“钢铁是工业的脊梁,支撑着国家发展的大厦。”在人类文明的进程中,钢铁始终扮演着至关重要的角色。从古代的冷兵器到现代的摩天大楼,从简陋的农耕工具到精密的工业器械,钢铁无处不在,见证着时代的变迁,推动着社会的进步。
古代:钢铁技艺的起源与发展在漫长的历史长河中,中国古代的钢铁冶炼技术独树一帜,为人类文明的发展做出了巨大贡献。2009年,甘肃临潭磨沟遗址出土的两块铁条,改写了中国钢铁冶炼的历史。经鉴定,这两块铁条属于公元前1500年的商朝早期,且存在明显的块炼法演练痕迹。这一发现,将中国铁器运用史向前推进了200年,将钢铁冶炼史大幅提前了700年。
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在自然界,绝大多数铁资源以铁元素、不同价态氧化物或其他元素化合物矿石的形式存在。无论是古代还是现代,获得铁矿石后,首先要在高温和碳单质的作用下,将高价态的铁元素还原为铁单质,得到含碳和其他杂质比重较高的生铁。
生铁质地硬而脆,品控不稳定。于是,铁匠们反复捶打生铁,排出杂质,获得熟铁。熟铁质地软而韧,是标准化产品。最后,通过给熟铁加碳、加生铁或给生铁加铁矿石等方法,混合均匀后获得含碳量0.05%-2%的钢,钢兼具生铁和熟铁之长,应用广泛。
炼铁技术发展中,最先诞生的是块炼法。由于炉内温度只有1000度左右,铁不会熔化成铁水,而是形成布满孔洞的海绵铁,铁质软化可被捶打塑形。但块炼法生产的铁制品昂贵,难以满足大众需求。
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我国熔炼法出现在公元前600年的春秋中期,铁水可直接倒进预制陶土模具中冷却成型,即铸造。相比块炼法,效率大幅提高。战国时期铁制农具的大规模推广,正是得益于熔炼法这一生产技术革命。
春秋时期,吴越之地的铸剑师率先发现了早期渗碳炼钢技术。当人体头发、指甲或木炭粉落入接近熟铁的铁块中,经多次捶打,可获得更优良的铁块。但这一技术良品率低、耗费工时,被称为百炼钢,只有社会顶层才能消费得起。
西汉时期,炒钢法诞生。将生铁和精选铁矿石磨粉按比例混合,在高温下快速翻动搅拌,氧化出生铁中多余的碳,从而得到钢。但由于生铁和矿石是非标件,炼出钢材的品质受其影响较大,且翻炒手法和原料组合有不传之秘,导致炒钢法的标准性和传承性存在局限。
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南北朝时期的北齐,灌钢法问世。灌钢法改用生铁和熟铁组合,以熟铁为料,让熔融的生铁汁均匀淋在滚动的熟铁料上,使高碳生铁中的碳渗透进低碳熟铁中变成钢。由于熟铁料是标准件,灌钢法操作流程可推广性更强,迅速流行全国,为隋唐盛世打下了坚实的生产力根基。明朝时,灌钢法进一步演化为苏钢法,甚至沿用至现代,在小炉炼钢领域占据一席之地。
古人还总结出退火、正火、淬火、回火这四种热处理工艺,不仅能消解钢料内部应力,还能使钢料表面坚硬耐用。通过合理搭配不同含碳量、不同元素掺杂的钢料,以及将钢料反复折叠、捶打、扭转、拉伸等方式,可得到各种性能优异的特种用途钢料。
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炼钢炉的炭火一般是木炭烧制成的焦炭或直接用煤炭。但部分煤炭含硫量高,会渗入钢料使其脆化影响品质。从唐到宋,钢产量大幅提升,煤矿大规模运用于炼钢,同时出现钢制品质量下滑的问题。这一方面是技术原因,另一方面是使用者市场大幅下沉,对钢铁制品需求量陡增,而对质量要求不高。
近现代:钢铁工业的艰难起步与奋起直追1949年新中国成立时,全国钢产量仅有16万吨,甚至不如印度。这一惨淡的数字,很大程度上是国民党蓄意破坏的结果。然而,新中国的建设者们并没有被困难吓倒。次年,许多设备修复后,钢产量立刻翻了三倍。
钢铁是工业发展的根基,新中国一五计划的156项重大工程中,钢铁冶炼工业独占七项。在全国上下一心的合力建设之中,形成了钢铁基地的布局。我们所熟悉的鞍山、本溪、唐山、邯郸、上海、武汉、马鞍山、攀枝花等钢铁重镇,均分布在这些基地。
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改革开放后,钢铁工业迎来了新的发展机遇。我国大举引进日本和德国的先进设备,并以极高的效率进行消化吸收和自主研究。1985年竣工的宝钢一期工程,国产化率只有12%,而到了1998年竣工的宝钢三期工程,国产化率已经跃升至80%。就在同年,中国粗钢产量突破1亿吨,跃居世界第一,并且连续蝉联27年至今。这一成就,不仅是中国钢铁工业的骄傲,更是中国改革开放伟大决策的有力见证。
当代:钢铁产业的高质量发展与国际竞争进入新世纪,我国钢铁工业不仅在规模上保持高速增长,而且在技术上加快推陈出新。如今,我国已能炼制一千多种钢种,轧制4万多种钢材,其中包括大名鼎鼎的航母甲板钢、高铁轨道钢、圆柱笔尖钢等。这些高端钢材的成功研制,标志着我国钢铁工业已经从量的扩张向质的提升转变。
同时,我国还在大力淘汰落后产能、压缩过剩产能,其指标动辄以5000万吨、1亿吨计算,超过世界第二大钢铁大国印度的全年产能。在淘汰落后产能的同时,我国积极推动钢铁产业的绿色发展和智能化升级,努力实现钢铁工业的可持续发展。
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尽管我国钢铁产量庞大,但人均钢铁占有量和历史人均钢铁蓄积量与发达国家仍有差距。目前我国每年人均钢铁表观占有量约为660千克,略高于美国和日本的300千克,但不及美日历史峰值800千克。
我国历史人均钢铁蓄积量只有8.3吨,刚迈过废钢循环门槛,距离发达国家普遍的人均20吨还有较大差距,按目前速度还需追赶约20年。不过,随着我国钢铁工业的持续发展,相信在未来,我们的生活也会因钢铁产业的进步而变得更加美好。
文字来源:地缘志的视频内容