炼铁的工业背景、材料和工艺。
中国冶铁技术的发展方式与西方完全不同。如果说西方早期的铁文化是以锻铁为主的文化,那么中国早期的铁文化就是以铸铁为主的文化,然后在锻铁技术上有所发展。
公元前6世纪左右,中国发明了生铁冶炼技术。尤其是春秋战国时期,块炼铁和生铁冶炼两种工艺几乎同时产生。这两种方法在我国历史上并行发展了很长时间,在不同的情况下发挥了各自的作用。生铁的早期发明是中国对世界冶金技术的杰出贡献。在欧洲一些国家,虽然块炼铁很早就出现了,但生铁是在13世纪末到14世纪初才出现的。
战国初期,我国创造了白口铁软化。即通过长时间加热,使白口铁中的碳化铁分解为铁和石墨,并消除大块渗碳体,对提高铁的韧性起到很好的作用,而欧洲的铸铁软化是在17世纪下半叶才出现的。战国中期以后,铁已经取代青铜成为主要的生产工具。《管子·海王》说:“女人要有针和刀...耕者必有一雷,一铲一铲”。这是铁的普遍应用。西汉在块状渗碳的基础上兴起了“百炼钢”技术。其特点是增加了反复加热锻造的次数,不仅可以加工成型,还可以减少、细化、均匀夹杂物,大大提高钢的质量。“百炼成钢……”之类的成语由此而来。西汉中期又出现了钢煎,即把生铁煎成半液态、半固态,并加以搅拌,利用铁矿物或空气中的氧气进行脱碳,以达到所需的碳含量,然后反复热锻,制成钢铁制品。炒钢的发明也打破了以前生铁不能转化为熟铁的界限,使原来的两个工艺系统得以沟通,成为统一的钢铁冶炼技术体系。这是继生铁冶炼和铸造之后,中国古代钢铁技术史上的又一重大事件。
从对古代铁器的分析中,我国科学家发现了许多汉魏时期带有球状石墨的铸铁工具,引起了国内外学术界的关注。球墨铸铁是现代科学技术的产物,是英美学者在1949年发明的。确定西汉的石墨铸铁不逊于现代球墨铸铁的同类材料,这在冶炼铸造史上是一件很有意义的事情。
在汉代,钢铁工业的发展表现在许多方面。如炉型有所扩大,用石灰石作熔剂,风口也从一个发展到多个,鼓风设备从人工鼓风、动物鼓风变为水力鼓风的“水排”的创造。这项发明比欧洲早1200多年。从唐代到明代,古代钢铁技术得到充分发展和定型。唐宋时期,实现了农具从铸造到锻造的历史性转变。从明朝中叶到清朝末年,生铁年产量达到几十万吨。
总之,在18世纪中叶工业革命之前,中国冶铁业的生产规模和技术水平并不逊于当时的英法等国。中国封建制度在明朝进入衰亡阶段。极度腐败的专制政治、庞大的官僚机构和腐朽的上层建筑,严重阻碍了生产的发展。康熙、雍正、乾隆三个朝代称为盛世,历时134年(公元1661-1795)。但此时西方爆发了工业革命,其工业、科技和军事实力以封建制度难以想象的速度发展,在极短的时间内将中国甩在了后面。中国曾经一枝独秀的冶炼业也黯然失色,失去了建立独立的金属工业,将传统技术发展为现代金属技术的可能性。
钢是人类生活和生产中非常重要的材料。桥梁、铁路、轮船、车辆和各种机械都需要大量的钢来制造,甚至动物也含铁。
虽然铁有许多优点,但它也有缺点。在潮湿的空气中,铁容易生锈。铁锈其实是铁、氧、水相互作用引起的一系列复杂的化学反应。铁锈的成分也很复杂,主要是氧化铁。铁锈比较松散,容易吸水。因此,如果不及时清除铁制品表面的铁锈,会加快铁制品的生锈速度。据估计,全世界每年因生锈而损失的钢材约占世界年产量的四分之一。
另外,在常温下,铁因为活泼的性质,不适合长期使用。而且生铁钢铁的冶炼要经过复杂的过程才能获得,非常麻烦。炼铁的主要原料是铁矿石、石灰石和焦炭。其中,焦炭的使用会污染空气,破坏环境。同时,剩下的废渣也不好处理。铁的耐腐蚀性不强,应用范围越来越小。在许多方面,铁已被新材料所取代。比如铸铁管被铝塑管取代;船体主要成分由铁合金改为钛合金;一些汽车零件也用铝合金代替了铁。等等,不胜枚举。毕竟地球上铁资源的储量是有限的,要节约和利用好每一寸铁!
尽快开发新材料改善生态环境,减少对自然资源的开采,弥补铁的不足,提高工农业和日常生活中的高科技含量!