歐洲煉鐵技術的進步之八-近代煉鐵法的確立
完成了產業革命的英國打敗了拿破侖,歐洲大陸成了英國產業的市場。同時又進一步向海外殖民地發展,這些殖民地均在英國產業的支配下,就這樣英國占據了“世界工廠”的地位。以后的一個世紀都以“太陽不落的國家”而自豪,夸耀著繁榮及富強。近代煉鐵法也由英國領先進一步發展,貝塞麥、西門子、馬丁、托馬斯等人做出了貢獻。新的工藝材料并不是一下子就能代替原來作為工具和武器用的主要金屬材料的,坩堝鋼取代了熟鐵,實際上軟鋼與去除渣子的熟鐵相差不多。19世紀中葉煉鐵主要是采用攪煉法,至1860年前英國有3400個攪煉爐,一爐次250kg,一天6-7個爐次,12h替換作業,一個爐子一日的生產量可達1.6t,這樣的生產量約占可鍛鐵世界產量的一半。了解更多的有關世界著名鋼廠(瑞典烏德霍姆UDDEHOLM工具鋼、日本大同模具鋼、瑞典一勝百模具鋼、德國葛利茲模具鋼、美國熔爐斯伯粉末工具鋼、日本不二越高速鋼、日立模具鋼等)的最新產品動態資訊,敬請關注東莞市弘超模具科技有限公司模具鋼材專業網站www.syfukang.com。最新的模具鋼材動態資訊,海量的模具鋼材資料信息,盡在東莞弘超模具鋼材專業網站。
在鋼鐵技術發展史上,最具劃時代意義的革新技術是貝塞麥的轉爐煉鋼法的發明。轉爐的發明使可鍛鐵在熔融狀態可以大量生產。貝塞麥少年時便是天才的發明者,1856年8月他在大英科學振興協會發表了轉爐法的報告,使技術界十分驚嘆,向熔化的生鐵吹入風,僅僅15~20min便可變成熔化的鋼,這正是久久期待的能夠低價大量生產鋼的方法。貝塞麥使用的是每爐次5t的傾斜式轉爐,此法成功以后,全世界都在為取得他的專利使用許可權而在努力(圖1)。
圖1 貝塞麥轉爐
a-橫倒狀態:橫倒位置時轉爐的斷面正注入鐵水;b-豎立狀態:豎起位置的轉爐的斷面(由底部吹入空氣);c-外形(外觀);d-內部(斷面圖)
貝塞麥沒有冶金工廠,對所生產鋼的質量不十分清楚。他冶制的鋼錠大多由于過氧化而形成多孔質,而且磷、硫也多,無法與過去采用攪煉法所得到的熟鐵相比。不久以后對貝塞麥的稱贊就轉變成了責備,而且有人認為吹入空氣使鐵水氧化和溫度升高的原理在日本古代的鑄造工廠就有了,并非獨創發明。貝塞麥的金屬液發生過氧化的問題。由馬謝特用加入含8.5% Mn的鏡白鑄鐵,再熔化、脫氧的方法得以解決。
對于磷和硫的問題,只有選擇含磷、硫低的礦石來解決,為此對所使用的原料有所限制,這是貝塞麥法致命的缺點。因此到19世紀末為止攪煉法煉制熟鐵的作業仍然持續著,甚至有上升的傾向。
平爐法的發明者是西門子,其兄弟3人均在科學發明方面有所建樹。1856年,西門子在幫助其兄研究蒸汽機排出的蒸汽的再生利用的再生爐時得到啟示,考慮在鋼的熔煉上利用再生原理得到高溫,設計了蓄熱室,將空氣與燃燒煤氣預熱,然后使其燃燒得到高溫。這種方法付諸實用尚須解決耐火材料,燃料煤氣與空氣的混合比例、熔煉室內最合適的溫度分布等問題。
法國的馬丁克服了上述難題,1864年使平爐工業化獲得了成功。但對于含磷量高的生鐵,使用馬丁法也與貝塞麥同樣,煉不出好的鋼來。高磷的問題由年輕的技術人員托馬斯解決了,歐洲的鐵礦石90%是含磷礦石,這一問題是極大的難題。托馬斯在1878年英國鋼鐵協會春季大會上發布了轉爐脫磷法,磷在冶煉中與氧化合生成為P2O5,在高溫下P2O5不穩定,很容易還原進入鋼中,而像攪煉法那樣熔煉溫度低的話,P2O5便進入渣子除掉了,不再成為難題。
托馬斯是考慮用石灰來中和酸性的P2O5,但生成的堿性渣會腐蝕酸性爐襯,這一難題的解決得到其表兄弟的援助。1879年大型轉爐采用時,是采用白云石與焦油打結的爐襯,鋼液的脫磷取得成功。由此作為近代煉鋼法基礎的堿性煉鋼法才得以確立,當然這個方法也適用于平爐。
貝塞麥轉爐鋼、西門子平爐鋼被人們承認使用了,英國貿易部1879年認可了作為建橋用的鋼材。巴黎的埃菲爾鐵塔也是使用的平爐鋼,于1889年建成。此后熟鐵冶煉法完成了它的歷史使命。圖2是世界上熟鐵與鋼的生產狀況發展圖,1890年是交叉點,此后兩者向相反方向發展。
圖2 世界熟鐵與鋼的發展變化更多信息
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