鋼鐵冶煉技術(shù)是誰發(fā)明的（鋼鐵是怎么冶煉而成的）

直到19世紀(jì)中期，歐洲煉鋼仍然采用攪拌法，即是把生鐵加熱到熔化或半熔后，放進(jìn)熔池中進(jìn)行攪拌。它借助攪拌時空氣中的氧氣將生鐵中的碳氧化掉，這正是1 600多年前我國漢朝時代出現(xiàn)的炒鋼法。1860年在英國大約有3 400多座攪拌煉鋼池，每12小時一般攪煉一池，每池250千克。

在攪拌池中煉鋼很難控制鋼中碳的含量，而且要耗費很大的人力。到1856年，英國人貝塞麥（H.Bessemer，1813～1898）創(chuàng)造了一種轉(zhuǎn)爐煉鋼法，解決了這個難題。

貝塞麥?zhǔn)且晃环▏蟾锩鼤r逃亡到英國的機(jī)械工程師的兒子，少年在離開鄉(xiāng)村學(xué)校后當(dāng)上鉛字澆鑄工，17歲開始經(jīng)營生產(chǎn)金屬合金和青銅粉，在參加英、法與俄羅斯對抗的克里米亞（Crimea）戰(zhàn)爭（1853～1856）中，親眼目睹用生鐵或熟鐵制造的炮身經(jīng)受不住火藥的爆炸力，常常產(chǎn)生爆裂，遂促使他尋找一種生產(chǎn)鋼的方便方法。

貝塞麥曾經(jīng)注意到一些固態(tài)的鑄鐵塊在熔化前由于暴露在空氣中而脫碳了，當(dāng)然這種氧化作用就是攪拌法煉鋼的原理，他沒有學(xué)過化學(xué)，不了解這個原理，但卻使他考慮到把空氣鼓入鐵水中煉鋼。于是在1856年的***，他在倫敦圣潘克拉斯（St.Pancras）建成一座煉鋼爐。

這是一座固定式容器。可盛放350千克鑄鐵，把空氣加壓鼓入容器中后，反應(yīng)的猛烈程度使貝塞麥大吃一驚，因為他沒有估計到鑄鐵中碳與空氣中氧氣的反應(yīng)以及其他雜質(zhì)與氧氣的反應(yīng)會放熱。幸好，10分鐘后，當(dāng)雜質(zhì)已除去后，火焰平息了，可以走近容器，切斷加壓的空氣流。金屬被注入錠模中，經(jīng)測定是低碳鋼。1856年8月11日，貝塞麥在切爾特南（Cheltenham）不列顛協(xié)會的會議上公布了這一創(chuàng)造發(fā)明。很快，貝塞麥制成一種可轉(zhuǎn)動的可傾倒式轉(zhuǎn)爐，每爐可容納5噸生鐵，熔煉時間預(yù)測（數(shù)據(jù)為往年僅供參考）為1小時，包括補(bǔ)爐和鑄錠的時間預(yù)測（數(shù)據(jù)為往年僅供參考）在內(nèi)，大大縮短了攪拌煉鋼的時間預(yù)測（數(shù)據(jù)為往年僅供參考），更減少了攪拌熔煉操作所費的力氣。于是，國內(nèi)外煉鋼廠紛紛購買此法的生產(chǎn)許可證。

貝塞麥在宣布他的創(chuàng)造發(fā)明后受到各界人士的熱情贊揚(yáng)，但是很快就遭受到批評和嘲諷，原因是用他創(chuàng)造的轉(zhuǎn)爐煉出的鋼錠由于氧化過度，生成的氧化鐵存在鋼中，同時生鐵中的磷未能除去，使鋼的質(zhì)量很差，不是疏松，就是硬脆，在鍛打時發(fā)生斷裂。

關(guān)于鋼中存在過量氧化鐵的問題，后來由英國一位富有煉鋼實踐經(jīng)驗的馬希特（R.F.Mushet）解決了，他在熔化了的金屬中添加稱為鏡鐵的鐵、錳和碳的合金，因為錳能將生成的氧化鐵還原。

除去鐵礦石中的磷是煉鋼中長期未解決的問題。貝塞麥和其他所有煉鋼爐的建造者一樣，用含硅的材料作為爐的襯里。這種爐襯不會和磷被氧化生成的氧化物結(jié)合，不能把這種穩(wěn)定的化合物從鋼中除去。貝塞麥只能選用含磷低于0.05%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的礦石煉成鐵后再煉鋼。

除磷的問題后來卻由英國一位***的員托馬斯（S.G.Thomas，1850~1885）經(jīng)試驗后解決了，在1878年獲得成功。

托馬斯雖然是一位法庭員，卻熱愛化學(xué)。他利用業(yè)余時間預(yù)測（數(shù)據(jù)為往年僅供參考）進(jìn)倫敦大學(xué)伯克培克（Birkbeck）學(xué)院進(jìn)修化學(xué)課程，并通過英國皇家礦業(yè)學(xué)院冶金學(xué)和化學(xué)的考試。他在得知貝塞麥煉鋼中需要解決除磷的問題后，用各種化學(xué)物質(zhì)，包括氧化鎂和石灰等進(jìn)行試驗，在他的表弟吉爾克里斯特（P.C.Gilchrist）協(xié)助下，在布萊納封（Blaenavon）的煉鋼廠用一個轉(zhuǎn)爐進(jìn)行試驗，他的表弟正是這個煉鋼廠的化學(xué)師。他們兩人在1877～1878年進(jìn)行了9個月的試驗，證明經(jīng)焙燒過的白云石用石灰黏結(jié)作為轉(zhuǎn)爐襯里能滿意地除去磷，而且還同時生產(chǎn)出寶貴的磷肥，后人為紀(jì)念他，至今把這種磷肥稱為托馬斯磷肥。

白云石是含有碳酸鎂、碳酸鈣的巖石，焙燒后生成氧化鎂、氧化鈣等，能與磷的氧化物化合生成鎂和鈣的磷酸鹽，是很好的磷肥。

1883年托馬斯獲得貝塞麥獎?wù)?，可惜因患肺結(jié)核病，35歲即逝世。貝塞麥發(fā)明創(chuàng)造的轉(zhuǎn)爐煉鋼法在得到托馬斯等人的改進(jìn)后一直沿用至今。現(xiàn)今使用的轉(zhuǎn)爐可以繞水平軸旋轉(zhuǎn)，便于加料和卸料。爐底有氣孔，從氣孔鼓入空氣。用它煉一爐鋼約需十幾分鐘，容量從一噸到數(shù)十噸不等。

隨著工業(yè)的發(fā)展，在生產(chǎn)建設(shè)和日常生活中出現(xiàn)了大量的廢鋼、廢鐵。這些廢料在轉(zhuǎn)爐中不能利用，于是在出現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼的同時，出現(xiàn)了平爐煉鋼。

在轉(zhuǎn)爐煉鋼中，使金屬保持液態(tài)所需的熱量是由化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱提供的，但在平爐煉鋼中，化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量不足以使金屬保持熔融狀態(tài)，所以必須由外部熱源供應(yīng)熱量。

1856年，德國人西門子·弗雷德里克（Frederick Siemens）利用熱再生原理創(chuàng)建一種交流換熱爐。這是在燃燒爐兩側(cè)各建一蓄熱格子磚室，從燃燒爐中出來的熾熱的燃燒廢氣通過一邊的格子磚室，將熱量傳給格子磚，隨后將燃燒用的空氣通過被加熱的磚室，提高溫度后進(jìn)入燃燒室燃燒，從而提高了爐溫。每隔一定時間預(yù)測（數(shù)據(jù)為往年僅供參考），交換空氣和廢氣的流動方向，使兩邊的蓄熱室交替使用。這種爐子最初被用來燒制玻璃，后來被用來煉鋼，這就是平爐。

最初，在平爐中燃燒固體燃料。1861年西門子·弗雷德里克的兄弟西門子·威廉（William Siemens，1823～1883）創(chuàng)造一種煤氣發(fā)生爐，生產(chǎn)發(fā)生爐煤氣。這是將定量的空氣和少量水蒸氣通過燃燒的煤或赤熱的焦炭，使之生成的二氧化碳盡可能轉(zhuǎn)變成可燃的一氧化碳。水蒸氣與碳反應(yīng)后生成可燃的一氧化碳和氫氣。

西門子·威廉是一位工程師，在德國接受正規(guī)的技術(shù)教育后來到英國；西門子·弗雷德里克在德國得累斯頓（Dresden）經(jīng)營電氣公司，也曾到英國。他們兄弟二人認(rèn)為英國鼓勵工程技術(shù)人員和發(fā)明創(chuàng)造者，在英國申請專利比較方便。他們于1866年在英國伯明翰（Birmingham）共同建立西門子鋼廠，利用平爐進(jìn)行煉鋼。

西門子兄弟共四人，都是出色的發(fā)明家。威廉是老二，弗雷德里克是老三。老大西門子·維勒（Werner Siemens，1816～1892）是一位電化學(xué)家，發(fā)明發(fā)電機(jī)原理，創(chuàng)建德國西門子公司。最小的弟弟西門子·卡爾（Carl Siemens）在俄羅斯創(chuàng)辦企業(yè)。這樣，維勒被稱為“柏林的西門子”；威廉被稱為“倫敦的西門子”；弗里德里克被稱為“德累斯頓的西門子”；卡爾被稱為“俄羅斯的西門子”。

差不多在同一個時期，法國冶金學(xué)家馬?。≒.Martin，1824～1915）和他的兄弟（B.Martin）同樣利用熱再生原理，建立平爐，在法國錫雷（Sireuil）建廠生產(chǎn)。他們生產(chǎn)的鋼在1867年巴黎博覽會上展出獲金質(zhì)獎?wù)?。馬丁在1915年獲英國鋼鐵學(xué)會授予的貝塞麥獎?wù)隆?/p>

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