炼铁的发展

炼铁的发展

由于人类对铁的需要量不断增加，人们把视线投向了地球本身，希望能在地球中找到所需要的铁，而不再是坐等“天外来客”的馈赠。为此人们作了不懈的努力。当人们学会了从矿石中提炼出铁以后，青铜时代就让位于铁器时代。在人类历史上，起过革命作用的原材料中铁应该居首位，无论在世界的哪个地区，冶铁技术的发明都是划时代的重大事件。

据研究，铁的大量出现是在公元前八世纪。在霍萨巴德的王宫贡物中（公元前720－705年）就发现了160吨铁，其中多是铁棒。公元前800年，欧洲转入早期铁器时期。炼铁知识传到不列颠，大约是在公元前500年。与此同时，约公元前400年，已由伊朗自东传到印度，也可能传到中国。欧洲早期铁器时代带触角木剑柄的剑与中国商周青铜剑之间就有很大的相似性。

制铁技术分为两部分：即冶炼和热锻。可能首先掌握并用于陨铁。

纯铁的熔点为1540℃。这个温度在公元19世纪前是不可能达到的。因此早期生产的锻铁都是固态铁。用木炭火在约1200℃的温度下，把铁矿石还原成基本上是纯的固态铁。还原出来的铁呈团块状，称为“坯铁”。这是一种固态铁、渣和未烧完木炭屑的混合物。有时要把这种坏铁破碎，靠敲击使小铁块相互分开。这种小铁块可以与其它部分区别开来。因为它们是可锻的，在敲击下变平。然后把它们放在锻炉加热，经过热锻，小铁块就能被锻接成大块。

早期的冶铁技术，大多采用“固体还原法”，即冶铁时，将铁矿石和木炭一层夹一层地放在炼炉中，点火焙烧，在650￣1000℃温度下，利用炭的不完全燃烧，产生一氧化碳，遂使铁矿石中的氧化铁被还原成铁。但是由于炭火温度不够高，致使被还原出的铁只能沉到炉底而不能保持熔化状态流出。人们只好待把铁炼成，炼炉冷却后，再设法将铁取出。这种铁块表面因夹杂渣滓而显粗糙，有的还不如青铜坚韧。后人们发现，炼出的铁反复加热，压延锤打，才能柔韧不脆。人们还发现再将红热的锻铁猛淬入冷水会变成坚韧的好铁，这种铁比青铜好。

最原始的炼铁炉是碗式炉。它只不过是在地上或岩石上挖出一个坑，风可以从鼓风器通过风嘴直接鼓入，碎矿石和木炭混装或分层装在烧红的炭火上，最高温度至少应达1150℃。这种炼炉没有出渣口，炉渣向下流到底部结成渣饼或渣底，有时则结成圆球，即渣球或渣粒。坯铁留在渣上面，在冶炼过程结束后，打

开粘土上部结构，取出坏铁，清理炼炉。这种无出渣口的碗式炉即竖炉是欧洲早期铁器时代的代表。后在罗马时代由带出渣口的改进型碗式炉代替，有卧式和立式两种。

在罗马时代，剑是重要的武器。在广泛采用铁器时代的叠锻和表面渗碳技术的同时，还采用了更复杂的技术，如花纹焊接技术，制作者们借此在制品上加上他们个人的标记。在来自墓葬的实物中，不管男女的随葬品都有武器，如男人用剑和矛头，女人则用一种“纺织用的剑”，那是一种花纹焊接的铁剑身。

在中世纪的欧洲，只有修道院或者主教人士才有充足的资金投入到炼铁工业中去。炼铁工业的大规模发展仰仗于宗教机构的势力。如1408年，不列颠的达勒姆主教建立了第一座有文件为证的，利用水力于鼓风器的熟铁吹炼炉。它的出渣口在炼炉之侧。此外，由于采用水力鼓风器，就有可能进行连续作业，从而可用高炉炼铁，高炉的特点是铁水和炉渣从炉口底部排出的。

16世纪的高炉在两侧各开一个口，一个是风口，另一个为出铁口。高炉第六天（一个冶炼期）大约只能出4～5吨铸铁。一座高炉贮存在不了这么多的铸铁。由于受到容积的限制，遂发展成早期的双炉。1549年，双炉能生产出重22 00公斤的铁炉铸件。

在欧洲高炉的发展过程中，有两种基本炉型相互竞争，一种是矮炉腹型高炉，和一种是高陡面炉腹型高炉。

1750年，英国的工业革命开始了。在燃烧上用焦炭代替木炭，这种转变使炼铁业突破了束缚，不再为木炭的短缺而陷入困境。因为不仅民用燃烧需要大量木料，而且为了提高农业产量也在大量砍伐森林。因此，对于人口密度高的国家，要靠木炭来增加铁的产量是不易的。

到18世纪末，煤和蒸汽机已使英国的炼铁业彻底改革，铁的年产量从公元1720年的2.05×10000吨／年（大多是木炭铁）增加到1806年2.5×100000吨／年（几乎全是焦炭铁）。估计，每生产一吨焦炭需煤3.3吨左右。但是，高炉烧焦炭势必增加碳含量，以致早期的焦炭生铁含碳在1.0％以上，全部成为灰口铁即石墨铁。

高炉的尺寸在18世纪内一直在增大。从公元1650年约7米，到1794年俄国的涅夫扬斯克高炉已增高到13.5米。因为焦炭的强度大，足以承担加入的炉

料的重量。大多数的炼炉采用炉缸、炉腹和炉身三部分按比例构成。19世纪末，平滑的炉衬公认为标准的炉衬，这基本上已经是现在的炉型。炉底直径约10米，炉高约30米。全部高炉都设有两只以上的风嘴。另一个巨大的进步就是采用热风。20世纪后，现代钢铁业就蓬勃发展起来。