冶金技术史

【近代钢铁工业技术进步】现代炼钢法的进展
2012-06-13 08:28

  古代人知道鋼的性能遠優於普遍的鐵,也能將鐵煉成鋼,但是直到十九世紀中葉以前,由於鋼的製作過程既慢且難,成本過高,以至於是貴重的物品,因此沒有普遍地使用。在工業革命之前,鐵製器具才是大眾使用的器具。1856年英國的柏塞麥(Henry Bessemer1813-1898)成功發展了「柏塞麥煉鋼法」,將生鐵冶煉成鋼,使鋼的價格降低到從前的七分之一以下。18世紀,由於使用焦炭作為冶金的燃料,並發展功率強大的鼓風機,在英國和歐陸出現大規模的鋼鐵和機械加工業。但在19世紀前半,鋼主要用掺碳法和坩鍋法生產,產量與品質都受到限制。英國是當時主要產鋼國,在轉爐煉鋼法和敞爐(或稱平爐)煉鋼法誕生後,鋼在十九世紀下半葉得以大量生產,逐漸取代熟鐵。英國發明家柏塞麥在研製有來福線的炮膛過程中,因鑄鐵質量差,發生炮身炸裂,炸死炮手的事故,促使他決心煉製耐高壓的鐵。當他加大風壓吹煉生鐵時,發現在風口處有一塊未熔的生鐵塊,顯現出高溫脫碳的一些特徵,啟發他試驗用強風吹鐵除碳的冶煉方法;他又發現除碳過程不需要燃料,只要二次強制吹風,就會由於雜質燃燒出現自然增溫,從而使鐵水脫碳,轉化成鋼。1856年,他在倫敦自己的工廠裡建一座熔爐,用6個風口從底部送風,一次能煉350公斤鑄鐵,又設計製造一種容量5噸可傾斜的轉爐。用轉爐煉鋼十分鐘可將10噸鐵水煉成熟鐵或鋼,而用攪拌法需幾天,木炭爐則需幾個月,其高效率震驚冶金業。但在推廣過程中,發現生鐵多含硫、磷,轉爐即無法使用。美國於1864年引進轉爐法,因為美國的鐵礦含硫磷量低,轉爐法就很成功,得以大規模發展。

  1846年起,從德國移居英國的西門子兄弟研究改進攪拌爐熱效率的方法。1856年他們利用廢氣的餘熱給蓄熱爐加熱,再把熱傳遞給空氣和燃料,使冶金爐產生極高溫,他們將這一技術用於煉鋼爐上,以節約燃料。1863年法國的馬丁(Pierre Emile Martin1824-1915)利用德國人西門子(Friedrich Siemens 1826-1904)發明的再生爐,對柏塞麥煉鋼法加以改良,發明新型蓄熱爐,被稱為「敞爐煉鋼法」,他將廢鐵當作生鐵一樣冶煉,可以煉製大量的原料。西門子馬丁敞爐煉鋼法獲得1867年巴黎萬國博覽會獎金。美、俄分別於1868、1870年引進此法。不過此法仍有缺點,只適合於提煉品質高而少磷的鐵,這種鐵只有在西班牙、英國和美國才有。(英國因為自己本身擁有高品質的鐵,西班牙則是取得相當的方便,所以可執當時工業的牛耳。)1879年,英國托瑪士(Sidney Gilchrist Thomas1850-1885)和其表弟吉爾克里斯特(Percy Carlyle Gilchrist1851-1935)又發現用鹼性爐襯和鹼性石灰石熔劑的煉鋼法,可除去生鐵中所含有害成分磷。這項發展有很大的重要性,1880年代在歐洲迅速推廣,造成鋼的大增產。   1870年世界鋼產量為54萬噸,1890年就提高到2800萬噸,1900年增至6540噸,30年間增加120倍,鋼產量的成長速度前所未有;此時還製造出高碳鋼、錳鎢鋼、鎢鉻鋼等,以滿足機器製造業的需要。托瑪士發明的煉鋼法對德國的影響相當大,因為1871年法國將亞爾薩斯、洛林割讓給德國,此區域擁有豐富的鐵礦,加上德國魯爾區的煤,使得德國在1890年代的鋼產量超越了英國。同時煉鋼的技術仍不斷發展。鋼的大量生產和普遍應用,帶動許多工業有了革命性的發展。   工業革命之前,人們對於提煉不易的鋼並沒有太多的注意。除了技術之外,還有資金的問題有待處理。資產階級的企業精神以及合資觀念的出現,使得大型煉鋼廠得以問世。業主利用大量的資金吸收這些在小型冶煉廠的技術工人,再加上新技術的應用,取代原本在地方上的小型鋼鐵廠,促成工業資本主義與金融資本主義結合的發展趨勢。

  合金鋼的熔煉要求很嚴格,1878-79年西門子開始製造一種新式電爐,具有可調節電弧距離的裝置,同時把電極做成中空的,以便在熔煉中導入其他氣體。1887年,德馬蘭梯在電爐中引入高頻交流電,借助線圈在爐內產生渦流,利用電磁感應法給爐料加熱,稱高頻電爐。專用於熔解高純度的鋼、合金鋼等。電爐是利用電熱效應供熱的冶金爐。其優點有:爐內氣體容易控制,甚至可抽成真空;物料加熱快,加熱溫度高,溫度容易控制;生產過程較易實現機械化和自動化;勞動衛生條件好;熱效率高;產品品質好等。冶金工業上電爐主要用於鋼鐵、鐵合金、有色金屬等的熔煉、加熱和熱處理。19世紀末出現工業規模的電爐,1950年代以來,由於對高級冶金產品需求的增長和電費隨電力工業的發展而下降,電爐在冶金爐設備中的比例逐年上升。

  编辑: 张明       来源: