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貝塞麥(公元1813-1898年),英國冶金學家。20歲發明郵票印刷的新方法。後來全力進行鍊鋼法的研究,發現將融化的生鐵放進轉爐內,吹入高壓空氣,便可燃燒掉生鐵所含的硅、錳、磷、碳,而煉成鋼。這是首創大量產鋼的方法。此後,歐洲、美洲都引進了這一先進方法,世界進入了鋼鐵時代。

1 貝塞麥 -個人概述

貝塞麥貝塞麥
貝塞麥(BessemerSirHery1813—1898年),又譯貝色麥。英國發明家和工程師,轉爐鍊鋼法的發明人之一。1813年1月19日生於哈福德郡的查爾頓;自幼在其父開辦的鑄造作坊中工作,熟悉金屬加工與製造;后在倫敦學習機械設計。貝塞麥最初的發明是鑄造金屬工藝品的技術等,並曾改進印刷機用模和油漆用的代金黃銅粉。1830年在倫敦經商,銷售金屬藝術品。不到20歲,他發明了一種新的衝壓法,英國政府很快便採用,但未給年輕的貝塞麥什麼獎賞。從那以後,貝塞麥就比較小心地尋求專利保護。1840年開始原始手工方法生產銅粉、金色顏料等。19世紀50年代,他注意到在設有鼓風設備的爐中熔化鐵時,空氣可除去鐵水中的碳,煉出熟鐵或低碳鋼,於是採用風管吹煉坩堝中的鐵水,后發展成為貝塞麥轉爐鍊鋼,1856年獲得專利。

開始應用時,發現用含硫、磷多的生鐵作原料,煉出的鋼有冷脆和熱脆現象,推廣使用受到限制。后經馬希特(R.Mushet)提出:鋼水中加鏡鐵(含錳量較低的錳鐵)以除硫,才進一步完善(見馬希特父子)。貝塞麥法的誕生標誌著早期

貝塞麥貝塞麥

工業革命的「鐵時代」向「鋼時代」的演變。這在冶金髮展史上具有劃時代的意義。貝塞麥曾任英國鋼鐵學會主席(1871~1873),1879年當選為英國皇家學會會員,同年被授予爵位。1898年3月15日卒於倫敦。

發明酸性底吹轉爐鍊鋼法,聞名世界。這是最早的大規模鍊鋼方法,稱為貝塞麥法。對當時鋼的生產起一定促進作用。還發明沖孔模,研製出排字機和印刷報的油墨機,設計了遠洋航輪巨型客艙,改進電話機等。

2 貝塞麥 -鄉村童年

貝塞麥貝塞麥在英國舍菲爾德開辦的鍊鋼廠
貝塞麥之名聽起來不象是英國人,這與貝塞麥的家庭有直接關係。貝塞麥之父雖然生在倫敦城中,但在11歲時隨父母定居荷蘭,後來成為荷蘭的註冊機械工程師,參與建造了荷蘭第一台蒸汽機;21歲時又移居到法國巴黎,26歲時因在顯微鏡的改進方面的重大貢獻而成為科學院的院士。法國大革命期間,貝父被迫返回英國,憑藉其在印染和金銀首飾製造方面的技藝在倫敦開始了新的奮鬥。不久傳來拿破崙即將入侵英國消息,已經把全部家當丟在法國的貝父決定在英國尋找一個安全的避難所,最終選定了赫特福德郡查爾頓村。1813年1月19日,貝塞麥就降生在查爾頓村。貝父早在法國巴黎造幣廠時就掌握了一手製造字模的絕技,閑不住的他很快就和倫敦著名的字模生產商亨利·卡斯隆建立了密切的關係,並在查爾頓村建立了字模鑄造廠。卡斯隆成了貝塞麥家的常客,順理成章地作了貝塞麥的教父,於是貝塞麥又有了「亨利」一名。

貝塞麥童年時代最崇拜的英雄是法國人蓋達爾。這位畫家和物理學家於19世紀30年代發明了世界上第一個成功的攝影方法——蓋達爾照相法,在世界上引起了很大的轟動,蓋達爾也成了發明家的代稱,許多行業都在呼喚著新的蓋達爾。這些情形給小亨利極深的印象,他夢想著將來也像蓋達爾那樣成為偉大的發明家。在父親的字模鑄造廠里,貝塞麥對機械和金屬產生了濃厚的興趣。每天放學之後,貝塞麥就急匆匆地趕回家中,在父親的工廠中鼓搗各種機器。作為第一步的獎勵,父親給他買了一台倫敦名牌廠家出產的小型精美旋床。在這台旋床和老虎鉗旁摸爬滾了大約一兩年之後,貝塞麥終於獲得父親的允許,可以按照自己的想法設計各種各樣的字模。這期間,貝塞麥取得了平生第一個發明,製成了一台燒制小型磚模的機器。貝塞麥還用製造字模的低熔點合金鑄造了車輪、滑輪等各種機件模型。人們經常在傍晚看到貝塞麥在心愛的小狗配伴下,專心致志地坐在路邊用黃泥捏制各種的模型,而一兩天之後這些泥制的物件就會變成金屬鑄造品。小貝塞麥已經表現出非凡機械技能和創造力,村子里的人們很快就慷慨地用「亨利大師」來稱呼他。在上學的路上,孩子們會懷著敬仰的心情給貝塞麥讓路,大人們經常疼愛地問候一聲「早上好,亨利大師」。

亨利大師的好奇心甚大。他父親生產的字模使用壽命比其它廠家的字模長的多,其奧妙一直是貝塞麥所欲探查的。工廠中每兩個月開爐一回以煉製字模合金,為保密起見從不讓不相干者參觀。不過這難不倒貝塞麥,每當開爐之際,亨利大師總有辦法鑽進車間藏在某個角落裡,仔細觀看大塊金屬銻被破碎和鉛一起投入爐中的熔煉過程。飛濺的火花,生騰的煙氣,常嗆得貝塞麥咳嗽不止,大師因此被發現而遭驅逐。多次探查之後,貝塞麥終於發現熔煉過程中加入了少量錫和銅是其父生產的字模壽命較長的原因。金屬中是否含有某些其它成分會造成金屬性質的顯著不同的事實,對貝塞麥後來發明的影響是難以估價的。

亨利大師不僅對金屬感興趣,對機械學更是情有獨鍾。除了父親的工廠,村裡還有幾處貝塞麥留戀的地方。如果在父親的工廠中見不著他,那麼在村子另一頭的四座磨房中的某一座中準會發現貝塞麥。亨利大師經常一連幾個小時不動窩地在觀看水輪運轉,琢磨著各個部件的機械原理,直到被家人找到為止。

3 貝塞麥 -初到倫敦

貝塞麥金屬成分和溫度變化
1830年,17歲的貝塞麥已經長成1.8m多高的小夥子,充滿了青春活力,尤其樂觀自信。在他眼裡,任何事情只要下定決心去做,就會取得成功,前途是一片光明。就在這時,貝父決定重返倫敦,當年3月4日,貝塞麥到了倫敦。當時的倫敦號稱世界之都,大廈林立,車水馬龍,名流彙集,繁盛無比,這裡的一切在鄉村長大的貝塞麥眼中簡直就是神話中的阿拉伯之夜。一個全新的世界展現在面前,年輕的貝塞麥必須在這個新世界中找到自己的位置,掌握自己的命運。

初抵倫敦的第一周,貝塞麥憑其特有的好奇心和充沛精力,靠雙腳轉遍了全城的大街小巷。幾乎在街道的每個拐角處,貝塞麥都會發現前所未聞的事物。建設中的大廈,修理中的碼頭,喧鬧的廣場,寂靜的教堂,都留下了貝寒麥探詢的身影。早出晚歸的第一周很快就過去了,而未知的事物永遠是無窮無盡的,貝塞麥第一次生產了失落感。在倫敦的茫茫人海中,貝塞麥感到了孤獨,沒有人知道他,沒有人對他笑臉相迎,沒有人給他讓路,再也沒有人由衷地問候他「早上好,亨利大師」,他在查爾頓村所享有的禮遇一去不復返了。怎樣才能為人所知,獲得社會的承認,贏得人們敬慕的笑臉,這些念頭一度佔據了貝塞麥的大腦,令其傷感至極,思鄉之情不盡油然而生。貝塞麥的這種心理上的失落感,同樣會出現在20世界90年代那些剛剛考入大學的鄉村才子身上。在緊張繁重的學習壓力和同齡人集體生活的環境下,這種失落感會被較快地克服。貝塞麥當時既無學業相壓,也無同齡人相伴,孤獨的他著實花費了不少的努力才改變了自己的心態。

倫敦成功人士的個人奮鬥經歷對貝塞麥的心態轉變起了很大的影響。貝塞麥沒有受過的高等教育,也沒有正規的職業培訓,但有金屬和機械領域的實際經驗和強烈興趣,並已經顯示出在這些方面的卓越才能。一番自我解剖之後,貝塞麥決定揚長避短,走金屬和機械方面的發明之路。這一決定對於他日後成為鋼鐵大師是至關重要的。

從事藝術鑄造到倫敦不久,偶然遇見的一個義大利人向貝塞麥展示了許多石膏勳章、徽章。貝塞麥一下子就被那些精美的藝術品吸引住了,便買了不少件,並把它們統統范鑄成金屬胎。他不滿足僅僅鑄造平面的藝術品,便試驗那些複雜的立體物品,如植物和動物。他把被複制物裹在范泥中在高溫下焙燒,有機質構成的被複制物被燒掉而留下型腔,澆入金屬,清除鑄范,即可獲得鑄造成品。但是,象玫瑰花等薄片類物品,在清除范土時經常遭到損壞。

他絞盡腦筋進行試驗,一個使用石灰石做范泥的念頭猛然閃現在貝塞麥的腦中。石灰石粉末製成的泥范,在高溫焙燒時發生化學變化,碳酸鈣轉變成為氧化鈣。澆鑄金屬后,把鑄范浸入水中,氧化鈣和水發生放熱反應而膨脹脫落,從而徹底解決了范泥清除困難的問題。用這一方法鑄出產品質量極佳,花朵的紋脈清晰可見,就連細如針尖的花蕊也毫無損傷。在當時,要想把植物標本以其自然狀態保存下來是不可能的。植物學家們只滿足於以畫筆來描繪圖譜。貝塞麥認為,使用他發明的精密鑄造方法,就可以選擇適當尺寸的植物標本製成鑄范。需要時只要把鑄范焙燒,澆鑄成型,一件完整保持標本原貌的金屬複製品就到手了。

4 貝塞麥 -發明背景

貝塞麥貝塞麥轉爐結構示意圖
在十九世紀五十年代初的克里米亞戰爭(英法聯明對俄國之戰)時期,貝塞麥集中精力從事於發明一種新型來福式射彈,它可以在飛行的同時自身旋轉,因而可以保持一個更為穩定的彈道。大炮上裝用這種炮彈,可以發射得更遠更準確。英國陸軍部很保守,對他的發明不感興趣,於是貝塞麥拿著他的發明找英國的盟友法車(貝塞麥是法國人的後裔,他父親是在法國革命爆發時移發到英國的)。

拿破三世對他的試驗很感興趣,並鼓勵他做試驗。然而他的這個炮彈頭必須要在大炮內裝得很緊,否則火藥產生的膨脹氣體會從這個彈頭旁邊漏過去,使彈頭失去了使它旋轉的力量。一個法國大炮專家嘲笑的指出,大炮內必須要有較大的壓力,這就很可能使這個武器-,沒有殺傷敵人,反倒毀來了使用武器的人。貝塞麥感到他的批評是正確的,於是著手研製一種有足夠強度的鐵,用來製造威力巨大的大炮。顯然,他所需要的正是鋼。但是鋼在當時極為昂貴,實際上成了一種珍貴金屬。

從煉鐵爐煉出的鐵是「生鐵」,含碳很高。這種鐵極硬但很脆。生鐵中的碳,費很大力氣排出后則形成一種可說是純的「熟鐵」。這是一種韌性鐵(一點也不脆),可以把它鍛打成任何形狀,但是它很軟。含碳量介於熟鐵和生鐵之間的鋼,既堅硬又有韌性。鍊鋼所遇到的困難是,需得先將生鐵變成熟鐵,然後再往其中加入適量的碳。

5 貝塞麥 -發明過程

貝塞麥思考了將生鐵變成熟鐵的方法。為了煉出熟鐵,他把經過仔細稱量的鐵礦石加進生鐵中,再將此混合物加熱至熔融狀,此時鐵礦石中的氧原子則與生鐵中的碳原子化合而生成一氧化碳,此氣體逸出而被燒掉,留下的就是純鐵。除了利用鐵礦石(其主要成分為氧化鐵),還有沒有別的加氧方法把碳燒掉呢?為什麼不能利用鼓風直接通氧呢?一些反對的意見認為冷空氣會使鐵水冷卻、凝固,從而使整個冶鍊過程停止。

貝塞麥不聽這些,堅持做了試驗,他發現事實和他們的意見正好相反。鼓入的空氣將碳燒掉,燃燒的熱不僅可以保持鐵呈熔融狀,而且確實提高了鐵水的溫度,因而不需要外界的燃料。貝塞麥發現把冶鍊過程進行到適當的時候就停下來,鋼就煉好了,用不著經過熟鐵階段,也用不著花錢買燃料,而只需要用他從前做實驗用的費用的一部分即可煉出鋼來。

1856年他宣布了他的這一發現。一些煉鐵者表現出很高的熱情,並投資營造「鼓風爐」,不幸事情出了漏子,他們煉出的鋼質量很差。貝塞麥遭到了痛斥,說他是騙子。於是他重新進行了試驗。

原來,在他的最初試驗中,用的是不含磷的礦石,但那些煉鐵者用的是含磷的礦石。礦石如果含磷,貝塞麥的方法就不能用。貝塞麥聲明了這點,但煉鐵者怕再上當,沒有聽他的。因此,貝塞麥借來了錢,於1860年在謝菲爾德建立起他自己的鍊鋼廠。他從瑞典進口了不含磷的鐵礦石,開始以競爭價格的十分之一出售他的優質鋼,沒有幾年他富裕起來,使那些煉鐵者看到了他的論點的力量。

1879年他被接納為英國皇家學會會員,就在那年,他提醒英國政府,他們在沿用他發明的那種衝壓法而未付酬勞。英國政府未付給他什麼報酬,只是通過授予他爵位而承認他的提醒是合理的。以貝塞麥和他的一些後繼人(如西門子,他進一步改進了鍊鋼過程)為起點,開始了生產廉價鋼的。喧就意味著遠洋巨輪、鋼骨架的摩天大廈、巨型弔橋的到來。貝塞麥並沒有發明鋼,但他卻使得每個人都用上了鋼。後來,還有聖克萊爾·德維爾也仿效貝塞麥那樣,展開了一系列的試驗活動,其目的在於生產出一種與鋼性質量為接近而具有競爭力的金屬。

6 貝塞麥 -發明遭遇

貝塞麥貝塞麥轉爐鍊鋼法
英國發明家貝塞麥寫道:「我的發明是:如果把空氣或氧氣吹到足夠數量的鐵水中,那麼它會引起液態金屬的強烈燃燒,並維持和升高溫度,使金屬在不用燃料的情況下保持液態,併除去碳(部分)和磷、硫,把鐵變成鋼……」他按著這一原理,自己進行了第一次實驗。這次小型的實驗是完全成功的,他高興極了。

為了把實驗擴展到可進行工業生產的規模,他接著又設計了一台1米多高、內部襯有耐火磚的轉爐,並附加了一台強力鼓風機。他反覆地檢查著自己創造的梨形怪物,認為「轉爐的容積和高度好像是足夠的」。他左看右看,覺得「看起來不會有什麼問題」,他估計「除了熱的氣體和不多的火星兒之外,不會有什麼東西從轉爐里飛出來……」於是,他打開了鼓風機!鐵水溫度果然像他想象的那樣,逐漸升了上來。

「如果成功了,就將是一項世界新發明……」他滿懷希望地想著,欣賞著自己的這一梨形傑作,連震耳欲聾的鼓風機雜訊都似乎變成了悅耳的提琴曲。但是,當鼓風操作進入第10分鐘以後,這「樂章」就「跑調」了。從轉爐中噴出的火星開始超出他的想象,眾多的大火星接連奪口而出,使他的傑作變成了一個危險的火的噴泉。

他開始想到逃跑,但已經來不及了――那噴火的噴泉邊噴邊發出悶啞的「砰砰」聲,火柱形狀也已與爐口一般粗大。這真像外祖父講過的維蘇威火山爆發!貝塞麥邊想著死去多年的外祖父,邊蜷縮在角落裡看著。他明白,這時候是什麼事情都可能發生的,無論是轉爐爆炸還是鐵水淋頭,哪樣都會使他遭到滅頂之災!他心裡祈禱著:上帝啊,該不會讓我在這近2000度的高溫中變成燒雞吧?

好像過了好久好久,火山漸漸熄滅下來,剛才那些想想也使他發抖的事,竟一件也沒有發生。貝塞麥很快投入了新的研究,他不斷改進自己的傑作,終於發明了以他名字命名的鍊鋼轉爐,使世界鍊鋼史,翻開了新的一頁。

7 貝塞麥 -轉爐鍊鋼

貝塞麥貝塞麥
轉爐,現代鍊鋼最重要的設備之一,其爐體的兩旁有橫軸,生產操作時用機械傾動設備使爐體圍繞著橫軸轉動,針對這種特點人們稱之為轉爐。最早的轉爐是英國發明家亨利·貝塞麥(HenryBessemer)發明的,直接導致他尋找新鍊鋼方法的契機是軍備和戰爭的需要。1854年底,在阿薩斯諾靶場試射貝塞麥研製的新型炮彈時,軍官們擔心:用生鐵鑄造的舊炮發射這種新型炮彈,它是否承受得了炮彈的爆炸力,貝塞麥回憶說:「這是導致他考慮去尋找新鍊鋼方法的一個火花。」

在當時,隨著工業革命的勝利,工場手工業轉向了機器大工業。機器的大量發明和廣泛使用,使鋼鐵成了最基本的工業材料。從前的鍊鋼方法已經不能滿足工業和技術發展的急需,尋找新鍊鋼法最早獲得成就的是美國的威廉·凱利(WilliamKelly)19世紀40年代末他在自己開辦的工廠里發現,精鍊生鐵時,少加一些木炭,多往爐內鼓進些空氣,能使爐溫升高。此法不僅節約了木炭,而且可以把鐵煉成鋼。1851年凱利建成了新的鍊鋼爐,但他嚴格保密,不向外公布,因此使得貝塞麥成為了最先公布轉爐鍊鋼法的發明家。

1855年貝塞麥設計了一個爐子,高約1.22米,系固定式的垂直容器,下部有6個風口,可加入熔融生鐵約350公斤。試驗時人們對此表示極大的懷疑。就連參加實驗的工匠們都警告他說,不加焦炭光吹空氣,會使鐵水在爐中凝固。但是,從爐底鼓進空氣后,情況出人意料。首先將鐵水中的錳和硅氧化,形成褐色煙霧逸出,在這期間,鐵水中的碳也被氧化成二氧化碳。爐溫從倒入鐵水時的135℃大約上升到1600℃,反應非常劇烈,像火山爆發一樣。整個過程約30分鐘,不需要任何燃料,就可以煉一爐鋼。接著,他將鍊鋼爐從固定式結構改為可向一側傾倒,以使煉好的鋼水易於倒出。這樣,鍊鋼爐成為可轉動的爐子,即轉爐。1857年貝塞麥取得了這項發明的專利。

8 貝塞麥 -轉爐改進

貝塞麥小型貝塞麥轉爐示意圖-出鋼口
氧氣頂吹轉爐(與貝塞麥發明的底部吹空氣的轉爐稍有不同)。轉爐鍊鋼三階段:1、裝料;2、.吹入氧氣熔煉;3、出鋼。

貝塞麥的發明,引起世界各國的興趣,紛紛申請採用該法生產的專利。但是很快就出現了問題,不少鋼鐵企業用此法煉出的鋼太脆,一擊就碎,原因是礦石中含磷較高。而貝塞麥實驗用的礦石恰巧含磷較低。貝塞麥花了很大精力試圖解決這一問題,但未能取得成效,此法只限於吹煉含磷少的生鐵。

磷的問題是20多年後由英國人托馬斯解決的。他發現石灰石能使鐵水脫磷,但必須把貝塞麥轉爐原先的酸性硅酸質爐襯改為鹼性爐襯。1877年托馬斯利用一個星期天的時間在南威爾鍊鋼廠進行了實驗,用鹼性耐火磚砌襯,在轉爐冶鍊過程中與鼓風的同時添加石灰石使爐渣成為高鹼性,結果煉出了脫磷的鋼,獲得了成功。

第二次世界大戰後,不少國家開始實驗用純氧代替空氣鍊鋼。1948年奧地利首先取得了技術突破。此法是把生鐵水與廢鋼混合,倒入轉爐中,然後吹氧,將碳與雜質迅速燒掉。用這種方法煉出的鋼,質量可與平爐煉出的鋼相媲美,所需時間卻只有平爐的十分之一。直至今天,轉爐鍊鋼法仍是最重要的鍊鋼方法之一。

國際鋼鐵協會(IISI)2006年1月18日公布了2005年全世界粗鋼產量。2005年世界粗鋼產量增長了5.9%,總量達到11.294億噸。中國的粗鋼產量達到3.494億噸,增長率為24.6%。從貝塞麥轉爐鍊鋼法的推出至今短短一百五十年,世界鍊鋼能有如此驚人的產量,確是一件令人感慨的事。

9 貝塞麥 -煉鐵方法

將鐵練成鋼主要用兩種方法:一種叫貝塞麥法,一種叫平爐鍊鋼法。

貝塞麥法

貝塞麥於1856年將以他的名字命名的鍊鋼法首次宣告於眾。在貝塞麥法中,通過向鐵水吹風,將鐵中雜質燒掉。空氣中的氧和部分鐵結合產生「氧化鐵」。氧化鐵又將硅、錳氧化,生成的物質和氧化鐵一起形成爐渣。氧化鐵還和碳化合,產生一氧化碳和二氧化碳煤氣。這就是為什麼說這種方法叫氧化法的。硅、錳、碳都被氧化了。這

貝塞麥小型貝塞麥轉爐示意圖-風嘴
些雜質變成爐渣或煤氣時,就可使之與鐵分離。倒出來的金屬就是鋼。

貝塞麥法用的爐子叫轉爐。爐子的外殼由鋼板製成。裡面襯有一層耐火磚。轉爐向一邊傾斜,熔鐵從頂部倒進去。然後再將轉爐豎起。空氣從轉爐底部的風眼中吹進。這叫「吹煉。空氣壓進鐵水。氧化過程開始。氧化過程產生熱。溫度從開始的1300℃上升到後來的1600℃。不從外部加熱。

(貝塞表當時還不知道怎樣從鐵里除磷.磷是鋼中的一種雜質。1878年,石灰石和熔鐵第一次一起倒進轉妒頂部,耐火磚爐襯也參進了白雲石。石灰石、白雲石與磷化合變成爐渣。正如你在前面已經讀到的,在鋼水流進鋼水桶之前,熔渣就已從轉爐倒出。)

在轉爐里冶鍊時.所有的碳都從鐵中清除。但是鋼里沒有一點碳,就太脆了,不好用。而且在轉爐中冶鍊時,鋼中已形成了一些氧化物和氣休。這些東西必須除去。為了在鋼中加進必要數量的碳,除去不需要的氧化物和氣體,人們在鋼水從轉爐倒進鋼水桶時,放進一些鐵鋁合金。

平爐法

在貝塞麥法鍊鋼中,大量的熱能被浪費掉了。它被白白燒掉,在貝塞麥轉爐頂部形成很高的火焰。貝塞麥轉爐開始使用不久,名叫西門子的兩兄弟發現了一種節的鍊鋼熱能的方法。這種熱能在鍊鋼過程中可重新利用。這種方法叫平爐法。

鐵和廢鋼裝進平爐。用的燃料是煤氣和熱空氣。它們從進氣口進入平爐一側。煤氣和熱空氣在爐膛上部結合,猛烈燃燒,生成一種熱煤氣。熱煤氣從爐子另一側的口子導出爐外,並導入另一對加熱室,室內砌滿了空心方格式的磚堆。熱煤氣加熱磚塊。當磚塊溫度升得很高時,煤氣和空氣流動方向倒轉過來。煤氣和熱空氣通過已被加熱了的磚室導入平爐,熱煤氣則從平爐引出,去加熱另一對格子磚室。

因此,當煤氣和空氣進入平爐時.它們的溫度已經很高了。熱煤氣並末浪費。它被重新利用。用它加熱磚室,然後將煤氣和空氣引入通過這些磚室。

10 貝塞麥 -金屬文明

貝塞麥
人類在使用金屬以前,很早就懂得種植糧食。飼養動物,建造房子,造作盆罐和磨製石器。金屬加工並不是人類所熟悉的第一項工藝。但了解金屬,使用金屬,對形成我們現代的物質文明極為重要。

首先使用金屬的人認識到,金屬是一種光亮堅硬的物質,易於製成各種有用的形狀。所有金屬看來都很重,例如鐵,它幾乎有花崗石三倍那樣重。要是一個金屬工匠同時又是一個獵人,或是一個戰士的話,他對於金屬武器的鋒利和耐用定會感到滿意。製作木、石器物的工匠發現,金屬切削工具使他們的工作省力。人類學會了取火,後來又學會了建造冶金爐,爐溫高到能夠熔化他們使用的各種金屬。他們發現熔化的金屬能倒進石頭或陶土的模孔里,凝成固體。於是金屬就會變成和模孔一樣的形狀。金屬的這種液化成型的程序叫澆鑄。

人們學會將一些金屬混合製成合金。這種合金有時比用來合成它的金屬更為堅硬。很可能最早製成的合金是青銅。這種青銅是在銅內加進約十分之一的錫製成的。錫的分量加大,青銅的硬度也加大。如果用的錫少,青銅的硬度減小。所以人們煉製青銅時根據用途加進不同分量的錫。來到不列顛的羅馬人常用鐵和青銅製造武器、工具和農具矛用銅作器皿和裝飾品,用鉛作水管,澡盆和棺槨,用錫和金銀作裝飾品,用銀、黃銅、青銅鑄造錢幣。人們稱金、銀為「貴金屬」,因為金銀長時間放在空氣中不會失去光澤,經過多次熔煉也不會減輕多少重量。所以常用這兩種金屬製造珍寶飾物,鑄造錢幣。它們成為財富的計量單位。人們聚積金、銀使自己變富。他們不用這種「貴金屬」去製作其它東西。他們把所有用來製作器物的其他金屬稱做「賤金屬」。這些踐金屬包括錫、鉛、銅,鐵。

所有金屬都有一些相似之處。有些人以為他們能將一種金屬變為另外一種金屬。為了致富,他們想將賤金屬變為貴金屬.他們做了許多試驗,試圖改變金屬。這種人叫做「鍊金術士」。他們把自己的試驗稱為「鍊金術學,。不過這些試驗都失敗了,但是冶金工人進行了許多成功的試驗。他們學會了怎樣把礦石和木炭一起放在火里或爐子里熔煉,使礦石變為金屬。他們找出了哪種礦石可以熔煉,要經過多少工序才能把它們變成金屬。後來,人們又學會了怎樣建造爐型更大、效率更高的冶金爐,煉出更多的金屬。200年前英國每年鐵的總產量只有17,000噸。120年前,年產達到600,000噸。到1952年.總產量超過一千萬噸。

1856年,一個叫亨利·貝塞麥的人把他所發現的關於怎樣把大量的生鐵煉成鋼的一種方法告訴人們。不久,又一個叫查爾斯·西門子的人發現了另一種好的鍊鋼方法。鋼在建造橋樑、鐵軌、船隻、槍炮上特別有用,後來在汽車生產上也特別有用。金屬冶鍊技術發展成為一門科學,叫冶金學。1861年,索比教授開始用顯微鏡考察金屬,開創了冶金學的一個分支—金相學。索比教授研究金屬的性能,研究他們的熔點、強度和硬度。一種叫做鋁的新的輕金屬被發現了。人們在鋼里摻進一些鎳,形成一種合金鋼,它在許多方面比普通鋼更好。

過去,人們生活在石器時代,青銅時代,或鐵器時代,這些時代是根據當時所用的一種新的材料命名的。今天,我們使用著多種不同類型的材料。冶金學家就是決定什麼材抖最適合於做什麼用的科學家。我們的時代可以稱為「早期科學時代」。

11 貝塞麥 -主要著作

《論不用燃料煉製可鍛鐵和鋼》
《可鍛鐵和鋼煉製》
《貝塞麥轉爐早起形式》
《可鍛鐵板或鋼板直接連續鑄造》

12 貝塞麥 -參考資料

1、http://baike.baidu.com/view/474928.htm

2、http://www.haofile.com/wwfy/105.htm

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