欧洲炼铁技术的进步之八-近代炼铁法的确立

    完成了产业革命的英国打败了拿破仑，欧洲大陆成了英国产业的市场。同时又进一步向海外殖民地发展，这些殖民地均在英国产业的支配下，就这样英国占据了“世界工厂”的地位。以后的一个世纪都以“太阳不落的国家”而自豪，夸耀着繁荣及富强。近代炼铁法也由英国领先进一步发展，贝塞麦、西门子、马丁、托马斯等人做出了贡献。新的工艺材料并不是一下子就能代替原来作为工具和武器用的主要金属材料的，坩埚钢取代了熟铁，实际上软钢与去除渣子的熟铁相差不多。19世纪中叶炼铁主要是采用搅炼法，至1860年前英国有3400个搅炼炉，一炉次250kg，一天6-7个炉次，12h替换作业，一个炉子一日的生产量可达1.6t，这样的生产量约占可锻铁世界产量的一半。了解更多的有关世界著名钢厂（瑞典乌德霍姆UDDEHOLM工具钢、日本大同模具钢、瑞典一胜百模具钢、德国葛利兹模具钢、美国熔炉斯伯粉末工具钢、日本不二越高速钢、日立模具钢等）的最新产品动态资讯，敬请关注东莞市弘超模具科技有限公司模具钢材专业网站www.hongchao-dg.cn。最新的模具钢材动态资讯，海量的模具钢材资料信息，尽在东莞弘超模具钢材专业网站。
    在钢铁技术发展史上，最具划时代意义的革新技术是贝塞麦的转炉炼钢法的发明。转炉的发明使可锻铁在熔融状态可以大量生产。贝塞麦少年时便是天才的发明者，1856年8月他在大英科学振兴协会发表了转炉法的报告，使技术界十分惊叹，向熔化的生铁吹入风，仅仅15~20min便可变成熔化的钢，这正是久久期待的能够低价大量生产钢的方法。贝塞麦使用的是每炉次5t的倾斜式转炉，此法成功以后，全世界都在为取得他的专利使用许可权而在努力（图1）。 

图1  贝塞麦转炉
a-横倒状态：横倒位置时转炉的断面正注入铁水；b-竖立状态：竖起位置的转炉的断面（由底部吹入空气）；c-外形（外观）；d-内部（断面图）
    贝塞麦没有冶金工厂，对所生产钢的质量不十分清楚。他冶制的钢锭大多由于过氧化而形成多孔质，而且磷、硫也多，无法与过去采用搅炼法所得到的熟铁相比。不久以后对贝塞麦的称赞就转变成了责备，而且有人认为吹入空气使铁水氧化和温度升高的原理在日本古代的铸造工厂就有了，并非独创发明。贝塞麦的金属液发生过氧化的问题。由马谢特用加入含8.5% Mn的镜白铸铁，再熔化、脱氧的方法得以解决。
    对于磷和硫的问题，只有选择含磷、硫低的矿石来解决，为此对所使用的原料有所限制，这是贝塞麦法致命的缺点。因此到19世纪末为止搅炼法炼制熟铁的作业仍然持续着，甚至有上升的倾向。 
    平炉法的发明者是西门子，其兄弟3人均在科学发明方面有所建树。1856年，西门子在帮助其兄研究蒸汽机排出的蒸汽的再生利用的再生炉时得到启示，考虑在钢的熔炼上利用再生原理得到高温，设计了蓄热室，将空气与燃烧煤气预热，然后使其燃烧得到高温。这种方法付诸实用尚须解决耐火材料，燃料煤气与空气的混合比例、熔炼室内最合适的温度分布等问题。
    法国的马丁克服了上述难题，1864年使平炉工业化获得了成功。但对于含磷量高的生铁，使用马丁法也与贝塞麦同样，炼不出好的钢来。高磷的问题由年轻的技术人员托马斯解决了，欧洲的铁矿石90%是含磷矿石，这一问题是极大的难题。托马斯在1878年英国钢铁协会春季大会上发布了转炉脱磷法，磷在冶炼中与氧化合生成为P2O5，在高温下P2O5不稳定，很容易还原进入钢中，而像搅炼法那样熔炼温度低的话，P2O5便进入渣子除掉了，不再成为难题。
    托马斯是考虑用石灰来中和酸性的P2O5，但生成的碱性渣会腐蚀酸性炉衬，这一难题的解决得到其表兄弟的援助。1879年大型转炉采用时，是采用白云石与焦油打结的炉衬，钢液的脱磷取得成功。由此作为近代炼钢法基础的碱性炼钢法才得以确立，当然这个方法也适用于平炉。
    贝塞麦转炉钢、西门子平炉钢被人们承认使用了，英国贸易部1879年认可了作为建桥用的钢材。巴黎的埃菲尔铁塔也是使用的平炉钢，于1889年建成。此后熟铁冶炼法完成了它的历史使命。图2是世界上熟铁与钢的生产状况发展图，1890年是交叉点，此后两者向相反方向发展。

图2 世界熟铁与钢的发展变化

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