英國工業革命中的鋼鐵工業

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Mark Cartwright
翻译,由晚生姓高翻译
发表于 22 March 2023
其他语言版本: 英语, 法语, 土耳其语
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英國工業革命期間,由於貝塞麥轉爐(一種可以去除生鐵中,不需要的雜質的高爐),鋼鐵生產變得更便宜、更可靠。 鋼比鐵具有,優越的強度和耐用性,這意味著金屬,成為土木工程師建造橋樑、隧道和鐵軌的首選。

謝菲爾德成為世界上,最重要的鋼鐵製造中心之一,尤其以刀具和餐具而聞名。 鋼是一種含碳1-2% 的鐵合金,冶金學家在高爐中進行了,去除和添加雜質的實驗,以生產出具有特定性能的不同類型的鋼,例如至今仍用於金屬加工,工具的非常硬的鎢鋼。

Making Steel by Skinner
斯金納的《煉鋼》
Science Museum, London (CC BY-NC-SA)

鐵訴鋼

工業革命期間,優質鐵的生產大大提高,這很大程度上要歸功於,使用焦炭代替傳統木炭,作為熔爐燃料。 焦炭是由在熔爐中燃燒(或更準確地說,烘烤)煤炭製成的,以去除盡可能多的雜質,這對於確保這些雜質不會與熔爐中的熔融金屬,結合至關重要。 第一個使用焦炭的高爐,於 1709 年在什羅普郡的 Coalbrookdale 投入使用,該工廠由亞伯拉罕·達比 (Abraham Darby,1678-1717 年) 所有。 以焦炭為燃料的高爐,還有另一個重要優勢:它們可以達到比使用木炭加熱的高爐,更高的溫度。 優質鐵現在被用於各種項目,到 1850 年,英國的鐵產量佔世界供應量的 50%。然而,還有一種更好的金屬:鋼。

本傑明·亨茨曼 (BENJAMIN HUNTSMAN) 出於對堅固而靈活的時鐘彈簧的探索,率先開發了坩堝鋼。

與鐵相比,鋼的強度和延展性遠遠優於鐵。 鋼也比鐵輕,並且在重量壓力下,會隨著時間,變得更強,這與更脆的鐵不同。 這些優點意味著鋼材,對於橋樑建設等大型項目,和鐵軌等承重項目特別有用。 然而,在鋼鐵與鋼鐵的競爭中存在一個重大缺陷。 煉鋼比煉鐵貴得多,因為煉鋼的產量相對較小。 這種情況的改變得益,於英國工程師亨利·貝塞默(Henry Bessemer,1813-1898)的努力。

貝塞默轉換器

正如工業革命中突破性.發明經常發生的那樣,新想法是基於不同地方的,不同創新者的早期發明和開發的金字塔。 本傑明·亨茨曼(Benjamin Huntsman,1704-1776)在尋找堅固而靈活的鐘錶彈簧的激勵下,成為第一個開發坩堝鋼的人,即在封閉的粘土容器中,經受高溫純化的鋼。 製造坩堝鋼根本不是一個新工藝,但亨斯曼在 1740-42 年左右開創了一種使用焦炭,作燃料的方法,以便可以製造出,比以前更純淨的鋼。

Bessemer Converter, Sheffield
貝塞默轉換器,謝菲爾德
LHOON (CC BY-SA)

1827 年,約翰·尼爾森(John Neilson) 又向前邁出了鋼鐵生產的一步(1828 年獲得專利),當時他首創了一種在空氣進入高爐之前,對其進行加熱的新技術,稱為“熱風”技術,該技術可增強熱量爐內。 更高的熔爐溫度意味著,金屬工人可以生產更純淨的金屬,但它也大大減少了熔爐所需的燃料,從而降低了他們生產的成本。 儘管如此,每座熔爐的鋼產量,仍不足以滿足重工業的需要。 尋找更便宜的鋼材,是出於效率和成本效益考慮,而推動創新的典型案例。

1856 年,亨利·貝塞默受英國,捲入針對俄羅斯的克里米亞戰爭(1853-56 年)的激勵,為武器製造商(尤其是大砲)開發更多更好的鋼材。 貝塞麥花費了數年時間,和數万英鎊進行研究和開發,直到完善了一種新型高爐,後來被稱為貝塞麥轉爐。

貝森麥轉爐將生鐵加熱至 1550-1600 攝氏度。

轉爐本質上是一個帶有鋼外殼的巨大耐火磚燒瓶。 燒瓶在框架內旋轉,以便水平傾斜以將鐵礦石放入其中,垂直放置用於加熱部分,然後再次水平傾斜以倒出熔融金屬。 貝塞默轉爐將生鐵(即富含碳而沒有太大價值的鐵)加熱至1550-1600 攝氏度(近3,000 華氏度),通過在空氣中強制注入空氣來去除碳和其他雜質,如錳、磷和矽。高壓進入轉爐底部,並穿過內部的熔融金屬。 當注入空氣時,雜質會形成氧化物,因此這些雜質會以爐渣,分離出來,留下純淨堅固的鋼水。 事實上,一些雜質被發現是有益的,具體取決於鋼的用途。 例如,人們發現少量的錳可以降低金屬的脆性。

當轉換器垂直傾斜時,轉換器過程會產生令人印象深刻的煙火表演,火花和煙霧從頂部的孔中飛出(在後來的版本中,逸出的熱量被重新捕獲,以幫助加熱下面的爐子,進一步節省能源成本)。 對於專家來說,轉換器發出的火花的顏色,表明精煉過程已完成。 然後將轉爐搖回水平位置,並將鋼材倒入模具中。 這最後一個過程被稱為澆注,必須小心進行,以免鋼錠內形成氣泡,從而削弱金屬強度。

Bessemer Converter Model
貝塞默轉換器模型
Science Museum, London (CC BY-NC-SA)

較大的 Bessemer 轉爐可在 20 至 30 分鐘內煉鋼 30 噸。 此前,需要一個工作日,才能生產約5噸鋼材。 那時,鋼鐵現在是一種批量生產的產品。 貝塞麥發明之後,到 1875 年,鋼鐵成本從每噸 50 英鎊,下降到 4 英鎊。到 1880 年,英國鋼鐵廠每年生產超過 130 萬噸鋼鐵。 鐵礦石原材料的產量增加,以滿足轉爐商的巨大需求。 1855年,英國生產了900萬噸鐵礦石,但到1875年,上升至1500萬噸。 鐵礦石來自英國(特別是坎布里亞地區)、西班牙、瑞典和德國,為英國的熔爐提供原料,最重要的是為謝菲爾德的英國鋼鐵工業核心提供原料。

謝菲爾德鋼鐵及用途

南約克郡的謝菲爾德,成為世界上最大的鋼鐵生產商之一,並贏得了“鋼鐵城”的綽號。 1770 年,謝菲爾德只有5 家鋼鐵廠,但到1856 年,猛增至135 家。該市的徽章(1875 年授予)恰如其分地,顯示了羅馬冶金之神伏爾甘(Vulcan) 的形象。 亨斯曼和貝塞默選擇謝菲爾德,作為他們的鑄造廠和鋼鐵廠並非巧合。 謝菲爾德擁有水流湍急的河流,通過水輪提供動力,這對於提高熔爐中,必要的高溫的風箱來說,是重要的動力來源。 謝菲爾德地區的另一個優勢是存在磨石砂粒,可以用來製作圓形磨石,以對鋼材進行成型、研磨,並在必要時磨利鋼材。

謝菲爾德因其鋼鐵,尤其是餐具和針而聞名於世。 刀子和任何帶有鋒利邊緣的工具(如鐮刀)是其他特色產品。 更好的鋼材在醫學上特別有用,可以用來製造手術器械。 鋼的柔韌性使其成為,製造各種尺寸彈簧的理想選擇。 其他成功的鋼鐵產品,包括英國、美國和世界許多其他國家的,重型農業機械和鐵路軌道。 這些數字令人震驚。 僅在 1865 年至 1874 年間,謝菲爾德就向美國出口了超過 280,000 公里(175,000 英里)的鐵路。 其中許多大型項目都是由於蘇格蘭人詹姆斯·納斯米斯 (James Nasmyth) 於 1839 年發明蒸汽錘而得以實現的。 蒸汽錘利用蒸汽動力,精確鍛造和彎曲巨大的金屬,包括鋼。

Coat of Arms of Sheffield
謝菲爾德徽章
Unknown Artist (Public Domain)

鋼鐵工業帶來了就業和金錢,但對環境的影響也是巨大的。 1830年,著名記者兼政治家威廉·科貝特從倫敦來到謝菲爾德,當時鋼鐵工業還處於起步階段,他對自己的經歷進行瞭如下描述:

從利茲到謝菲爾德一路都是煤和鐵,鐵和煤。 到達謝菲爾德之前天已經黑了。 因此,我們看到了那些永不停息的鐵爐,散發著可怕的光輝。 沒有什麼比從這些熔爐頂部,不斷噴出的黃色火浪更宏偉、更可怕的了……他們稱之為黑謝菲爾德,而且它已經足夠黑了; 但全世界使用的刀具十分之九,都來自這個城鎮及其周邊地區。 (杜根,66-7)

穆謝特和鎢鋼

鋼鐵不斷發展。 英國冶金學家羅伯特·福雷斯特·穆謝特(Robert Forester Mushet,1811-1891 年) 於1868 年生產出鎢鋼。與貝塞麥一樣,穆謝特也對爐鐵中,雜質的含量和類型,進行了實驗。 穆謝特沒有像其他冶金學家,那樣努力去除特定數量的雜質,而是提出了一個簡單的想法,即去除鐵礦石中的所有雜質,然後重新引入他想要的特定數量的特定雜質。 就這樣,穆謝特發現一定比例的鎢,可以大大提高鋼的強度和耐用性。 缺點是鎢不像其他類型的鋼那樣具有延展性,但考慮到鎢鋼的主要用途(至今仍然如此),這一點就不那麼重要了,其中少量的耐磨金屬用於鑽頭、切削刀片和其他金屬加工工具。 鎢的另一個品質是它非常耐熱,使其成為白熾燈泡的首選材料。 直到 20 世紀,各種形式的鋼,仍然是建築金屬之王,直到它受到纖維增強塑料,和碳纖維等更輕,但更強的新型材料的挑戰。

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问题与解答

鋼鐵工業在工業革命中做了什麼?

鋼鐵工業在工業革命中非常重要,因為金屬比鐵更靈活、更堅固,因此可用於鐵路和橋樑等,大型工程項目。 鋼對於需要鋒利切削刃的工具,和儀器也非常有用。

為什麼鋼鐵工藝對工業革命很重要?

亨利·貝塞麥發明的煉鋼工藝,對工業革命非常重要,因為以前煉鋼,成本非常昂貴,因此鐵是首選。 然而,鋼比鐵更堅固、更輕、更具延展性,這些特性對製造商,和土木工程師很有用。

鋼與鐵相比有哪些優點?

鋼比鐵更堅固、更輕且更具延展性。

关于译者

晚生姓高
高先生目前擔任加州就業部的首席翻譯,是聯合國美國協會的前董事會成員,也是英文雜誌《美華論壇》的現任董事會成員和前副主編

关于作者

Mark Cartwright
马克是一位全职作家、研究人员、历史学家与编辑,他对艺术、建筑,以及研究所有文明共有的思想尤为感兴趣。马克拥有政治哲学硕士学位,目前担任WHE出版总监一职。

引用本作品

APA 风格

Cartwright, M. (2023, March 22). 英國工業革命中的鋼鐵工業 [The Steel Industry in the British Industrial Revolution]. (. 晚生姓高, 翻译). World History Encyclopedia. 取自 https://www.worldhistory.org/trans/zh/2-2206/

芝加哥风格

Cartwright, Mark. "英國工業革命中的鋼鐵工業." 翻译 晚生姓高. World History Encyclopedia. 最后修改 March 22, 2023. https://www.worldhistory.org/trans/zh/2-2206/.

MLA 风格

Cartwright, Mark. "英國工業革命中的鋼鐵工業." 翻译 晚生姓高. World History Encyclopedia. World History Encyclopedia, 22 Mar 2023. 网络. 16 Jun 2024.