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钢铁时代

时间:2019-10-04    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

钢铁时代

 

人类掌握了炼铜技术以后,为冶铁打下了基础。虽然,今天我们知道,

铁是自然界中分布很广的一种金属,也是组成地壳的重要元素之一,但是,

人类并没有在早期就使用铁,因为在自然界中几乎不存在天然的纯铁,而且

铁矿石熔点较高,不容易还原出来。

也许你不相信,人类最早发现的铁,还是从天上掉下来的呢!我们称这

种铁为“陨铁”,它除了含有一点点镍以外,其余几乎全是铁。在各个文明

古国中发现的最早铁器,都是用陨铁制成的,例如,古埃及人就曾把铁叫作

“天石”或“天降之火”。

当然,天上掉下来的陨铁很少,并没有给人类生活带来什么进展,但是,

它却给人们打开了一扇认识铁的大门。

“嗬,这铁可要比铜坚硬锋利得多了,用它做刀做斧一定十分合适。”

人们是这样想的,也是这样做的。

于是,人们借用炼铜的方法来炼铁,经过了几千年的艰苦探索,终于突

破了炼铁所需的高温以及其他许许多多的技术难关,发明了炼铁的“固体还

原法”。

这种方法是先将铁矿石和木炭一层间一层地放在炼炉中,然后点火焙

烧,利用木炭在 1000℃高温下的不完全燃烧,产生一氧化碳,使矿石中的氧

化铁还原成铁。由这种方法产生的铁夹杂的渣滓很多,看上去有很多孔洞,

像海绵一样,显不出明显的金属特性,甚至还不如钢坚硬呢。

大约在春秋战国时期,中国开始了炼铁,不仅仅使用“固体还原法”,

还发明了“生铁铸铁法”。这一新的方法可使炉温高达 1200C,比“固体还

原法”进了一步,距离纯铁的熔点 1534℃也近了一点,从而炼出了液态生铁,

使中国比欧洲国家早 1000 多年跨入了“生铁时代”。后来,欧洲人冶炼生铁,

用的是把铁矿石、焦炭和石灰石混合后加热冶炼。

今天,我们使用的炒菜铁锅用的就是生铁,又称铸铁,虽然它质地坚硬、

却生性脆弱。为了克服生铁的这一弱点,人们又将它和铁矿石混合加热熔炼,

使铁矿石中的氧和生铁中的碳化石,生成一氧化碳气泡释放出来烧掉,从而

炼出了纯度高、强度大、质地软的熟铁,日常生活中的铁勺就是用熟铁制成

的。

生铁和熟铁各有其缺点,在性能上都比不上钢。中国早在汉代,就在世

界上最先用“百炼钢法”炼出了钢。这种方法是在熟铁中再加进适量的碳,

经过反复加热冶炼,尽量减少杂质,从而炼出具有更高强度和硬度的钢来。

但是,这种方法的冶炼过程很复杂,一直未能发展起来。一直到 19 世纪前半

期,人类始终生活在旧的“铸铁时代”。

为人类带来崭新的钢铁时代的是贝西默。他于 1813 年 1 月 19 日出生在

英国,但他酷爱法国,所以加入了法国国籍,他是一位对科学发明如痴如醉

的著名学者,18 岁的时候,贝西默经过努力,发明了一台自动印邮票的机器,

接着又发明了一台制造金属粉的机器。

19 世纪 50 年代初,俄国和土耳其之间爆发了俄土战争,战事很快扩大

到整个克里米亚,史称“克里米亚战争”。在此期间,贝西默根据科学原理


发明、研制了一种新式步枪,这种步枪的枪膛中有来福螺旋线,子弹沿枪膛

射出时旋转着飞出,更加稳定地沿着弹道前进。这种新式来福枪,射击距离

增大了,命中率也明显提高了。

“能不能运用同样的道理来制造新式大炮呢?”贝西默这样想着也就动

手做了起来。

不久,新式大炮问世了。起初,炮兵们反映新式大炮非常准确;然而,

实战以后,问题便接二连三地传到了贝西默耳朵里:新式大炮很容易发生炸

膛事故,炮手发炮时得冒着死亡的危险。有些军政要员说贝西默是个科学骗

子,也有人怀疑他是隐藏在法国的间谍,秘密为英国服务。贝西默面临着巨

大的精神压力,要求军方对事故进行仔细的调查。

在贝西默和另一位法国大炮专家的共同努力下,问题找到了:原来,当

时的大炮都是用铸铁制造的,但来福线对炮膛要求很高,如果炮弹与炮膛之

间间隙过大,火药爆炸气体泄漏,炮弹旋转力量不足;如果炮弹与炮膛之间

间隙过小,火药瀑炸使炮膛内压力骤然增大,结果炮膛内外温度不匀,造成

炸膛。

但是,大多数人不相信贝西默的解释,当局一声令下,新式大炮被打入

了冷宫。贝西默花了多年心血研制的大炮,顷刻之间成了毫无用处的一堆废

铁。

怎么办?贝西默心想,只有突破材料难关,新式大炮才能起死回生。他

决心冶炼出适合新式大炮的新材料来。从此,贝西默一头钻进了图书馆,广

泛收集材料;又到冶铁厂,与工人们一同劳动;他还请冶炼工程技术人员为

他讲课;……他简直成了一个“炼铁迷”。

经过反复探索,在一位化学技师的帮助下,贝西默终于找到了铸铁不坚

硬的原因——其中的含碳量太高。要减少含碳量,就必须设法在熔化了的铁

水中加氧,燃烧掉这些碳!

用什么办法加氧才能达到成本最低而又简便易行呢?贝西默看到,当一

炉铁水熔化时,炉前工人往往就排渣出铁了,能不能在出铁前向铁水吹入空

气呢?

他就试着这样做了,顿时,通红的铁水沸腾了,钢花四溅,映红了夜空。

贝西默炼出了铁匠们一致称赞的钢材。这种方法被称为“空气吹入法”。

1856 年,贝西默在铁匠业主行会上,报告了他的炼钢法,并将论文送到

钢铁业十分发达的英国发表。

“我认为,吹入空气除碳法是完全可行的,空气不仅能燃烧掉铁水中所

含的碳,而且能够燃烧掉其他几乎所有不纯的物质,同时,燃烧释放出来的

热量,又可以升高铁水的温度,这样,炼出的钢不仅质量高,而且成本也低。”

贝西默对此信心倍增。

经过贝西默的深思熟虑,他为他的“空气吹入法”设计出了一个特殊的

转炉——样子像个梨,肚子大大的,口子斜斜的。开始,这种转炉是固定式

的,4 年以后,贝西默又发明了移动式转炉。

贝西默的发明,引起了众多钢铁公司的极大兴趣,他们纷纷投资建起了

一座座“高炉”,并且很快也出了钢。然而遗憾的是,他们发现炼出的钢都

是劣等钢,不堪使用。人们群起而攻之,骂他是一个吹牛皮的人。有人联想

起大炮事故,更加怨恨贝西默了。

贝西默并没有因此而泄气,经过他的仔细分析,终于发现了问题的症结


所在,冶炼出了优质的钢材。

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