金属期货：钢铁的前世今生（一）

钢铁的前世是上帝眷顾的礼物，今生则是人类智慧的结晶。

上帝的礼物

一颗流星划破长空，从天而降的恰是一块含铁量很高的铁陨石，这是上帝送给世间的礼物。6000多年前的古埃及人与苏美尔人是上帝的幸运儿，他们发现并利用了这份礼物，最早用铁陨石中的天然铁制作成铁器，并将这些铁器以天降神物尊称。因为落入地表的铁陨石十分难得，所以那时的天然铁就显得弥足珍贵，铁器自然也就成了当时的奢侈品。

但实际上地球上的铁元素并不稀缺，铁是排在铝之后第二多的金属元素，只不过地球上的铁是以化合物的形态躲藏在岩石或沉积物中，即铁矿石中。大约在4500多年前，精明的古代小亚细亚半岛（现今的土耳其）的赫梯人发现了铁矿石中隐藏着铁的秘密，他们用树木直接火烧的方法，从铁矿石中熔炼出铁，这也让他们最先走进了铁器时代。

不可小觑的风箱

古代中国是人类历史上较早利用铁矿石熔炼铁的国家之一，早在春秋战国就开启了中国历史上引以为豪的铁器时代。高温下将铁矿石熔融的同时把铁元素还原成铁，这是利用铁矿石炼铁的基本原理，也就是说炼铁时首先要有一个必不可少的前提条件，那就是要有很高的温度。

木炭是中国很早的发明，既可以通过燃烧提供温度，也可以利用其不完全燃烧时产生的一氧化碳来还原铁。木炭虽然是炼铁一箭双雕的好选择，但仅靠木炭自然的温度（约700℃）想有效地炼出铁来还不够，因为这个温度离有效还原铁的温度（1000℃以上）还有一定的差距。如何解决这个问题？人们起先想到了利用牛皮制造成的风袋来鼓风，促进木炭燃烧以提高温度，这使得木炭在炼铁中有了真正的用武之地。这种最早的风袋式的风箱经过逐步改进创新，最终演变成效率更高的水力推拉的活塞式风箱，大大提高了古代中国的炼铁效率。

所以说风箱鼓风是人类历史上了不起的发明，试想炼铁时如果没有风箱的鼎力相助，那么铁器至今可能还是价格不菲的奢侈品，古代文人墨客留下的佳句可能就是“书中自有黑铁屋”了；如果没有铁器的大量使用，中国的农耕文明也不可能有那么快的大发展。

为啥百炼可以成钢

中国自古流传着很多关于宝剑的传说。相传在春秋末年，吴王阖闾找到巧匠干将炼造宝剑。干将“采五山之铁精，六合之金英”，动用了300名童男童女，为其向炉火中添加木炭鼓风，干将的妻子莫邪还把自己的指甲与头发投入炉火中助其炼剑，最终炼成了两把绝世宝剑，剑身有龟裂纹的叫“干将”，有水波纹的叫“莫邪”。

干将所选用的“铁精”实质上是含碳量较低的、质量较好、但含有较多杂质的铁块。干将把铁块反复放入炉火中加热锤炼，将炉火中的碳渗入铁的表面，并去其杂质，其实就是炼钢的简要过程，所以干将炼造的宝剑也可以称为钢剑，而干将这种炼钢的方法叫作渗碳炼钢法，也是中国较早的炼钢方法。后来，人们把炼出的优质钢称为“百炼精钢”，这正是成语“百炼成钢”的由来，“百炼”就是工匠们经过上百次的加热和反复折叠锻打成钢的过程。

干将炼钢时采用的是含碳量低的铁块，含碳量很高的铁块是否也可以炼成钢呢？答案是肯定的，但不用千锤百炼，而像炒菜一样地炒就行了，所以可以称为“炒钢”。西汉时期开始，人们已能够把铁块加热到熔融或半融状态，再不断地搅拌，增加空气与铁的接触面，使铁水中多余的碳氧化，逐渐降低含碳量以炼成钢。因此简单地说，炼钢就是调节铁中的含碳量。

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