철강 산업은 고대부터 소수의 남성이 주기적으로 10kg을 생산하는 작은 용광로를 가동하는 것에서부터 시작하여 연간 약 100만 톤의 철강을 생산하는 현대적인 통합 제철소로 성장했습니다. 1987년 일본의 가장 큰 상업 철강 회사인 Nippon Steel은 1987년에 2,600만 톤의 생산을 담당했으며, 전 세계에 일반적으로 분포된 10여개 이상의  큰 회사에서 각각 1,000만 톤 이상을 생산했습니다. 고용 데이터가 없는 동구권 국가를 제외하고 1987년에 약 170만 명이 고용되어 4억 3천만 톤의 철강을 생산했습니다. 이는 연간 1인당 약 250톤의 철강을 생산한 것에 해당하며, 이는 인간의 노력을 매우 효율적으로 사용하는 것입니다. 

최초의 제강

철 생산은 기원전 2000년경 아나톨리아에서 시작되었으며 철기 시대는 기원전 1000년경에  확립되었습니다. 제철 기술은 널리 퍼져 기원전 500년경에는 유럽의 서쪽 끝에 도달했고 기원전 400년에는 중국에 도달했습니다. 철광석은 널리 분포되어 있으며 다른 원료인 숯도 쉽게 구할 수 있었습니다. 철은 블룸이라고 하는 단단한 덩어리로 작은 용광로에서 생산된 다음 슬래그와 목탄 조각을 포함하는 가단성 재료인 연철 막대로 열간 단조되었습니다. 

초기 철의 탄소 함량은 매우 낮음(0.07%)에서 높음(0.8%)까지 다양했으며 후자는 진짜 강철을 구성합니다. 강철의 탄소 함량이 0.3% 이상일 때 약 850°C~900°C(1,550°~1,650°F)의 온도에서 담글 경우 이 물질은 매우 단단하고 부서지기 쉽습니다. 취성은 템퍼링으로 알려진 과정에서 350° ~ 500°C(660° ~ 930°F) 범위 내에서 강철을 재가열함으로써 감소될 수 있습니다. 이러한 유형의 열처리는 기원전 900년경에 이집트인들에게 알려졌으며(남아있는 유물들의 미세구조로 판단), 칼과 칼의 제조에 이상적인 재료를 생산하는 철강 산업의 기초를  형성했습니다.

중국인들은 저탄소 철 생산에서 고탄소 주철 생산으로 빠르게 전환했으며 초기 한 왕조(기원전 206-AD 25)에 열처리강을 생산할 수 있었다는 증거가 있습니다. 일본인은 중국인에게서 금속 세공 기술을 습득했지만, 훨씬 후일까지 구체적으로 일본 철강 산업에 대한 증거는 거의 없습니다.

혁신가가 아니라 조직가로 여겨졌던 로마인들은 제철 지식을 전파하는 데 도움을 주어 로마 세계에서 연철 생산량이 크게 증가했습니다. 로마의 영향이 쇠퇴함에 따라 제철은 유럽에서 변화없이 이전과 같은 상태가 계속되었으며 나머지 세계에서는 수세기 동안 어떠한 변화도 보이지 않았습니다. 그러나 15세기 초에는 수력을 사용하여 화로에 공기를 불어넣었습니다. 그 결과 용광로의 온도가 1,200°C(2,200°F) 이상으로 증가하여 철의 단단한 블룸을 형성하는 대신 탄소가 풍부한 액체, 즉 주철이 생성되었습니다. 이를 탄소 함량을 줄여 단철로 만들기 위해 응고된 주철을 미세 공정을 거쳐 목탄을 연료로 하는 산화 대기에서 녹였습니다. 이것은 탄소를 제거하여 반고체 블룸을 제공하고 냉각 후 망치질하여 모양을 만들었습니다.

기포강(블리스터 스틸)

연철을 강철로 만들기 위해, 즉 탄소 함량을 높이기 위해 침탄 공정을 사용했습니다. 철제 빌렛은 약 10~14톤의 금속과 약 2톤의 숯이 들어 있는 큰 병 모양의 가마에 놓인 밀폐된 항아리에 숯으로 가열되었습니다. 가마가 가열되면 숯에서 나온 탄소가 철로 확산됩니다. 균질성을 달성하기 위해 초기 제품을 가마에서 꺼내 단조한 다음 가마에서 목탄으로 다시 가열했습니다. 재가열 과정에서 일산화탄소 가스가 비금속 개재물에서 내부적으로 형성되었습니다. 결과적으로 강철 표면에 기포가 형성되므로 제품을 설명하기 위해 기포강이라는 용어가 사용됩니다. 이 공정은 스웨덴 연철로 최고의 기포강을 만드는 방법으로 유럽 전역에 널리 퍼졌습니다. 일반적인 철강 제품 중 하나는 무기였습니다. 좋은 검을 만들기 위해서는 침탄, 망치질, 침탄 공정을 약 20번 정도 반복해야 최종적으로 담금질 및 템퍼링이 완료되면 사용할 준비가 완료됩니다. 따라서 재료가 싸지 않았습니다.

18세기 초에 석탄에서 생산된 코크스가 고로의 연료로 목탄을 대체하기 시작했습니다. 결과적으로 주철은 더 저렴해지고 엔지니어링 재료로 훨씬 더 널리 사용되었습니다. 산업 혁명으로 인해 연철에 대한 수요가 증가했습니다. 연철은 장력이 있는 상태로 운반할수 있는 유일한 재료였습니다. 한 가지 주요 문제는 연철이 소량으로 생산된다는 사실이었습니다. 이것은 18세기 말에 쉽게 구할 수 있는 고로철을 연철로 바꾸는 푸들링 공정에 의해 해결되었습니다. 1860년까지 영국에는 3,400개의 푸들링 용광로가 있어 연간 총 160만 톤을 생산했는데, 이는 세계 연철 생산량의 절반에 해당하는 수치입니다. 영국에서는 약 60,000톤만 블리스터 스틸로 전환되었습니다. 당시 세계 블리스터 강 생산량은 약 95,000톤이었습니다. 블리스터 스틸은 20세기까지 소규모로 계속 만들어졌으며 마지막 가열은 1951년 영국 뉴캐슬에서 이루어졌습니다.

도가니 강철

1751년 Benjamin Huntsman이 잉글랜드의 Sheffield에 제철소를 설립했을 때 주요 발전이 이루어졌습니다. 이곳에서 강철은 1,500°~1,600°C(2,700°~2,900°F)의 온도에서 코크스를 연료로 사용하여 점토 도가니에서 블리스터 강을 녹여서 만들어졌습니다. 원래 도가니의 장약 무게는 약 6킬로그램이었지만 1870년에는 30킬로그램으로 증가했으며 도가니의 무게는 10킬로그램으로 남자가 뜨거운 용광로에서 들어올릴 수 있는 최대 무게였습니다. 액체 금속을 주조하여 정사각형 단면이 약 75mm이고 길이가 500mm인 잉곳으로 주조되었지만 여러 개의 주조물도 제작되었습니다. 셰필드는 도가니 철강 생산의 중심지가 되었습니다. 성수기인 1873년에는 생산량이 11만 톤으로 세계 생산량의 절반 정도였습니다. 도가니 과정은 나폴레옹 전쟁이 끝난 후 스웨덴과 프랑스로 퍼졌고 독일에서는 에센에서 Alfred Krupp과 연관되었습니다. 1895년에 작은 도가니 제철소가 도쿄에서 시작되었고, 도가니 강철은 1860년부터 미국 펜실베니아 주 피츠버그에서 연철과 선철 장입물을 사용하여 생산되었습니다.

도가니 공정은 도가니의 용탕에 합금원소를 첨가할 수 있어 처음으로 합금강을 생산할 수 있게 해주었지만, 전기로가 보편화되면서 20세기 초반부터 쇠퇴했습니다. 셰필드의 마지막 도가니로는 1968년까지 가동된 것으로 알려져 있습니다.

베세머 스틸

대량 철강 생산은 1855년 Henry Bessemer가 공압 제강 공정에 대한 영국 특허를 취득하면서 가능해졌습니다. (비슷한 과정이 1851년 William Kelly에 의해 미국에서 사용되었다고 말하지만 1857년까지 특허를 받지 못했습니다.) Bessemer는 공기가 들어 있는 실리카를 함유한 내화 물질인 ganister로 라이닝된 배 모양의 용기를 사용했습니다. 용융 선철의 장입을 통해 바닥에서 공기가 불어옵니다. Bessemer는 철의 규소와 탄소의 후속 산화로 인해 열이 방출되고, 충분히 큰 용기를 사용할 경우 생성된 열이 손실된 열을 상쇄할 수 있다는 것을 깨달았습니다. 따라서 1,650°C(3,000°F)의 온도는 약 0.5톤의 장입 중량으로 15분의 블로잉 시간에 얻을 수 있습니다.

Bessemer 공정의 한 가지 어려움은 인과 황이 적은 선철만 변환할 수 있다는 것이었습니다. (이러한 원소는 석회와 같은 염기성 플럭스를 추가하여 제거할 수 있었지만 생성된 염기성 슬래그는 Bessemer 전로의 산성 내화 라이닝을 저하시켰을 것입니다.) 영국에는 인 함량이 낮은 철광석(대부분 적철광)이 잘 공급되고 있었습니다. 그리고 미국에서는 인이 풍부한 광석보다 비쌌습니다. 1878년 Sidney Gilchrist Thomas와 Percy Gilchrist는  석회화된 돌로마이트를 내화재로 사용하는 기본 선 변환기를 개발했습니다. 이것은 용액에 인과 황을 담을 수 있는 석회가 풍부한 슬래그를 사용할 수 있게 했습니다. 이 "기본 베세머" 공정은 영국과 미국에서 거의 사용되지 않았지만 알자스, 로렌의 인광석을 사용할 수 있게 되었고 이는 벨기에, 프랑스, ​​독일 철강 산업 발전의 기반을 제공했습니다. 1900년까지 세계 철강 생산량은 약 5천만 톤으로 증가했습니다.

개방형로

대체 제강 공정은 1860년대 영국의 William과 Friedrich Siemens, 프랑스의 Pierre와 Émile Martin에 의해 개발되었습니다. 노상 노는 연소 가스에 의해 800°C(1,450°F)로 예열된 공기 및 연료 가스로 연소되었습니다. 약 2,000°C(3,600°F)의 화염 온도를 얻을 수 있었고 이것은 충전물을 녹이기에 충분했습니다. 금속에서 탄소, 망간 및 규소를 제거하는 정련은 슬래그(철광석이 첨가됨)와 노의 노로에서 액체 금속 사이의 반응에 의해 달성되었습니다. 초기에는 10톤의 장입이 이루어졌으나, 용광로 용량은 점차적으로 100톤, 최종적으로는 300톤으로 증가하였습니다. 처음에는 산성 처리된 용광로가 사용되었지만 나중에는 장입물에서 인과 황을 제거할 수 있는 기본 공정이 개발되었습니다. 열은 12~18시간 내에 생성될 수 있으며, 이는 용광로에서 꺼내기 전에 재료를 분석하고 구성을 조정하기에 충분한 시간입니다.

개방형 로의 가장 큰 장점은 유연성이었습니다. 장입물은 모두 용융된 선철, 모두 차가운 스크랩 또는 이 둘의 조합이 될 수 있었습니다. 따라서 강철은 액체 철만의 공급원에서 벗어날수 있었습니다. 1950년까지 영국과 미국 철강의 90%가 노상 공정에서 생산되었으며 1988년까지만 해도 동구권 국가에서 연간 9600만 톤 이상이 이러한 방식으로 생산되었습니다.

산소제강

기존의 개방형로에서 철강을 제련하려면 슬래그와 금속 사이에 시간이 많이 걸리는 반응이 필요했습니다. 제2차 세계 대전 이후, 산소 톤수를 사용할 수 있게 되었고, 장입물에 직접 산소를 불어넣어 제강 공정의 속도를 높이려는 많은 시도가 있었습니다. 1949년 오스트리아에서 개발된 Linz-Donawitz(LD) 공정은 베세머 변환기와 유사한 배 모양의 용기 상단에 창을 통해 산소를 불어넣었습니다. 공기에 존재하는 불활성 질소 가스로 인한 냉각 효과가 없었기 때문에 오프 가스로 손실되지 않은 열은 선철 장입물에 추가된 스크랩을 용융하는 데 사용할 수 있었습니다. 또한 장입물에 석회를 첨가하여 인과 황을 제거하는 염기성 슬래그를 생산할 수 있었습니다. BOP(Basic Oxygen Process)로 알려지게 된 이 공정을 통해 최대 35%의 스크랩으로 구성된 장입물에서 60분의 Tap-to-Tap 시간 동안 200톤의 철강을 생산할 수 있었습니다. 기본 산소 용광로의 장입량은 400톤으로 증가했으며 낮은 실리콘 장입량으로 취입 시간을 15분에서 20분으로 줄일 수 있었습니다.

LD 공정이 도입된 직후 산소와 함께 랜스를 통해 연소된 석회를 불어넣는 것과 관련된 수정이 개발되었습니다. LD-AC(룩셈부르크의 ARBED 철강 회사와 벨기에 센터 내셔널의 이름을 따서) 또는 OLP(산소 석회 분말) 공정으로 알려진 이 공정은 인 함량이 높은 유럽 광석에서 제련된 선철의 보다 효과적인 정제로 ​​이어졌습니다.  기본 Bessemer 개념으로의 복귀는 1960년대 중반 캐나다와 독일에서 개발되었습니다. 이 공정은 바깥쪽 고리에 탄화수소 가스가 있고 중심에 산소가 있는 2개의 동심 송풍구를 사용했습니다. 원래 독일어 약어 OBM(Oxygen bodenblasen Maxhuette, "산소 바닥 블로잉 Maxhuette")으로 알려진 이 제품은 북미에서 Q-BOP로 알려지게 되었습니다. 1960년경부터 모든 산소 제강 공정은 대서양 양쪽의 개방형로 및 베세머 공정을 대체했습니다.

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전기제강

19세기 말까지 전력산업이 발전하면서 제강의 에너지원으로 전기를 사용하는 것을 생각할 수 있게 되었습니다. 1900년까지 약 1톤의 강철을 녹일 수 있는 소형 전기로가 도입되었습니다. 이들은 주로 공구강을 만드는 데 사용되어 도가니 제강을 대체했습니다. 1920년까지 용광로 크기는 30톤의 용량으로 증가했습니다. 전기 공급은 3상 7.5메가볼트 암페어였으며, 3개의 흑연 전극이 지붕을 통해 공급되고 전극과 난로의 전하 사이에 아크가 형성되었습니다. 1950년까지 용광로 용량은 50톤으로, 전력은 20메가볼트 암페어로 증가했습니다.

작은 아크 용광로는 산성 내화물로 채워져 있지만 정제가 거의 발생하지 않았기 때문에 용융 장치에 불과했습니다. 더 큰 용광로는 기본 라이닝이 되어 있었고 석회가 풍부한 슬래그가 형성되어 실리콘, 황 및 인이 용융물에서 제거될 수 있었습니다. 로는 전체 스크랩 또는 스크랩과 선철의 혼합물로 작동될 수 있으며 황과 인 함량이 0.01%로 낮은 우수한 품질의 강철을 생산할 수 있었습니다. 따라서 기본 전기 아크 공정은 저합금강 생산에 이상적으로 적합했으며 1950년까지 이 용량의 기본 개방형로 공정을 거의 완전히 대체했습니다. 당시 전기로는 전체 철강 생산량의 약 10%(전 세계적으로 약 2억 톤)를 생산했지만 이후 기본 아크 공정을 가속화하기 위해 산소를 사용하면서 기본 전기로는 거의 30%를 차지했습니다. 1989년까지 철강 생산량의 퍼센트. 그 해에 세계 철강 생산량은 7억 7천만 톤이었습니다.

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