ZOMO一百分系列问题之——钢铁是怎样炼成的？？中国据说是使用钢
中国据说是使用钢铁最早的国度。作为重工业的重要原料之一，钢铁的产能产量曾经一度被视为国力强盛的性特征。目前，各种特殊钢由于其具有耐磨、耐热、耐寒、耐腐蚀等特殊性能而在国防、石油、和制造业受到广泛应用，有专家断言，钢铁的作用在近两百年内无法替代。 那么请问，钢铁到底是怎样炼成的？
中国古代炼钢工艺流程介绍 三国时期蜀汉著名的兵器制造家蒲元在斜谷口（今陕西周至县西南），“镕金造器，特异常法”，为诸葛亮铸刀三千口。刀铸成以后，为了检验质量，蒲元让士兵用竹筒灌满铁珠，举刀猛砍，如截刍草，竹筒断而铁珠裂，人们交口称赞蒲元铸造的钢刀是能够“斩金断玉，削铁如泥”的“神刀”。 “神刀”是怎样炼成的呢？这要从中国古代先进的炼钢工艺谈起。 中国是世界上最早生产钢的国家之一。考古工作者曾经在湖南长沙杨家山春秋晚期的墓葬中发掘出一把铜格“铁剑”，通过金相检验，结果证明是钢制的。这是迄今为止我们见到的中国最早的钢制实物。它说明从春秋晚期起中国就有炼钢生产了，炼钢生产在中国已有2500多年的历史。 春秋战国时期，楚国制造的兵器闻名天下。《史记·礼书》和《苟子·议兵篇》中都谈到楚国的宛（今河南省南阳）出产的兵器刃锋象蜂刺三样厉害，这肯定是钢制的。因为铁制的过于柔软，不可能达到象蜂刺一样的锐利程度。当时西方古罗马士兵使用的刀剑是熟铁的，在战场上交锋时一刺便弯，再刺之前非要放在地上用脚踩直不可。公元1世纪时欧洲人普利尼曾经说过：“虽然铁的种类多而又多，但是没有一种能和中国的钢比美。”可是春秋战国时期，中国人究竟是采取什么方法进行炼钢生产的呢？人们在文献资料中还没有找到记载，而考古工作者在对河北易县燕下都出土的部分钢兵器进行科学检验的时候却揭示出中国最古老的炼钢法。 我们知道，生铁、熟铁和钢的主要区别在于含碳量上，含碳量超过2％的铁，叫生铁；含碳量低于0.05％的铁，叫熟铁；含碳量在0．05％－2％当中的铁，称为钢。中国古代最早的炼钢工艺流程是：先采用木炭作燃料，在炉中将铁矿石冶炼成呈海绵状的固体块，待炉子冷后取出，叫块炼铁。块炼铁含碳量低，质地软，杂质多，是人类早期炼得的熟铁。再用块炼铁作原料，在碳火中加热吸碳，提高含碳量，然后经过锻打，除掉杂质又渗进碳，从而得到钢。这种钢，叫块炼铁渗碳钢。河北易县燕下都出土的钢兵器，都是用块炼铁渗碳钢制造的。 用块炼铁透碳钢制造的刀，虽然比较锋利，但仍然达不到能够“斩金断玉，削铁如泥”的程度。因为这种钢的质量还不够好，炼这种钢碳渗进的多少，分布的是否均匀，杂质除掉的程度，都非常难掌握，而且生产效率极低。为了提高钢的质量，中国古代工匠从西汉中期起发明了“百炼钢”的新工艺。 所谓“百炼钢”，就是将块炼铁反复加热折叠锻打，使钢的组织致密、成份均匀，杂质减少，从而提高钢的质量。用百炼钢制成的刀剑质量很高。1974年，山东省临沂地区苍山汉墓中，出土了一把东汉永初六年（公元112年）制造的钢刀，全长111．5厘米，刀背有错金铭文：“永初六年五月丙午造卅??大刀吉羊宜子孙”。“??”，即是炼的意思。这是迄今为止发掘出的最早的百炼钢类型的产品。科学检验表明，这把钢刀含碳量比较均匀，刃部经过淬水，所含杂质与现代熟铁相似。百炼钢的品种繁多，见于记载的有：“五炼”、“九炼”、“卅炼”、“五十炼”、“七十二炼”及“百炼”。炼字前面这些具体数字的特定含义，研究者一般认为是指加热的次数，即炼了多少火。北宋著名科学家沈括在《梦溪笔谈》里叙述磁州百炼钢的过程，就是连续烧锻百余次，至斤两不减为止。曹操曾命有司造“百辟刀”五把，在《内诫令》中称它们为“百炼利器”。孙权有三口宝刀，其中一口名“百炼”。蒲元为刘备造的宝刀，上刻“七十二炼”。由此可见，在三国时期，百炼钢已经相当普遍了。　　百炼钢的需要越来越大，由于它的原料块炼铁的生产效率很低，冶炼出来以后必须经过“冷化”，才能得到，所以，百炼钢的发展受到限制。为了突破这种限制，中国古代工匠又发明了一种新的生铁炼钢技术——炒钢。 炒钢，就是把生铁加热到熔化或基本熔化之后，在熔炉中加以搅拌，借空气中的氧把生铁中所含的碳化掉，从而得到钢。这种炼钢新工艺，可以在东汉末年的史籍中找到间接的描述。《太平经》卷七十二中记载：“使工师击冶石，求其铁烧冶之，使成水，乃后使良工万锻之，乃成莫邪（古代的利剑）耶。”这段话虽然没有明确提出炒钢二字，却把炒钢工艺包含进去了。因为把铁矿炼成液体，当然只能是生铁水，而在“乃后万锻”之前一定要炒成钢或熟铁才行（实际上熟铁就是含碳极低的炒钢），否则生铁是不能锻的，更甭说“万锻”了。这是一个从铁矿石炼成生铁水，再炒出钢，最后锻造成优质兵器的全过程。炒钢的发明，是炼钢史上的一次技术革命。在欧洲，炒钢始于18世纪的英国，比中国要晚1600多年。 在三国时期，炒钢还是一种新技术，大多数的冶铁匠还没有掌握它。从《诸葛亮别传》关于蒲元在斜谷口为诸葛亮铸刀，“镕金造器，特异常法，的记载中，我们可以判断：蒲元这次铸刀使用的一定是炒钢技术。另外，要想锻制出能够“斩金断玉，削铁如泥”的“神刀”，最后一道工序淬火也至关重要。所谓“淬火”’，就是先把打好的钢刀放在炉火上烧红，然后立刻放入冷水中适当蘸浸，让它骤然冷却。这样反复几次，钢刀就会变得坚韧而富有弹性了。淬火工序看起来容易，但操作起来极难掌握得恰到好处，烧热的火候、冷却的程度、水质的优劣，都有很大关系。淬火淬得不够，则刀锋不硬，容易卷刃；淬火淬过头，刀锋会变脆，容易折断；淬火淬得合适，非有极其丰富的经验不可。据《诸葛亮别传》上讲，蒲元对淬火用的水质很有研究。他认为“蜀江爽烈”，适宜于淬刀，而“汉水钝弱”，不能用来淬力，涪水也不可用。他在斜谷口为诸葛亮造刀，专门派士兵到成都去取江水。由于山路崎岖，坎坷难行，所取的江水打翻了一大半，士兵们就掺入了一些活水。水运到以后，当即就被蒲元识破了，“于是咸其惊服，称为神妙。”在1700年前，蒲元就发现了水质的优劣会影响淬火的效果，这实在是了不起的成就。而在欧洲，到近代才开始研究这个问题。 综上所述，蒲元的“神刀”是运用当时先进的炒钢冶炼技术，综合丰富的淬火经验炼成的。 提炼出一套好的管理开发经验和技术成果 伴随着品种钢的开发，工艺技术的升级改造，第三炼钢厂在不断总结经验的基础上，逐步形成了一整套适应品种钢开发、生产、岗位操作全过程的管理经验。过去该厂生产、技术，设备各守一摊，各强调各的要求，造成管理过程的脱节。随着品种钢的开发、冶炼，他们围绕多出钢、多出好钢这个中心，在每次制定品种钢方案时，将目标管理引入管理机制，确定了由技术科牵头，生产组织、车间及相关设备保证人员协同作战，专题研究部署，方案一经确定，各部门必须严格执行。新的管理模式，使技术、生产、设备、车间直至操作岗位，形成了一个有机的整体，保证了品种开发全过程的顺畅。并在此基础上，第三炼钢厂把目标化管理引入品种钢开发机制中。过去，在生产中厂里只是订出各工序干什么？怎么干？操作人员只管本工序，不考虑给下道工序创造条件，最终的结果是反映在产品上。实行目标管理后，不仅是订出各工序干什么？怎么干？同时还提出各工序到达下道工序的目标要求，细化到每个工序点、每个班和每个浇次，作为考核本工序的依据。为解决转炉出钢带渣量的问题，他们以ＬＦ炉到站检测为依据；为实现铸机低温快注的要求，把铸机中间包温度作为考核ＬＦ炉出站温度的考核依据，以此类推，环环相扣。岗位工人上岗后，对自己岗位今天要完成的任务一目了然，使上下工序之间的衔接更加紧凑。实行目标管理后，把过去的结果控制变成了过程控制，提高了全厂的管理和操作水平。 多炼钢，多炼好钢，离不开技术攻关，该厂在品种钢开发中摸索总结出了一批好的技术成果，为品种钢的开发、生产提供了坚实的保证。他们根据主体装备、产品现状、用户需求等特点进行分析，对限制性环节开展攻关。低碳钢冶炼最大的难题是炉衬侵蚀快，连浇炉数低，他们在技术上采取对转炉渣系进行调整，开发出低碳钢专用稠渣剂，从而减少钢水对炉衬的侵蚀。技术人员还通过改进中包材质，调整铸机塞棒、浸入式套管和水口“三大件”的材质配方，对结晶器和一次冷却工艺进行调整等技术攻关，使连浇炉数从最初的不到８炉，提高到１４炉。针对转炉下渣多、钢包自开率低，高碳钢铸坯缩孔严重等问题，厂里组织专门攻关小组，对转炉挡渣钢包自开率、铸机低温浇铸进行专题攻关，取得了明显的效果，目前，转炉挡渣成功率、大包自开率都保持在９５％以上；高碳钢中包钢水过热度控制在３５℃以下。针对４号铸机产品供不应求的矛盾，该厂对其从生产组织上，千方百计压缩辅助时间；在生产工艺上推广新型中间包包衬耐材，使烘烤时间由原来的２．５小时，减少到１．５小时，连浇炉最高达到２４炉／次，月产量增加０．８万吨左右。