鋼鐵時代 工業革命後，西方逐步建立了現代鋼鐵工業

17世紀,英國,法國,荷蘭進行了爭霸戰爭。 激戰正酣時,一個倫敦麪包師忘了熄滅烤爐,引發了沖天大火,木頭艦的倫敦被燒光,英國只好求和。 要重建城市,木材更緊張了,只好用石頭蓋房。 國王嚴令百姓做飯燒火,不準使用木材,森林只能用來造戰艦,以及燒炭鍊鐵造火炮。 經過百年的大航海,英國森林覆蓋率降到5%,馬上要枯竭,英國只好從瑞典和俄羅斯進口鐵棒,眼看大把的錢花出去,英國心疼不已。 用煤鍊鐵似乎成了必然的選擇,但煤裏的硫原素會進入鐵水,使鐵氣變脆,嚴重影響質量。 這個坑,700年前的中國北宋王朝就已經踩過了,宋代兵器質量很差,鑄炮很容易炸燙,這是沒法滿足國王的戰爭需求的。 工匠亞伯拉罕·達比解決了這個問題,1735年,他通過幹硫煤得到了焦炭,去除了硫原素,焦炭火力大,質地堅硬,不會燒碎堵塞,是理想燃料。 雖然比中國明代晚一個世紀,但有革命性的意義,歐洲跳過用煤鍊鐵階段,東方卻在這個坑裏耽誤了幾百年。 他的兒子解決了另一個問題,他利用當時的礦山抽水用的紐科門蒸汽機給蓄水池提水,實現循環流動,英國許多煤礦旁邊就有鐵礦可以就近生產。 這兩項創新擺脫了木材和河流的束縛,靠近煤礦的地方,出現了大量鍊鐵高爐,英國也鐵業走上了發展的起點。 有了焦炭,1750年亨茲曼發明了乾鍋鍊鋼法,通過加多燃料,加大通風的方法,煉得液態鋼水,得到優質的乾鍋鋼,但產量低,價格高昂,當時只用於鐘錶行業。 加速發展的關鍵人物是英國第一代鋼鐵大王,軍火商威爾·金森,號稱斯塔福德郡的鐵瘋子。 1775年,他和詹姆斯·瓦特會面,用自己發明的水利炮筒糖牀,解決了瓦特蒸汽機氣缸漏氣問題,提出蒸汽機研發的臨門一腳。 六年後,瓦特又幫了威爾·金森,改進出可以旋轉的蒸汽機。在此基礎上,威爾·金森發明了最早的機械鼓風機,這個發明太重要了,鐵的產量大增,從此成爲廉價的材料。 那時,人們覺得鐵也就造兵器有用,生活上除了菜刀和少量農具,其他地方用不到。威爾·金森提出,鐵可以做傢俱茶壺,桌子椅子,造船蓋房,修路架橋,將來可以打造一個鋼鐵世界。 他的身邊物品都是鐵製,房子也是,他造了世界上最早的鐵製舶船,最早的鑄鐵拱橋。人們覺得他瘋了,一想天開,送他個外號叫鐵瘋子。兩百年後,鋼鐵已經隨處可見,成爲工業的血液,變成綜合國力的重要標誌,威爾·金森當年的理想實現了。 生鐵變熟鐵的木炭精煉爐也得改成燒煤,難題是避免煤與鐵接觸,防止煤中的硫原素混入鐵中。1784年亨利·科特發明了攪拌鍊鐵爐,煤在旁邊燃燒,與鐵水隔開,與鐵接觸的只是火焰。 鐵棒由爐門插入,不停攪拌,促進鐵中雜質的氧化。這其實就是中國古代的炒鋼法。不同的是,我們從下面燒,他們是從上面燒,蓋子用來避免散熱。脫碳到後面,由於熟鐵熔點高,就半凝固了,要靠人力攪拌。碳含量很難控制,大概率成爲熟鐵,再滾炸成鐵棒使用。 歷史上稱爲普德林鍊鋼法,在現代鍊鋼法出現之前,它的產量約佔當時世界的一半。 一天,拿破崙三世會見了英國發明家貝塞邁,他發明了能旋轉的炮彈。皇帝的一個專家認爲,炮彈卡得太緊會炸糖。貝塞邁覺得對,由此轉向研究,改進鍊鋼技術。經過觀察,他發現生鐵水的驅碳過程會放熱。他設置了一個可以活動的梨形耐火爐,用鼓風機將空氣通入攪動的鐵水。 實驗開始了,高溫下鐵水中的碳和氧氣反應會強烈放熱。大火噴出,遠超他的預估,他來不及關鼓風機了。爐子發出巨響,火焰與爐口一樣粗,像火山爆發。貝塞邁全在角落,不停祈禱,一旦爆炸,他就死定了。幸好十分鐘後雜質耗盡,平靜下來,實驗成功了。 轉爐鍊鋼法誕生了,這是現代大批量生產鋼鐵的開端,銀鐵史拉開革命性的一頁,鋼鐵開始廣泛應用。 二戰後出現了氧氣頂炊轉爐,用純氧代替空氣,時間短,質量優良,能耗卻很小。直到今天,轉爐鍊鋼仍是最重要的方法之一。 這種方法沒法解決廢鋼鐵冶煉問題,平爐鍊鋼隨之誕生,思路是這樣的,鋼水的溫度是1600度,燃燒氣體溫度要更高,才能把熱量傳給鐵水。 傳統攪拌爐只能到1400度,解決的辦法一是加厚隔熱層來保溫,二是把燃氣和空氣的溫度提高。 1856年,德國西門子發明了蓄熱室,燃氣和空氣分別經過左側兩個蓄熱磚室,溫度被加熱到1200度後,送入平爐燃燒,可以達到1800度高溫。 廢氣導入右側蓄熱磚室,加熱耐火磚後排出,一定時間後再輪換,蓄熱室交替吸收熱量,加熱燃氣和空氣。 溫度達標了,鍊鋼就很容易了,它可用任何比例的生鐵和廢鋼,易於操作控制,能生產各種優質鋼。缺點是能耗太大,現在基本淘汰了。 電氣革命後,工程師開始研究利用電力熔鍊金屬的方法,主要利用電弧熱,使得鋼更容易被回收。 所用含鐵原料主要爲廢鋼,溫度高且容易控制調節,爐溫高達2000攝氏度以上,遠高於冶煉一般鋼種所需的溫度,可以很方便地調整成分,用於冶煉合金鋼和不鏽鋼。 它高效節能,靈活性強,和氧氣轉爐一起成爲現代鍊鋼的主要方法。 早期是鋼水灌進模子,鑄成鋼錠。20世紀50年代,出現了連續鑄造法,鋼水冷卻成板狀的鑄坯,再切割成板坯。 經過一系列熱炸、冷炸和熱處理工藝,直接生成各種型號的鋼材,在生產線上一氣呵成。 它能靈活,改變尺寸,節約能源,效率更高,產能更大。 西方起初走的是快鍊鐵的技術路線,遭受蒙古人打擊後,轉到東方冶鐵技術路線,發展出自己的特色,同時避免了東方的誤區。 隨着工業革命,建立了現代鋼鐵工業,文明之間的相互交流,借鑑和啓發,獨立自主的路線,這是發展的必由之路。 字幕由Amara.org社區提供