钢铁的短暂历史

钢铁从根本上如何演变成铁？我们来看看钢铁的历史。

铁的时代

在非常高的温度下，铁开始吸收碳，这降低了金属的熔点，导致铸铁（2.5-5.5％的碳）。公元前6世纪中国人首先使用的高炉的发展，在中世纪更广泛地应用于欧洲，增加了铸铁的生产。

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猪铁

从高炉中流出并在主通道和相邻模具中冷却的熔融铁被称为生铁，因为大的中心和相邻的较小铸锭类似于母猪和哺乳仔猪。

铸铁

铸铁坚固，但由于其碳含量而脆弱，使其不如理想的加工和成型。随着冶金学家们意识到铁中的高碳含量是脆性问题的核心，他们尝试了减少碳含量的新方法，使铁更可行。

锻铁

到十八世纪末期，铁匠们学会了如何使用搅拌炉（由亨利·科特于1784年开发）将铸铁转变成低碳含量的锻铁。炉子加热铁水，必须使用长桨形工具搅拌 搅拌器 ，使氧气与碳结合并缓慢除去碳。

随着碳含量的降低，铁的熔点增加，因此铁的质量会在炉中聚集。这些质量将在被卷成片材或轨道之前用搅拌机移除并用锻造锤进行加工。到1860年，英国有超过3000个搅拌炉，但这一过程仍受到劳动和燃料集约化的阻碍。

吸塑钢

最早形式的钢，起泡钢在17世纪在德国和英国开始生产，并通过使用一个工艺增加了生铁中的碳含量称为胶结剂。在这个过程中，锻铁的铁条与粉状木炭在石盒中分层加热。大约一周后，铁会吸收木炭中的碳。重复加热会更均匀地分布碳，结果在冷却后是起泡钢。较高的碳含量使得起泡钢比生铁更可行，允许其被压制或轧制。

17世纪40年代，英国钟表匠本杰明·亨斯曼（Benjamin Huntsman）试图为他的钟表弹簧开发高品质钢材时，吸塑钢产量先进，发现金属可以在粘土坩埚中熔化，并用特殊的助熔剂精炼除去留下的固井过程。结果是坩埚或铸钢。但是由于生产成本，泡罩和铸钢只用于特殊应用。因此，在19世纪的大部分时间里，在搅拌炉中生产的铸铁仍然是英国工业化的主要结构性金属。贝克斯过程与现代炼钢

欧洲和美国十九世纪铁路的发展给铁工业施加了巨大的压力，铁矿产业仍然在努力生产过程效率低下。钢铁还没有被证明是一种结构性金属，生产速度很慢，成本很高。直到1856年，亨利·贝塞梅（Henry Bessemer）才提出了一种更有效的方法，将氧气引入铁水中以降低碳含量。 Bessemer现在称为Bessemer工艺，设计了一种梨形容器 - 被称为“转化器”，其中铁可以被加热，而氧气可以通过熔融金属吹动。当氧气通过熔融​​金属时，它将与碳反应，释放二氧化碳并产生更纯的铁。这个过程是快速和便宜的，在几分钟内从铁中除去碳和硅，但是太成功了。

去除了太多的碳，并且最终产物中含有太多的氧气。 Bessemer最终不得不偿还他的投资者，直到他找到一种增加碳含量和去除不需要的氧气的方法。大约在同一时间，英国冶金学家罗伯特·穆舍赫（Robert Mushet）收购并开始测试一种铁，碳和锰的复合物，被称为“999”spiegeleisen

。已知锰可以从铁水中除去氧气，如果以正确的量添加，则可以提供包装中的碳含量，这将为Bessemer的问题提供解决方案。 Bessemer开始把它添加到他的转换过程中，取得了巨大的成功。

还有一个问题。 Bessemer没有找到一种方法去除磷 - 一种有害的杂质，使钢材从最终产品中变脆。因此，只能使用来自瑞典和威尔士的无磷矿石。

1876年，威尔士人西德尼·吉尔克里斯特·托马斯（Welshman Sidney Gilchrist Thomas）通过在Bessemer工艺中添加了一种化学基本的助焊剂 - 石灰石来解决这个问题。石灰石将生铁中的磷吸入炉渣中，使不需要的元素被去除。

这个创新意味着，最终，世界上任何地方的铁矿石都可以用来制造钢铁。钢铁生产成本开始明显下降。由于新钢铁生产技术，世界钢铁行业的增长，钢铁价格在1867年至1884年间下滑了80％以上。

开炉工艺：

在十九世纪六十年代，德国工程师Karl Wilhelm西门子通过创建开式炉床工艺，进一步增强钢铁生产。开放炉床工艺在大型浅井炉中生产生铁的钢铁。 使用高温燃烧多余的碳和其他杂质，该过程依赖于炉膛下面的加热砖室。再生炉后来使用炉内废气，以保持下方砖室的高温。 该方法允许生产更大量的产品（在一个炉中可以生产50-100公吨），对钢水进行定期测试，以使其可以满足特定规格并使用废钢作为一种原料。虽然过程本身要慢得多，但在1900年之前，开放式炉膛过程在很大程度上取代了Bessemer过程。

钢铁业的诞生：

提供便宜，质量更高的材料的钢铁生产革命，被当天许多商人认定为投资机会。包括安德鲁·卡内基（Andrew Carnegie）和查尔斯·施瓦布（Charles Schwab）在内的19世纪后期的资本家在钢铁行业投资了数百万（在卡内基的数十亿）。卡内基的美国钢铁公司成立于1901年，是第一家价值超过十亿美元的公司。

电弧炉炼钢：

本世纪之交以来，发生了另一个发展，对钢铁生产的演变有很大的影响。 Paul Heroult的电弧炉（EAF）被设计成使电流通过带电材料，导致放热氧化和温度高达3272

999（F）（1800

°999），超过足以加热钢铁生产。

最初用于特种钢，EAF正在使用中，第二次世界大战正在用于制造钢合金。与建立电炉炼厂相关的投资成本低，使得他们能够与美国钢铁公司和伯利恒钢铁公司等主要美国生产商，特别是碳钢或长产品竞争。

因为EAF可以从100％的废铁或冷铁进料中生产钢，因此需要较少的单位生产能量。与基本氧气炉相反，操作也可以停止并开始，而相关成本较低。由于这些原因，通过EAF的生产已经稳步增长了50多年，现在占全球钢铁产量的33％左右。

氧气炼钢：

大部分全球钢铁生产 - 约66％ - 现在生产基础氧气设施。在二十世纪六十年代，工业规模上开发分离氮与氮的方法可以使碱性氧炉的发展取得重大进展。

基本的氧气炉将氧气吹入大量的铁水和废钢中，比开炉方法快得多。容纳350公吨铁的大型船只可在不到一小时的时间内完成钢材转换。 氧气炼钢的成本效率使开炉厂无竞争力，随着六十年代氧气炼钢的到来，开炉操作开始结束。美国最后一个开放式炉膛设备于1992年关闭，2001年关闭。 资料来源： Spoerl，Joseph S.

钢铁生产简史

。圣安塞尔姆学院。

可用：http：// www。安瑟伦。 EDU /主页/ dbanach / H-卡内基 - 钢。 htm

世界钢铁协会。网站：www。 steeluniversity。 org

亚瑟街。 &Alexander，W. O. 1944.

金属服务人

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