金属期货：钢铁的前世今生（二）

当煤遇到了铁

长期以来，欧洲一直将木炭作为炼铁的唯一燃料。随着欧洲炼铁业的迅速发展，欧洲各地的森林资源很快就消耗殆尽。到了18世纪末期，英国森林资源几乎枯竭，这一度使得英国的炼铁业险些步入穷途末路，直到英国开始大量使用煤来炼铁。值得一提的是，中国在魏晋南北朝时期（公元3—6世纪）就开始用煤替代木炭炼铁，到了宋代（公元10—13世纪）已形成了北方用煤、南方用木炭的局面，而到了明代（公元14—17世纪）已大多用煤来炼铁了。据推算，宋代铁的年产量达到7万吨以上，明代则达到了15万吨以上，而使得英国森林资源接近枯竭时的工业革命初期，英国铁的年产量也仅仅相当于中国宋代时的水平。

所以不难想象，如果没有煤在炼铁中的替代使用，现今全球18亿吨以上的钢铁年产量会是一个不可想象的天文数字；又或许全球的森林资源早已不复存在，青山绿水只能在历史课本里才能找到。因此，当煤遇到了铁，不仅是解决了炼铁燃料的瓶颈，而且还从某种程度上拯救了地球的自然生态。

现代钢铁工业三大件

尽管中国炼铁与炼钢技术都不是世界最早的，但是中国古代在冶炼技术上的不断发明创造，使得从公元前6世纪的春秋时代起，便遥遥领先世界数千年，直到后来居上的欧洲使钢铁的生产效率有了更大的提高，欧洲才成为现代钢铁工业生产工艺的开拓者。

高炉、转炉（电炉）、轧机是现代全流程钢铁生产工艺的“三大件”。现代钢铁的主要生产流程是：先将铁矿石在高炉中冶炼成铁水，接着把铁水注入转炉或电炉冶炼成钢，再将钢水铸成连铸坯或钢锭，经过轧机塑性变形加工成各种用途的钢材。

第一大件——高炉，以“高大能吃”著称。顾名思义，就是一个比较高大的竖立直圆桶形的炼铁熔炉，炼出来的铁水被称为生铁。不过，炼铁技术发展初期时的炼铁熔炉很小，构造也很简单，被称为竖炉。现代高炉自上而下由炉喉、炉身、炉腰、炉腹 、炉缸5个重要的部分组成，是一个技术复杂、系统性很强的炼铁设备。但不管怎样，古代早期竖炉炼铁的基本原理没变，是现代高炉的鼻祖。当前世界上最大的高炉是韩国浦项钢厂1号高炉，容积达到6000立方米，日产铁水量可达到1.2万吨以上。

第二大件——转炉，因“灵动高效”得名。炉体通常为梨形，可以大角度地倾转，故称转炉，炼出来的钢被称为粗钢。现代的转炉炼钢法由一位无心插柳的英国工程师贝斯麦（Henry Bessemer）于1856年发明，由此开创了钢铁生产的新时代。由于此前的炮筒是用铸铁做成的，容易发生裂纹，贝斯麦为了解决这一问题，尝试用反射炉把生铁熔化后再掺入合金，以制造炮筒。在试验时，当他开动鼓风机后，突然发现了一种奇异的现象：在炉子边缘上一些不熔化的生铁和吹入的空气起作用而发生燃烧。他把经过燃烧后的生铁用铁棍挑起来进行化验，结果发现铁被吹成含碳很低的钢。再进一步研究，贝斯麦发明了底吹空气式转炉。把铁水及少量废钢与铁合金放入炉内后吹入空气，铁水中的碳、硅、锰等元素被氧化并发出大量的热，变成了韧性很好的钢。这是一项震惊世界的发明，因为用这种方法炼钢，不再需要外加燃料，且十几分钟就能炼成数吨的优质钢，效率比过去的炼钢方法高出上百倍。1948年，德国人罗伯特·杜勒（Robert Durrer）在瑞士在贝斯麦的发明基础上，用纯氧气顶吹转炉炼钢的试验获得成功。1952年在奥地利的林茨城（Linz）、1953年在多纳维茨城(Donawitz)先后建成两座一次能装30吨铁水的氧气顶吹转炉，并投入生产。该炼钢法也被称为“LD”转炉法，使得炼钢的效率又提升了一大步，成为当今主要的转炉类型。后来电炉的发明也是基于这种转炉之上。目前世界最大的氧气顶吹转炉是德国奥古斯特·蒂森钢厂的超大转炉，一次能装400吨铁水，日产钢量能达到1万吨。

第三大件——轧机，有“万钧气盖”之力，使钢锭或钢坯在旋转的轧辊之间产生塑性变形，轧出各种断面形状与尺寸的钢材的机械设备。根据其断面形状，轧机可大体分为型材、线材、板材、管材类；按轧制时的温度不同，还可以分为热轧与冷轧类。

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