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既生瑜何生亮：煉鋼工藝發(fā)展變革

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鋼鐵的發(fā)展可以追溯到4000年前的鐵器時(shí)代。隨著冶鐵技術(shù)的進(jìn)步（還不能稱為煉鋼），鐵器變得比青銅器更堅(jiān)硬，取代了青銅在武器和工具中的應(yīng)用，這點(diǎn)參看歷史文章《鋼鐵春秋》。

然而，在隨后的幾千年中，生產(chǎn)的鐵的質(zhì)量將取決于礦石品味，其次是生產(chǎn)方法，歷史上有名的大馬士革刀風(fēng)靡了一段時(shí)間后失傳，有專家分析其原因就是用于冶煉這種鋼的礦石耗盡了。

到了17世紀(jì)，鐵開始廣泛使用，歐洲城市化對(duì)鐵的需求越來(lái)越大，到19世紀(jì)，鐵路擴(kuò)張更是加大了鐵的需求，這也為鐵的冶煉技術(shù)發(fā)展奠定了經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，更多的資金用于研究提升強(qiáng)度、塑性和生產(chǎn)效率。

鋼鐵史上最重大的突破是在1856年，當(dāng)時(shí)亨利·貝塞默爾（Henry Bessemer）發(fā)明了一種有效的方法來(lái)減少鐵中的碳含量：現(xiàn)代鋼鐵業(yè)誕生了。

貝塞默爾工藝與現(xiàn)代煉鋼

貝塞默爾發(fā)現(xiàn)，將融化的生鐵放進(jìn)轉(zhuǎn)爐內(nèi)，從底部吹入高壓空氣，便可燃燒掉生鐵所含的硅、錳、磷、碳，而煉成鋼。

這是首創(chuàng)大量產(chǎn)鋼的方法，貝塞默爾的煉鋼轉(zhuǎn)爐成了新的鋼鐵之王。而這種煉鋼轉(zhuǎn)爐也以貝塞默爾的名字而命名，此后，歐洲、美洲都引進(jìn)了這一先進(jìn)方法，世界進(jìn)入了鋼鐵時(shí)代。

該方法既快速又廉價(jià)，可以在幾分鐘內(nèi)從鐵中除去碳和硅，但效果太差，除去了太多的碳又殘留了太多的氧。這使得貝塞默爾賠了很多錢給投資者，直到他找到增加碳含量和去除多余氧氣的方法。

同一時(shí)間，英國(guó)冶金學(xué)家羅伯特·穆什（Robert Mushet）得到一種名為spiegeleisen 的金屬，碳和錳的化合物，錳可以從鐵水中除去氧氣，解決了貝塞默爾的問(wèn)題。

但仍然存在一個(gè)問(wèn)題。貝塞默爾未能找到一種從最終產(chǎn)品中去除磷的方法，磷會(huì)使鋼變脆，這種有害雜質(zhì)會(huì)使鋼鐵變脆。因此，只能使用瑞典和威爾士的無(wú)磷礦石。

1876年，Welshman Sidney Gilchrist Thomas提出了解決方案，在貝塞默爾工藝中添加石灰石。石灰石將磷從生鐵中吸收到爐渣中，從而去除了不需要的元素。

這項(xiàng)創(chuàng)新意味著，世界上任何地方的鐵礦石都可以用來(lái)制造鋼鐵，鋼鐵生產(chǎn)成本開始顯著下降。由于新的鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)發(fā)明，在1867年至1884年間，鋼軌價(jià)格下跌了80％以上，推動(dòng)了世界鋼鐵工業(yè)的發(fā)展。

平爐煉鋼

1861年，在轉(zhuǎn)爐煉鋼風(fēng)行的同一時(shí)期，西門子發(fā)明煤氣發(fā)生爐，用煤氣代替焦炭作燃料。1864年，在西門子指導(dǎo)下，馬丁改造了爐體，用廢氣預(yù)熱的蓄熱爐將空氣和燃料進(jìn)行預(yù)熱以提高爐溫，將生鐵和廢鋼煉成了優(yōu)質(zhì)鋼。由于其爐體形狀低平，又有一個(gè)比較平展的熔池，故常被稱為“平爐”，亦稱“西門子—馬丁爐”或“馬丁爐”。

此法冶煉時(shí)間較長(zhǎng)但也有方便了合金添加和鋼水成分測(cè)定，方便控制鋼水成分，而且熔池大，每爐可產(chǎn)上百噸鋼水，故產(chǎn)量高。

此外，它所用原料既可用生鐵、鐵水，也可用廢鋼、鐵屑、熟鐵和礦石，便于廢鋼鐵的回收，加之煉出的鋼均勻，質(zhì)量穩(wěn)定，可生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼，從而取代了貝塞默爾工藝成為主流。

氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼

二十世紀(jì)60年代，技術(shù)發(fā)展使得空氣氧、氮分離進(jìn)入工業(yè)化，推動(dòng)了堿性氧氣爐的發(fā)展。

一位名叫Robert Durrer的瑞士工程師將純氧氣吹入爐內(nèi)，它可以更有效地從鐵水中去除碳。Durrer 還發(fā)現(xiàn)，從上方向爐內(nèi)吹氧，而不是像貝塞默爾轉(zhuǎn)爐從底部吹入，該方法結(jié)合了貝塞默爾和平爐工藝的優(yōu)點(diǎn)，使得鋼鐵產(chǎn)量又上了一個(gè)臺(tái)階，成本也降了下來(lái)。