钢铁冶炼技术的发展

钢铁冶炼技术的发展

我国古代冶铁术发展得很早。中国和埃及、巴比伦、印度都是最先进入铁时代的国家。中国最早在什么年代开始会炼铁尚无定论，但从考古发现知道，早在3300年前，人们就有意识地使用铁了。1972年，河北出土一把商代的铜钺，铜钺上有铁刃，已经全部锈成氧化铁。其年代在公元前14世纪前后，属殷墟文化早期。这说明当时的人们认识到了铁的部分功能，并且能够进行锻造加工。还有一些考古发现的那个年代的铁刃铜兵器。这些发现都表明，最迟在商朝中叶，我国人民已经掌握了铁的锻造工艺。从考古发掘的结果来看，我国最早人工冶炼的铁器约出现于公元前6世纪，即春秋末期。出土铁器中农具和手工业工具占绝大部分；铁器的质地既有锻成的块炼铁，也有铸造的生铁。人类冶炼铁矿石制作铁器，推测是在公元前1500～2000年间。这个时期的炼铁方法，是把铁矿石放在简单的火坑里，加上木炭燃烧加热升温，得到的温度在铁的液化点之下，产品铁块中含有渣，再把铁块中的渣用锻打的方式挤出，锻成块炼铁。这种由铁矿石直接得到产品的方法实际上就是直接炼铁法。为了得到液态的铁水，需要提高炉子的温度，想提高炉温就需要增大炉子高度，从而产生了现代高炉的雏形。炉子高了，炉内的料层对空气流通的阻力增大，因此必须强制向炉内鼓风，从而发展出了各种各样的鼓风方式。到了15世纪（意大利文艺复兴时代），强制送风的高炉（熔矿炉）在莱茵河上游出现。用这种方法得到了熔融状态的铁水。由于这种方法使用大量的木炭作为还原剂及燃料，造成了森林的枯竭，为此1709年前后英国人A.Darby开发出了用煤制造的焦碳代替木炭的高炉，这种还原方法一直持续至今。另外，继续增大鼓风效率，使得原始炼铁炉的高度继续增加，渐渐演变成为现代的高炉。现代的巨型高炉和最早形成的高炉相比，规模、生产率和装备条件上有天壤之别，但冶炼原理仍然基本相同。为了使铁能够锻造，需要把生铁中所含的碳去掉一部分或大部分，于是出现了当时的炼钢法—炒钢法。我国东汉时期就有了炒钢的文字记载，地下发掘出的实物也证明，至迟在东汉时炒钢就出现了。生铁中的碳被氧化后熔点升高，而温度升高炉内金属逐渐成为半熔的状态，取出锻打成坯，挤出其中的渣子。含有一些碳的就是钢，碳非常低的就是熟铁。由于很难控制金属中的碳，大多一直炒到底成为熟铁，炒钢法也称为炒熟铁法。炒钢法的出现标志着钢铁冶炼技术进入了一个新阶段—“二步法”诞生，也就是铁矿石在高炉中用焦炭还原并且渗碳成为生铁，生铁经过氧化脱碳成为熟铁或钢。欧洲产业革命迎来了钢的大生产时代，发明了几种钢的熔融精炼法。1856年发明酸性底吹转炉法（贝塞麦法）、1879年发明碱性底吹转炉法（托马斯法）、1856年发明平炉法（西门子-马丁法）、1899年发明电炉法（埃鲁法）；从此进入了以铁水作为原料高效精炼钢水的大生产时代。