การผลิตเหล็กกล้า

       จากเหล็กถลุงสามารถนำไปผลิตเป็นเหล็กชนิดอื่น ๆ ได้ เช่น เหล็กกล้า เหล็กกล้าผสม เหล็กหล่อเทา (gray cast iron) เหล็กพืด (wrought iron) เหล็กตีให้แผ่ได้ (malleable iron) เหล็กนอดุลาร์ (nodular) ประมาณร้อยละ ๘๕-๙๐ ของเหล็กถลุงที่ผลิตได้จะนำไปเปลี่ยนสภาพเป็นเหล็กกล้า ปัจจุบันนี้การแปรรูปเหล็กถลุงเป็นเหล็กชนิดอื่นร้อยละ ๙๐ จะกระทำต่อเนื่องหลังจากที่ได้เหล็กถลุงจากเตาโดยนำเหล็กถลุงที่ยังหลอมละลายใส่รถเบ้า (ladle car) ไปเทใส่เตาที่จะแปรรูปขณะที่ยังเป็นของเหลวส่วนที่ส่งไปแปรรูปไม่ทันจะหลอมรวมตัวเป็นแท่งเอาไปใช้งานต่ออีกครั้งหนึ่งความแตกต่างของเหล็กแต่ละชนิดขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์บอนและรูปของคาร์บอนที่อยู่ในเหล็ก เช่น อยู่ในรูปของแกรไฟต์ในเหล็กหล่อเทา หรืออยู่ในรูปของสารประกอบเหล็กและคาร์บอน เป็นต้น 

      เหล็กกล้าเป็นเหล็กที่ใช้มากที่สุดเป็นเหล็กที่มีปริมาณคาร์บอน ระหว่างร้อยละ ๐.๑-๑.๔ มักจะเรียกเหล็กกล้าว่า เหล็กกล้าคาร์บอน (carbon steel) เหล็กกล้ามีคุณสมบัติเด่นคือสามารถชุบเพิ่มความแข็งหรือเปลี่ยนคุณสมบัติทางกายภาพอื่น ๆ ได้ เหล็กกล้าที่มีปริมาณคาร์บอนต่ำจะเพิ่มหรือลดความแข็งได้ไม่ดีเท่าเหล็กกล้าที่มีปริมาณคาร์บอนสูง เหล็กกล้าแบ่งออกตามปริมาณคาร์บอนในเนื้อเหล็ก ๓ ชนิด คือ เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ (low carbon steel) มีคาร์บอนในเหล็กไม่เกินร้อยละ ๐.๓๐ เหล็กกล้า คาร์บอนปานกลาง (medium carbon steel) มีคาร์บอนในเหล็กร้อยละ ๐.๓๐-๐.๗๐ และเหล็กกล้าคาร์บอนสูง (high carbon steel) มีคาร์บอนร้อยละ ๐.๗๐-๑.๔๐ 

      การผลิตเหล็กกล้าจากเหล็กถลุงส่วนใหญ่เป็นการลดสารเจือปนและคาร์บอนในเหล็กถลุงให้ได้ปริมาณตามต้องการด้วยการเพิ่มออกซิเจนให้กับคาร์บอนและสารเจือปนโดยอาศัยปฏิกิริยาจากความร้อนและออกซิเจนซึ่งมีหลายวิธี เช่น ใช้เตาออกซิเจน (basic oxygen furnace หรือ BOF) เตาไฟฟ้า (electric furnace) เตาโอเพนฮาร์ท (open-hearth) และวิธีเบสเซเมอร์ (Bessemer converter) ปัจจุบันนี้เลิกใช้วิธีเบสเซเมอร์แล้ว เตาส่วนใหญ่ที่ใช้ผลิตเหล็กกล้าเป็นเตาสามชนิดแรกและมีอัตรากำลังผลิตร้อยละ ๖๐, ๒๕ และ ๑๕ ตามลำดับ

การผลิตเหล็กกล้าจากเตาออกซิเจน 

      ดัดแปลงจากหลักการของเซอร์เฮนรี เบสเซเมอร์ ผู้ค้นพบวิธีทำเหล็กกล้าด้วยการพ่นอากาศเข้าไปในเตาที่มีเหล็กถลุงหลอมละลายอยู่โดยพ่นจากด้านล่างของเตาเบสเซเมอร์และพยายามที่จะใช้ก๊าซออกซิเจนแทนอากาศแต่ไม่ประสบผลสำเร็จในขณะนั้นเนื่องจากเทคโนโลยีของการผลิตออกซิเจนไม่อำนวย เตาออกซิเจนที่ใช้ปัจจุบันได้ดัดแปลงการพ่นออกซิเจนเข้าทางด้านบนของเตาแทน การทำงานของเตาเริ่มด้วยการเติมเศษเหล็กลงเตาแล้วเติมเหล็กถลุงเหลวที่ได้จากเตาถลุงแบบพ่นลม (อัตราส่วนเหล็กกับเหล็กถลุง ๓๕/๖๕) เมื่อตั้งเตาตรงแล้วหย่อนท่อออกซิเจนที่มีน้ำหล่อเย็นลงในเตาเริ่มพ่นออกซิเจนอุณหภูมิในเตาจะสูงขึ้นอย่างรวดเร็วจนถึงจุดเดือดของเหล็กประมาณ ๑,๖๕๐ เซลเซียส คาร์บอน แมงกานีส และซิลิกา จะได้รับการเติมออกซิเจนกลายเป็นออกไซด์เมื่อเติมหินปูนและแร่ฟันม้า (feldspar) ลงในเตาเพื่อให้แยกเอาสิ่งเจือปน เช่น ฟอสฟอรัสและกำมะถันออกในรูปของตะกรัน (slag) แล้วจะเอียงเตาเพื่อนำเหล็กมาทดสอบหาคุณสมบัติเมื่อได้คุณสมบัติตามต้องการจะเทเหล็กออกจากเตา การผลิตเหล็กกล้าจากเตาออกซิเจนใช้เวลาเฉลี่ยประมาณ ๔๕ นาที ผลิตเหล็กกล้าได้ครั้งละ ๑๘๐-๒๕๐ ตันต่อเตา เหล็ก ๑ ตัน ใช้ออกซิเจนประมาณ ๕๐ ลูกบาศก์เมตร 

การผลิตเหล็กกล้าจากเตาไฟฟ้า 

      เหล็กที่ใช้ทำเหล็กกล้าจากเตาไฟฟ้ามักจะเป็นเศษเหล็กกล้าปนกับเหล็กถลุงบางครั้งอาจใช้เหล็กถลุงที่หลอมละลายจากเตาถลุงแบบพ่นลม เดิมเตาไฟฟ้าเป็นแบบอินไดเรกต์อาร์ก (indirect arc furnace) ความร้อนที่ใช้ในการหลอมละลายได้จากอาร์กที่เกิดขึ้นระหว่างขั้วไฟฟ้าที่ทำด้วยถ่าน (graphite electrode) ขั้วทั้งสองวางอยู่ในแนวราบ เตาชนิดนี้มีประสิทธิภาพต่ำจึงมีการพัฒนาเตาไฟฟ้าหลอมเหล็กขึ้นใหม่โดยใช้ขั้วที่ทำด้วยถ่านแกรไฟต์วางอยู่ในแนวดิ่งและให้เหล็กที่อยู่ในเตาทำหน้าที่เป็นอีกขั้วหนึ่งในขณะที่ทำงานจะต้องให้ขั้วที่เป็นแท่งถ่านอยู่ห่างจากเศษเหล็กหรือผิวของเหล็กที่หลอมละลายพอควรเพื่อที่จะให้เกิดอาร์กพอเหมาะ เตาชนิดหลังนี้เรียกว่า เตาไดเรกต์อาร์ก (direct arc furnace) เป็นเตาที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าชนิดแรก ภายในบุด้วยอิฐทนไฟเตามีความจุ ๑๐๐-๒๗๐ ตัน เจาะเอาเหล็กที่ละลายออกทุก ๆ  ๒-๓ ชั่วโมง สำหรับเตาที่เจาะเหล็กซึ่งหลอมละลายออกครั้งละ ๑๑๐ ตัน ต้องใช้พลังไฟฟ้า ๕๐,๐๐๐ กิโลวัตต์ชั่วโมง 

การผลิตเหล็กกล้าจากเตาโอเพนฮาร์ท 

      เตาโอเพนฮาร์ทมีลักษณะคล้ายกระทะหรืออ่างเก็บน้ำ ใช้เปลวไฟที่ได้จากการเผาน้ำมันเตาหรือก๊าซบางชนิดพ่นบนผิวหน้าของเหล็กถลุงเหลวที่อยู่ในเตาโดยพ่นเปลวไฟจนเหล็กใกล้จุดเดือด (ใช้เวลา ๖-๗ ชั่วโมง) หลังจากนั้นเติมฟลักซ์ (fluxing agents) แล้วพ่นเปลวไฟต่อไปอีก ๓-๔ ชั่วโมง จึงเทน้ำเหล็กออกรวมเวลาที่ใช้ในการทำเหล็กกล้าประมาณ ๑๐ ชั่วโมง เตาชนิดนี้มีขนาดความจุของเตา ๕๐-๕๐๐ ตัน

      ในประเทศไทยยังไม่มีการถลุงเหล็กจากแร่เหล็กเพียงแต่มีโครงการผลิตเหล็กจากแร่เหล็กโดยวิธีลดออกซิเจนโดยตรง ซึ่งยังอยู่ระหว่างการหาเงินมาลงทุน การผลิตเหล็กกล้าในประเทศเป็นการนำเศษเหล็กมาหลอมในเตาไฟฟ้า นำเหล็กที่ได้มาทำเหล็กก่อสร้าง เช่น เหล็กที่ใช้เสริมคอนกรีตเป็นเหล็กเส้นกลมหรือเหล็กฉาก