铁和它的高级提取物钢,来自天然存在的大量的铁矿石。铁矿石是简单的铁的氧化物。远古时代流传下来的技术是燃烧木炭以脱掉氧元素,形成二氧化碳,同时产生铁和不同的污染物。逐渐地,人们发现了一种更为经济的方法:将铁矿石和木炭(后来是石灰石)混合起来,在高炉里加热,并从高炉底部通人空气。产生的“生铁”沉到底部,可以通过活栓排出。从这里慢慢地演化出了现代的鼓风炉,法语和德语中仍叫它们“高炉”。
16~17世纪,在欧洲的许多地区,由于减少了制木炭的木材的供应,铁的生产被抑制了。瑞典,由于拥有丰富的铁矿石储藏和森林资源,成了世界上最大的铁和钢的生产国家。18世纪早期,英格兰的德彼(Abraham Darby)先生是无数实验者中第一个成功地从煤中获得焦炭,并用其加入鼓风炉冶炼的。他的儿子通过设计一种从生铁中除去硅的方法改进了这个工艺。进一步的改进也随之产生——特别是利用水力和之后詹姆士·瓦特发明的蒸汽机来驱动改进设计的风箱,还有科特(Henry Cort)用来制造精炼铁的超级搅炼炉。到18世纪末期,没有丰富煤炭储存的英格兰,因为快速增长的先进技术,已经在铁的生产上超过瑞典。
鼓风炉中的生铁含有2. 2%到5%的夺取氧的木炭或焦炭中的碳,以及其他杂质,这使得它很脆。更硬一些的精炼铁是通过首先加热,然后锤打生铁条,而后用“科特炉”滚动融化的生铁浆得到。二次加热去掉了不需要的碳,锤打去掉了其他的矿物杂质。含碳量低强度高的钢铁也可以通过在陶瓷坩埚中融化生铁得到,它的成本较高。
两种进一步的革新方法极大地降低了制造钢的成本,使它迅速地普及开来。1856年左右,英格兰的亨利·贝西默(Henry Bessemer)发明了一种方法:向放在陶瓷管道中的融化的生铁通入热空气。空气中的氧带走了生铁中的碳,留下了低含碳量的钢。这个贝西默过程迅速产生了“热”钢,它使得一个转炉在一年时间里生产了前所未有的高产量的钢。19世纪60年代,法国的马丁(Martin)兄弟将威廉·西门子(William Siemen)的蓄热式炉的概念应用到钢铁生产中。在这个Siemen-Martin(西门子-马丁)平炉中,巨大的热量加到融化的生铁表面持续6~8小时,烧掉了不需要的碳。一开始的贝西默法和平炉技术不适合冶炼高磷的铁矿石(比如法国洛林地区的铁矿石),但是这个问题在19世纪70年代通过进一步的革新解决了。因为贝西默过程留下了溶解在钢中的氮,所以它的产品比平炉钢要脆弱。逐渐地,缓慢的平炉方法取代了快但质量低的贝西默方法,最终占据了主导地位。
有了这些进步,最基本的低成本钢铁冶炼技术就形成了。下面的改进在极大程度上是进化的,但是三个重要的例外需要引起注意。第一,从20世纪50年代起,一种新的炼钢方法,氧气顶吹转炉(BOF)法开始替代平炉法。氧气顶吹转炉不同于贝西默转炉,它不是从熔化的生铁的底部注入空气(含有很高程度的氮气),而是直接向熔化物的表面吹纯的氧气。随之发生的剧烈反应烧掉了残余的碳元素,同时搅拌钢水使其均匀。第二,贝西默转炉、平炉或氧气顶吹转炉里的铁水传统上都是倒入锭模中,锭模冷却,然后在适当的时间它们在初级轧钢厂被加热,变形成坯段(拉长的方形的条块),或厚片(比如8英寸厚,48英寸宽,20英尺长)。但是最近,初级铸件的打磨的序列过程已经被连续的铸造所取代,即新冶炼的、仍然熔化的铁水被倒入铸模中,直接形成坯或者厚片材。第三,坯或厚片然后被加热,放人多级轧钢机中,轧成最终产品的形状——比如,薄宽的钢条,厚的建筑钢板,建筑角钢和I型标,重型条块,薄钢筋混凝土,铁丝和盘条。轧钢技术在不停地改善,最重大的突破是由美国轧钢公司(即之后的Armco)在20世纪20年代发明的连续轧机。
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