炼钢技术的成熟（上）
法国巴黎的埃菲尔铁塔，巍峨屹立耸入云霄，堪为当今世界的一大景观。这座高达300米的庞然大物，完全是用钢铁构筑而成。它建造于1889年，恰好成为19世纪末兴起的钢铁技术的象征。
1.从铁到钢的变化
炼铁，在公元前就已有之。到了14世纪，欧洲已发展到高炉炼铁时代。
18世纪初，焦炭炼铁取得成功，木炭逐渐被焦炭所代替。18世纪后期，炼铁中开始使用蒸汽动力鼓风，实现了高温操作，同时，高炉脱硫亦获得成功，炼铁技术遂进入了焦炭时代。
随着欧美产业革命的成功，工场手工业逐渐为机械大工业所代替。由于机器的大量制造和使用，铁便成为最基本的工业材料，需求量迅速增加。加之铁路铺设、轮船建造、武器制备和建筑材料的生产等，都需要用大量的铁，因此，铁的产量虽几经翻番，但仍不能满足社会的需求。
一方面铁的需要量日益增加，另一方面铁的弱点也越来越引起人们的重视。生铁太脆，熟铁太软，由于它们都缺少工业材料所要求的韧性，因此必然使铁的应用受到限制。在这种情况下，用铁炼钢，炼出大量的优质钢自然成了人们共同关注的问题和追求的目标。
在19世纪以前，已经有了使熟铁渗碳的"泡钢法"、用坩埚炼钢的"铸钢法"和用反射炉搅动铁水炼钢的"搅钢法"。这几种炼钢技术和高炉炼铁技术一起，形成当时较为完整的钢铁技术体系。
英国的本杰明.亨兹曼发明了铸钢法，实现了由铁到钢的重大技术转折。1740年，本是钟表匠的亨兹曼开始了炼钢法的研究，其目的是要得到制造钟表的优质材料。他在"泡钢"的基础上发明了"铸钢"。他把"泡钢"放在坩埚内，再在坩埚内的金属里加入少量木炭和熔剂，用焦炭做燃料，在熔炉中进行高温熔化，除去杂质，然后将坩埚内的钢水倒在模子里铸成钢棒，"铸钢"因此而得名。使用时，将铸钢切制成钢条，因其具有较高的机械性能和较好的韧性，故可做发条和刃具。
1783，亨利.考特发明了搅钢法，是用烧煤的反射炉熔铁，用火中的氧脱碳，为了加快反应速度要不停地进行搅拌，故为"搅钢法"。用这种方法炼出的铁易熔化和锻打，因此相对于含碳量高的生铁来说，它被称之为"熟铁"。"泡钢法"的应用比"铸钢法"和"搅钢法"稍早一些，生产工艺和技术也比较简单。它是把熟铁条放在木炭上，加热10天左右，使之吸收一定量的碳质即成泡钢。这些方法效率都很低，产量也极其有限，因此无法满足社会生产对钢材的需求。要解决这一难题，必须研究先进高效的炼钢方法。
2.炼钢方法的变革
在探索大规模炼钢技术的过程中，可谓经历了三个阶段。一是贝塞麦炼钢法首创转炉炼钢新技术；二是德国的西门子和法国的马丁发明了平炉炼钢法，炼出了优质钢；三是托马斯炼钢法脱磷成功，在欧洲各国得到迅速推广。
由于平炉、转炉炼钢新技术的广泛采用，从而推动了钢铁工业的大发展。在研究新的炼钢方法方面应当说最早的成功者是英国人威廉.凯利(1811-1888）。他在肯特郡开设了铁工厂。1847年的一天，他偶然发现一种现象，当精炼生铁时，如果少放一些木炭燃料而多向炉内鼓进空气，反而能使炉温升高。他把这种方法称作"空气沸腾法"。采用这种方法，不但可以节省燃料，还可把铁炼成钢。1851年，凯利根据这个方法建造了炼钢炉，但他严格保密达7年之久，直到1857年贝塞麦发明了"转炉炼钢法"，凯利才公布了自己的发明。
（1）贝塞麦与转炉炼钢法
转炉炼钢法的问世，给钢铁工业注入了新的活力，在欧美各国争相引进之后，贝塞麦发明的转炉炼钢法，迅速在全世界得到推广。说来也怪，本不是钢铁工业专家的贝塞麦，却为钢铁冶炼技术作出了重大贡献；在英国长大的贝塞麦，其技术发明却是在外国人支持下进行的。
1856年8月，贝塞麦(1813-1898)向英国科学促进协会提交了一篇题目为《关于不使用燃料生产可锻铁和钢》的论文，并在有关的会议上做了贝塞麦新炼钢法的报告，受到与会者的欢迎和重视。精于学习、勤于钻研的贝塞麦是一位颇有名气的发明家。他在20岁时发明了印制邮票的新方法，后来还发明过制糖压榨机、金色涂料等。在军工技术方面他还有过不少新发明。
导致他投入新炼钢法研究的契机，是军备和战争的需要，直接原因是在英、法、土耳其对俄国的克里米亚战争(1853-1856)期间，贝塞麦研制出一种新型炮弹，并发明了大炮炮筒的来复线结构。显然用生铁铸造的旧炮已不适用，为了得到合格的钢铁做炮筒，贝塞麦便开始探索新的炼钢方法。经过多次失败，贝塞麦发现：强化鼓风非但不会降低炉温，反而还会提高炉温，而且可以减少铁水中的杂质和降低含碳量。于是他发明了"吹气精炼法"，并于1855年10月取得专利。贝塞麦分析指出，充分供应空气可以使铁水中的碳、硅、磷、锰等杂质氧化，在它们氧化的过程中会放出热量，连续不断地进行高温反应，因而不需再加入燃料。贝塞麦在报告中讲到："转炉熔铁只要从炉底吹20-30分钟空气(氧使铁中杂质氧化后除去，则减少了碳的氧化），虽然引起猛烈爆炸，但钢不变，杂质成为渣子浮在表面，或成为气体逸出，而后则可出钢，熔钢流出来，发出耀眼的强光。"
同年，贝塞麦改装了一座炼钢炉，以进行新的炼钢法实验，即从炉底吹入空气，"除了铁水和空气什么也不需要"。对于这种实验，许多人都表现出疑惑和不解，甚至连参加实验的工匠们都警告他说，不加焦炭光吹空气是会使铁水在炉中凝固的。而实验结果完全出乎人们的预料：从炉底鼓进的空气，首先将铁水中的锰和硅氧化，形成褐色烟雾沸腾逸出，同时生铁中的碳也被氧化成二氧化碳。这时炉温没有下降，反而从倒入铁水时的1350℃上升到1600℃，炉料"燃烧"呈现白亮的光焰。大约10多分钟以后火焰消失，放出浓重的褐色三氧化二磷烟雾，表明铁水中的磷也被除去了。这样，用了不到半小时的时间就炼出一炉钢水，实验取得了完全成功。为使炼好的钢水易于倒出，贝塞麦将炼钢炉从固定式结构改为转动式结构，转炉由此诞生。1857年他取得了这一发明的专利权。
当时英国炼钢要从瑞典进口大量的棒状铁，冶炼方式仍然摆脱不了过去的"泡钢法"和"铸钢法"，而且要消耗大量的焦炭，因此和贝塞麦炼钢法相比，可以明显看出贝塞麦炼钢法的巨大优越性。一是它大大降低了生产成本；二是改进了生产工艺；三是形成了大规模生产；四是提高了钢的质量。
正因如此，所以它引起了欧洲工业界的轰动，随后便被引入法国。德国的阿尔福莱德.克虏伯(1812-1887)专门为该项技术建设了一座转炉炼钢厂并于1862年投入生产。尤其是美国大规模引进这一技术，并且在很多地方建立了以贝塞麦名字命名的钢铁厂。
贝塞麦炼钢法一度产生了轰动效应，但不久便遇到了麻烦。许多引进贝塞麦炼钢法专利的钢铁公司，接二连三地遭到失败。原因是他们用贝塞麦炼钢法生产出的钢制品质地很脆，于是贝塞麦招致了很多人的批评甚至是责骂。一时间搞得贝塞麦十分孤立和难堪。从1857年起，贝塞麦对自己炼钢法暴露出来的问题进行了认真的研究。结果发现，使钢质变脆的原因是磷、硫杂质脱除不好，其中磷又是主要因素；而问题的症结出在原料上。凡是发生问题的转炉，使用的生铁都是由含磷、硫量较高的矿石冶炼的。贝塞麦使用过的原料恰巧都是含磷、硫量较低的矿石，因此对这一问题他未曾发现。正当贝塞麦处于困难境地之时，瑞典企业家盖朗松大胆引进了贝塞麦炼钢法，并于1858年试生产取得成功。贝塞麦由此获得了启示和信心。他坚信自己的理论和方法完全正确，并于1860年自行建厂，用转炉炼钢法炼出了优质钢，成功地实现了工业化生产。1862年，贝塞麦在国际博览会上展出了用他的转炉钢制造的大量产品——从小小的刮脸刀片到威严的大炮。
1860年，贝塞麦炼钢法在英国取得成功之后，法国在同年引进该项技术并进行推广；1862年德国的炼钢业也采用了贝塞麦炼钢法；1864年美国也开始大规模引进转炉炼钢技术，于是贝塞麦炼钢法在经历了一段坎坷后重获生机，炼钢业也从此进入了一个新时代。
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