลสาบทั้งห้า โดยเฉพาะมากที่สุดที่ทะเลสาบสุพีเรีย
    3.Brown Hematite (บราวน์เฮมาไตท์) มีสูตรทางเคมี คือ Fe2O3+H2Oหรือมีชื่อเรียกอีกอย่างหนึ่งว่าลิโมไนท์ (Limonite) ลักษณะเป็นก้อนสีน้ำตาลหรือเหลืองเข้ม ดินที่อยู่บริเวณที่มีแร่ชนิดนี้ส่วนมากจะมีสีเหลือง มีเหล็กอยู่ในเนื้อแร่ 52-66% แหล่งที่พบได้แก่ที่เยอรมัน สหรัฐอเมริกา อังกฤษ
    4. ซีเดอร์ไรท์ (Siderite) มีสูตรเคมีว่า Fe2CO3 หรือมีชื่ออีกอย่าง คือ เหล็กคาร์บอเนต มีลักษณะเป็นก้อนสีน้ำตาลเข้ม มีเหล็กอยู่ในเนื้อแร่ 48% และมีสารคาร์บอเนตผสมอยู่ประมาณ 37.9% แหล่งที่พบได้แก่ อังกฤษ สก็อตแลนด์ สหรัฐอเมริกา เยอรมัน ออสเตรีย
    5. เหล็กไพไรท์ (Iron Pyrite) มีสูตรเคมีว่า Fe2S3 เป็นแหล่งที่มีกำมะถันปนอยู่มาก ซึ่งกำมะถันนี้เป็นตัวทำให้เหล็กมีคุณสมบัติเปราะ ดังนั้น จึงไม่นิยมนำสินแร่เหล็กชนิดนี้ไปถลุงมากนัก ถึงแม้ว่าจะมีเนื้อเหล็กอยู่ในเนื้อแร่ถึง 45.6% ก็ตาม มีกำมะถันผสมอยู่ 53.4% นอกจากนั้นมีนิเกลและโบอลด์ผสมอยู่บ้างเล็กน้อย แหล่งที่พบได้แก่ สเปน สหรัฐอเมริกาแถบรัฐเวอร์จิเนียร์ แมสซาจูเสท โคโรลาโด และอาริโซน่า
     แร่เหล็กที่พบในประเทศไทยนั้นมีที่เขาอึมครึม จังหวัดกาญจนบุรี ,เชียงคราม จังหวัดเลย ,แม่แจ่ม จังหวัดเชียงใหม่ ,บางคล้า จังหวัดฉะเชิงเทรา ,เถิน จังหวัดลำปาง ,หนองไผ่ จังหวัดเพชรบูรณ์ ,แกลง จังหวัดระยอง ,เกาะเหล็ก จังหวัดกระบี่
     ชนิดแร่ที่พบได้แก่ เฮมาไตท์และลิกไนท์เป็นส่วนมาก ส่วนชนิดอื่นก็มีอยู่บ้างแต่ไม่มากนัก ส่วนแร่เหล็กที่มีเปอร์เซนต์ของเหล็กผสมอยู่น้อย จะนำไปใช้ในการผลิตปูนซีเมนต์ภายในประเทศ สำหรับหินลูกรังหรือศิลาแลง ซึ่งมีส่วนผสมของแร่เหล็กอยู่บ้าง จะนำไปทำถนนหรือจำพวกหินประดับ

ขั้นตอนการเตรียมสินแร่เหล็ก
    สินแร่ที่ขุดมาได้นั้น จะมีสิ่งสกปรกเช่น หิน ทราย ดิน กรวด ติดมาด้วย ดังนั้นก่อนที่จะนำไปเข้าเตาเผา จะต้องทำความสะอาดก่อนโดยการล้างหรือร่อน จากนั้นก้อนแร่ซึ่งมีส่วนผสมของสารอื่น จะต้องนำไปแยกร่อนก่อนโดยการบด ร่อน และล้าง ถ้าเป็นแร่ที่มีเปอร์เซนต์เหล็กน้อย จะต้องใช้วิธีบดให้เป็นผงละเอียด แล้วใช้แม่เหล็กดูดก็จะได้ส่วนที่เป็นแร่เหล็กออกมา จากนั้นนำไปอบไล่ความชื้น ไล่แก็สคาร์บอนไดออกไซด์และซัลเฟอร์ไดออกไซด์ออก สินแร่ที่ได้นั้นจะมีลักษณะเป็นผงไม่สามารถบรรจุลงเตาสูง(Blast Furnacc) ได้ เนื่องจากเกิดการฟุ้งกระจายขณะเป่าลมเข้าไปในเตา ดังนั้น จึงต้องนำไปผ่านกรรมวิธีผงอัด(Sintering) โดยการผสมผงถ่านโค้กและผงหินปูนลงไปด้วย การอัดจะทำให้ผงอัดเป็นแผ่นกลม มีเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 10 - 15 มม. ซึ่งพอเหมาะที่จะบรรจุลงในเตาได้
    การที่ต้องผสมผงถ่านโค้กลงไปด้วย เพื่อให้เป็นการประหยัดเชื้อเพลิง ส่วนหินปูนที่ผสมเพื่อให้เป็นฟลั๊ก (Flux) กำจัดสิ่งสกปรกในสินแร่ขณะหลอมละลาย สำหรับวัตถุดิบอื่นๆ ไม่ต้องมีการเตรียมที่ยุ่งมาก เพียงแต่ย่อยให้มีขนาดที่เหมาะสมพอที่จะบรรจุลงในเตาเผาได้เท่านั้น

ลำดับขั้นการเตรียมแร่