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【国外钢铁业发展史】是什么让美国钢铁工业腾
来源:未知 发布时间:2018-05-16 21:32
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  1860年~1900年是美国钢铁业实现快速发展的一个重要时期。美国钢铁业之所以在这一时期实现快速发展,主要得益与两个方面的因素:一是美国各个领域的快速发展对钢铁需求大幅增长,一是两项低成本革命性炼钢技术的成功发明。这两项革命性的炼钢技术就是贝塞麦转炉炼钢技术和西门子-马丁平炉炼钢技术。这两项具有深远影响的炼钢技术直接导致钢代替了熟铁与生铁,并应用于很多领域。

  很多学者将这一时期命名为美国钢铁工业的“巨大转变”时期或“起飞”时期。也就是在这一时期,美国成为位居世界前列的工业国家。这一时期美国钢铁产量的变化,可以很好地诠释“巨大转变”或“起飞”的重大意义。这一时期,美国的生铁产量增长了1580%,钢产量更是增长了88000%,钢从原来生铁生产领域的副产品变成主要产品。1860年,美国的钢产量仅有1.3万吨,占美国铁产量的1.41%,到1900年,钢产量达1141.2万吨,占铁产量的73.9%。

  19世纪50年代,英国人亨利-贝塞麦产生了这样一个念头:将空气吹入装满液态铁水的锅中进行炼钢。他并没有将此念头停留在想法的阶段,随后他着手开发了实现此想法的机械设备,例如用于空气喷吹的鼓风机。贝塞麦工艺要顺利进行,还需要加入一定量的碳,还必须有特定的化学反应,将碳和铁以适当的比例混合。遗憾的是,贝塞麦并没有找到碳和铁适当的混合比例,所以最早的贝塞麦工艺并没有真正炼出钢。但是,贝塞麦在英格兰和欧洲一些国家仍旧取得了该工艺和相关机械设备的专利。

  就在贝塞麦发明此炼钢工艺的同一时期,还有几位重要的冶金学家,也分别从不同的角度发明了该工艺。例如,英国冶金学家罗伯特-墨希特(Robert Mushet),找到了铁碳及其他元素适当的化学混合比例,并在贝塞麦转炉中炼出了钢。罗伯特-墨希特取得了该技术的专利。美国人威廉-凯利(William Kelly)先于贝塞麦独立发明了贝塞麦工艺,并在美国取得了该技术的专利,但是凯利只是用该工艺生产熟铁。

  然而一个棘手的问题出现了:如果没有墨希特的专利技术,凯利和贝塞麦工艺都不可能有效、稳定和连续的炼钢。在英国,有一家公司同时拥有贝塞麦的两个专利和墨希特的专利。在美国,有两个集团拥有这些专利。一家集团包括凯利,拥有凯利和墨希特的专利,这个集团为Wyandotte集团。另外一家集团名为特洛伊,该集团获得了贝塞麦机械专利在美国的使用权。如果要生产钢,特洛伊集团需要墨希特的专利技术,Wyandotte集团则需要贝塞麦机械专利技术。随后,这两家公司合并进入喷气炼钢协会,由此,该协会拥有了三个专利。拥有这些专利,喷气炼钢协会便许可其他公司使用这些专利,三个专利在美国迅速得到普及。

  1873年以前,在喷气炼钢协会的许可下,美国有10座贝塞麦转炉。例如,位于Johnstown宾夕法尼亚生产厂的6吨贝塞麦转炉,每年可生产3万吨钢。该厂拥有两个6吨转炉,该厂可生产6万吨钢。相比之下,那个时期高炉平均一年生产1000吨铁。所以说,贝塞麦转炉的原料处理量要远大于其他工艺。

  由此,喷气炼钢协会成为技术普及的重要机制,当其许可一家企业使用贝塞麦工艺后,它会派出专家组,建造转炉并负责使其运行。在建造这些生产厂的过程中,专家不仅教会别人如何操作运行设备,而且自身也在实践中获得了新的知识,这一过程最终导致了工艺的进步。这些专家中的很多人都成为美国钢铁工业技术进步的重要贡献者。其中比较有代表性的有Alexander Holley, William Jones上尉,以及John Fritz.。Holley为喷气炼钢协会工作了几年,后来进行了一系列技术创新,对贝塞麦工艺进行了优化,最重要的一项是为转炉增加可移动炉底,并获得了专利。还有很多人供职于新的钢铁公司。例如,William Jones上尉成为Edgar Thomason生产厂的经理,这家厂是卡内基钢铁公司的主要生产厂。John Fritz则成为Bethlehem Iron Company的首席执行官。

  贝塞麦炼钢工艺拥有三个方面的新特征是旧工艺所不具备的。一是生产过程中的高度协调和精确,二是关于工程方面的知识,三是全面的冶金知识。拥有以上新特征的革命性工艺使美国钢铁产量大幅增长,1880年美国22座转炉生产120.3万吨钢,到1892年,110座转炉生产470万吨钢。

  贝塞麦转炉与西门子-马丁平炉的发展不仅仅引发了炼钢生产领域的革命性变化,还带动了整个钢铁生产工序的优化。例如,贝塞麦转炉的顺行要求较为精确的与上下游工序的配合以及丰富的化学知识。这些特点被炼铁与轧钢工序所借鉴利用

  贝塞麦转炉对物料的大量处理导致了对其他生产工序产品更多的需求。贝塞麦转炉需要更高的热量导致工程师将此应用于其他工艺。贝塞麦转炉对化学知识更高要求随后被应用高炉生产和轧钢工艺,导致生产率大幅提升。例如,贝塞麦转炉工艺要求的高产量对高炉大型化提出了要求。此外,高炉的鼓风引擎几乎全部由水力动力换成了蒸汽动力。由此,高炉的大型化对鼓风的温度提出了更高的而要求,热风炉随后被引进。

  贝塞麦转炉工艺导致高炉生铁产量的提高,同时激发了一种被称为硬驱动(Hard Driving)的实践。19世纪70年代,随着高炉炼铁产量的提高,其产量逐渐超过高炉的额定产能。然而,高炉的额定产能在高炉建造完毕后是确定好的。1860年之前,很少有炼铁厂的产量超过额定产能。

  硬驱动可以通过三种方法获得,第一种是通过往高炉内添加更多的原料。第二是聘请一些化学方面的专家对高炉工艺进行研究后,找到提高高炉炼铁产量的方法。第三是在高炉大修的时候,对高炉进行全方位的改造,以有效提高产量。这些方法都是实验,有些能提高产量,有些则不能。钢铁厂也将这些信息反馈给工程设计公司和设计人员,以设计新的高炉。

  但从长期来看,效果是非常好的。1880年以前,卡内基钢铁公司的伊莎贝拉与露西高炉生产了3.7万吨生铁/年。后来,同一公司的Duquesne高炉生产了10万吨生铁/年。1890年前,美国高炉平均产铁达到2.5万吨。1850年,这一数字仅仅为1000吨。

  此外,提高产量的另外一项重要技术是原料处理技术的进步。高炉生产厂开始使用卷扬机将物料送到高炉顶部,皮带机、火车和手摇轨道车等被用来移动炉子和主轧跨。这些技术进步大大提高了高炉的产量。

  中国冶金报/中国钢铁新闻网法律顾问:大成律师事务所 杨贵生律师 电话 Email:guisheng.

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