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第11版:科技前沿 PDF版下載

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兵在掌上閱 亮劍彈指間

鋼鐵是這樣煉成的


■于 童 宋 琢

千百年來,木炭作為煉鐵所用的主要燃料之一,在工業(yè)革命前,基本滿足了需求。工業(yè)革命后,隨著鋼鐵需求量大增,迫切需要提高鋼鐵產(chǎn)量,木炭作燃料已“力不從心”。這時,人們開始嘗試用挖掘生產(chǎn)出的煤炭來代替木炭。

“第一個吃螃蟹的人”是英國人杜德利。他20歲便掌管家族三家鐵廠、一座煉鐵爐和兩座鍛造爐。他試著用煤代替木炭煉鐵,然而多年未果。究其原因,煤塊含硫量高且雜質(zhì)多,直接燃燒煉鐵會導(dǎo)致生鐵的熱脆性增加,使之無法成形。

幾十年后,英國企業(yè)家亞伯拉罕?達比在試驗中找出了焦炭煉鐵的關(guān)鍵技術(shù)問題。他發(fā)現(xiàn),焦炭不如木炭那么容易燃燒,如果不改進鼓風(fēng)設(shè)施以獲得更充足的空氣,煉鐵質(zhì)量就無法過關(guān)。于是,他對高爐內(nèi)徑作了改造,使之適應(yīng)焦炭煉鐵的要求,并為高爐安裝一套新的鼓風(fēng)設(shè)施。經(jīng)歷無數(shù)次試錯,達比終于在1709年用焦炭成功煉出第一批生鐵。

到1717年達比臨終前,他發(fā)明的焦炭煉鐵工藝已趨于成熟。1735年,焦炭煉鐵技術(shù)逐漸在英國大面積推廣,開啟了煉鐵業(yè)革命新紀元,徹底擺脫了對木炭的依賴,年產(chǎn)鐵量大幅提升。

隨著鐵制品的普及,人們逐漸發(fā)現(xiàn),以當(dāng)時技術(shù)煉出來的鐵存在很多缺點:可塑性差,脆而軟,不能很好地滿足工業(yè)所需。這種情況下,人們又開始了新的探索。

英國人貝斯麥在一次試驗中,想增強煉鐵爐的鼓風(fēng),以加大火力使?fàn)t料熔化,發(fā)現(xiàn)一些固態(tài)鑄鐵塊暴露在過??諝庵蟹炊芰ⅠR脫碳。這一現(xiàn)象啟發(fā)了貝斯麥,他決定嘗試在沒有爐火的情況下向鐵水內(nèi)鼓風(fēng),想看看會有什么結(jié)果。不經(jīng)意間,世上第一座“貝斯麥轉(zhuǎn)爐”誕生了。

這是一個固定的沒有熱源的耐火容器,鐵水從側(cè)面一個槽內(nèi)注入容器下部,風(fēng)嘴在鐵水底部。當(dāng)空氣鼓入后,鐵水沸騰起來,其強烈程度令貝斯麥大為吃驚。沸騰平息后,把鐵水注入錠模進行冷卻,測試發(fā)現(xiàn),生鐵已變成低碳鋼。這讓貝斯麥大喜過望。于是,他把所有煉鐵爐都做成可煉5噸鋼的可傾式轉(zhuǎn)爐,還能方便將煉好的鋼水倒出來。這成為比一般平爐煉鋼技高一籌的革命性發(fā)明。

當(dāng)然,“貝斯麥轉(zhuǎn)爐”問世之初,并非完美,不少鋼鐵企業(yè)用此法煉出的鋼太脆,一擊就碎。原因是當(dāng)時的礦石大部分含磷較高,而貝斯麥試驗用的礦石恰巧含磷較低。貝斯麥花了很大精力試圖解決這一問題,但未能取得成效。

直到1877年,英國人托馬斯發(fā)現(xiàn),當(dāng)使用堿性耐火磚砌襯時,在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中使?fàn)t渣成為高堿性,可為鐵礦石脫磷,最終煉出了脫磷鋼。人們將這一冶煉方法稱作“貝斯麥—托馬斯法”。

可以說,鋼鐵在漫漫的煉成之路上歷盡艱辛,轉(zhuǎn)爐煉鋼也是在歷史的滔滔長河中“鐵杵磨成針”。各國發(fā)明家對其不斷改進完善,最終使鋼鐵實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn),人類跨入前所未有的鋼鐵時代。

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