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千年鋼鐵工業(yè)發(fā)展史之新的鋼鐵之王美國鋼鐵

新的鋼鐵之王

19世紀50年代,克里米亞戰(zhàn)爭在東歐爆發(fā)時,Bessemer 建造了一個新的細長炮彈。他把它提供給了法國軍隊,但當時傳統(tǒng)的鑄鐵大炮太脆而無法開火。只有鋼才有更強大的性能來處理受控爆炸。Bessemer 發(fā)現(xiàn),將融化的生鐵放進轉(zhuǎn)爐內(nèi),吹入高壓空氣,便可燃燒掉生鐵所含的硅、錳、磷、碳,而煉成鋼。

這是首創(chuàng)大量產(chǎn)鋼的方法,Bessemer 的煉鋼轉(zhuǎn)爐成了新的鋼鐵之王。而這種煉鋼轉(zhuǎn)爐也以Bessemer 的名字而命名,此后,歐洲、美洲都引進了這一先進方法,世界進入了鋼鐵時代。

美國鋼鐵

19世紀60年代,從采礦、煉鐵到最終制成成品,美國鋼鐵的生產(chǎn)經(jīng)營極為分散,這就會導致最終產(chǎn)品的成本很高。

卡內(nèi)基決定建立一個囊括整個生產(chǎn)過程的供、產(chǎn)、銷一體化的現(xiàn)代鋼鐵公司。首先,從技術(shù)上講,成本低廉的Bessemer 轉(zhuǎn)爐煉鋼法已經(jīng)發(fā)明。其次,美國的鋼鐵市場十分廣闊,供不應求。第三,在財力上卡內(nèi)基已擁有數(shù)十萬美元的股票及其它財產(chǎn)。

安德魯卡內(nèi)基

1865年,30歲的卡內(nèi)基將注意力轉(zhuǎn)向建造橋梁。因為他的工廠,他可以隨意批量生產(chǎn)耐用的鋼鐵。

1889年,卡內(nèi)基把他投資的所有公司進行合并,命名為:卡內(nèi)基鋼鐵公司。

到目前為止,卡內(nèi)基生產(chǎn)的鋼鐵產(chǎn)量幾乎是全英國的一半。其他鋼鐵公司也開始在全國各地興起,美國突然成為了鋼鐵行業(yè)的頂峰。

為了降低制造成本,工人的工資很低。1890年,工人們每周工作84小時,工資只有不到10美元(今天約250美元)。而且,事故頻發(fā),空氣也受到嚴重污染。當時,人們把鋼鐵城稱為“地獄中的地獄”。

1892年7月,卡內(nèi)基鋼鐵公司和代表Homestead工廠工人的工會之間的緊張關系沸騰了。公司主席弗里克威脅工人要削減工資,并把工廠用三英里長的帶刺鐵絲網(wǎng)圍了起來。工人們絞碎了他的肖像,投票罷工。

7月6日上午,發(fā)生了內(nèi)戰(zhàn)。工人們向弗里克請來的8500人的警衛(wèi)隊投擲石塊并開槍,推出舊炮,點燃炸藥,甚至將燃燒的火車推入船中。

最終,沖突中有10人遇難。弗里克也在他的辦公室被刺傷,但幸免于難。1897年,卡內(nèi)基聘請了一位名叫施瓦布的工程師擔任新任總裁。

1901年,施瓦布說服卡內(nèi)基以4.8億美元的價格出售他的鋼鐵公司。施瓦布的新公司與其他工廠合并成為美國鋼鐵公司。

1873年,美國生產(chǎn)了22萬噸鋼材。到1900年,美國鋼鐵占1140萬噸,超過英國和德國工業(yè)的總和。新的美國鋼鐵公司是世界上最大的公司,生產(chǎn)全國三分之二的鋼鐵。

戰(zhàn)爭與和平的金屬

施瓦布又擔任了另一家快速發(fā)展的公司——伯利恒鋼鐵公司的總裁。1914年,也就是大戰(zhàn)前兩個月,施瓦布收到了英國戰(zhàn)爭辦公室的秘密消息。英國人希望伯利恒為英格蘭建造4000萬美元的武器,并且不與皇冠的敵人做生意。

1914年戰(zhàn)爭剛剛開始時,美國生產(chǎn)了2350萬噸鋼,比14年前生產(chǎn)的鋼多了兩倍。在1918年戰(zhàn)爭結(jié)束時,伯利恒鋼鐵公司產(chǎn)量再次增加了一倍。

戰(zhàn)爭結(jié)束后,美國煉鋼業(yè)比以往任何時候都更加強大。絕大多數(shù)鋼鐵都來自這兩家公司:美國鋼鐵公司和伯利恒鋼鐵公司。

接著,鋼鐵材料進入了汽車、家用電器和食品罐頭行業(yè)美國鋼鐵公司和伯利恒鋼鐵公司的資產(chǎn)價值要遠遠高于福特和通用汽車公司。

這次鋼鐵時代的繁榮,又遇到了新的危機。1929年股市崩盤,隨著經(jīng)濟陷入大蕭條,鋼鐵生產(chǎn)也開始放緩。

大蕭條之后,金屬饑渴的戰(zhàn)爭引擎再次點燃了世界的鑄造廠。德國占領了丹麥,挪威和法國的土地,獲得了對新鐵礦和鋼廠的控制權(quán)。突然之間,德國能夠生產(chǎn)出與美國一樣多的鋼鐵,在東方,日本控制了滿洲里的鐵礦和煤礦。

珍珠港事件將美國卷入了二戰(zhàn),美國政府開始禁止生產(chǎn)鋼鐵消費品,注意力全部集中到了配給船只、坦克、槍支和飛機的鋼鐵上。

美國工廠每天24小時冶煉鋼鐵,經(jīng)濟開始再次繁榮,很快,美國鋼鐵產(chǎn)量比其他任何國家都高出三倍多。二戰(zhàn)期間,美國制造的鋼材比一戰(zhàn)時多25倍。

戰(zhàn)爭結(jié)束后,美國解除了對鋼鐵消費品的禁令。目前,世界上一半以上的鋼材都是美國制造的。

現(xiàn)代鋼鐵之路

即使在戰(zhàn)爭期間,鋼鐵業(yè)快速發(fā)展,但是冶煉鋼鐵的技術(shù)還有待完善。

德國科學家和玻璃制造商西門子,在1847年發(fā)明了新的技術(shù),他建造了一個帶有小型耐火磚管網(wǎng)的新型玻璃熔爐,可以通過回收發(fā)出的熱量來延長爐子達到峰值溫度的時間。

西門子的玻璃熔爐花了將近20年才開始進入冶金領域。在19世紀60年代,一位名叫馬丁的法國工程師建造了一臺西門子爐來冶煉鐵,再循環(huán)的熱量使金屬液化比Bessemer的時間更長,可以使工人有更多的時間來添加精確數(shù)量的含碳鐵合金,將材料轉(zhuǎn)化為鋼。而且由于額外的熱量,甚至廢鋼也可以熔化。到世紀之交,西門子 - 馬丁工藝,也被稱為平爐工藝,已經(jīng)在世界各地流行起來。

到了20世紀,一位名叫Robert Durrer的瑞士工程師找到了更好的方法。他將純氧氣吹入爐內(nèi),發(fā)現(xiàn)它可以更有效地從鐵水中去除碳。

Durrer 還發(fā)現(xiàn),從上方向爐內(nèi)吹氧,而不是像在Bessemer 轉(zhuǎn)爐上那樣,他可以將冷廢鋼熔化成生鐵并將其再循環(huán)回到煉鋼過程中,這個過程也可以將磷分離出來。該方法結(jié)合了Bessemer和平爐工藝的優(yōu)點,使得鋼鐵產(chǎn)量又上了一個臺階,成本也降了下來。

雖然歐洲和亞洲的國家都開始采用了Durrer 的“基本氧氣工藝”,但處于行業(yè)領先地位的美國鋼廠仍然堅持使用西門子 - 馬丁的平爐工藝,并在不知不覺中被國外競爭者追趕上來。

不銹鋼的誕生

1912年,一位名叫Harry Brearly的英國冶金學家正在尋找一種方法來延長槍管的生命。他用鉻和鋼合金進行試驗,發(fā)現(xiàn)含有一層鉻的鋼特別耐酸和耐腐蝕。

Brearly 開始向一位在餐具工作的朋友出售鋼鉻合金,稱其為“不生銹鋼” 。

一家名為維多利亞的公司引進了來自英國的新型防腐金屬,開始為瑞士軍隊鍛造鋼刀,并將這種金屬重新命名為Victorinox。今天,可能很多人的抽屜里都有一款他們的紅色小刀。

突然間,不銹鋼遍布全世界,防腐、閃爍的金屬成為了手術(shù)工具和家居用品的關鍵材料。1959年,工人們在美國圣路易斯建造了不銹鋼大拱門,這座大拱門仍然是西半球最高的人造紀念碑。

1970年,美國鋼鐵公司是全球最大的鋼鐵公司,70年以后,被新日本鋼鐵公司取代。20世紀90年代,中國成為了世界頂級鋼鐵制造商。美國伯利恒鋼鐵公司于1995年關閉了其工廠。直到20世紀末,大多數(shù)美國鋼廠終于采用了Durrer 的“基本氧氣工藝”。根據(jù)世界鋼鐵協(xié)會的數(shù)據(jù),截至2016年,美國鋼鐵產(chǎn)量排名第四。

鋼鐵的可持續(xù)發(fā)展

世界上大部分不銹鋼都是小型鋼廠打造的。這些金屬制品不是從頭開始制造鋼,而是將廢鋼熔化再利用。小型軋機中最常見的爐 - 電弧爐,也是西門子公司發(fā)明的,使用碳電極產(chǎn)生電荷以熔化金屬。

在過去的半個世紀中,小型鋼廠的擴散是回收舊鋼的關鍵一步,但要實現(xiàn)完全可持續(xù)的冶煉還有很長的路要走。眾所周知,鋼鐵工廠是溫室氣體排放源,在麻省理工學院,研究人員正在測試用于冶煉金屬的新型電力技術(shù)。這些電熔煉技術(shù)有可能會顯著減少溫室氣體的排放,如果加以改進,還能處理具有更高熔點的金屬,如鐵和鋼。

目前,用于限制汽車尾氣排放的技術(shù)也正在測驗中,去年2月,一家名為Voestalpine的奧地利制造商建造了一座工廠,旨在用氫燃料技術(shù)取代煤炭,這種技術(shù)可能至少需要二十年的時間。

在21世紀,機遇和挑戰(zhàn)發(fā)生了新的變化。但跟以往的印度坩堝、德國高爐和美國鑄造廠一樣,問題會一直存在。我們該如何在制造鋼鐵方面做得更好?

美國鋼鐵公司:

美國最大的鋼鐵壟斷跨國公司。成立于1901年,由卡內(nèi)基鋼鐵公司和聯(lián)合鋼鐵公司等十幾家企業(yè)合并而成。曾控制美國鋼產(chǎn)量的65%。它先后吞并了50多家企業(yè),依靠其雄厚的經(jīng)濟實力壟斷了美國的鋼鐵市場和原料來源。總部設在匹茲堡。

美國鋼鐵公司的前身是成立于1864年的卡內(nèi)基鋼鐵公司。卡內(nèi)基鋼鐵公司是從19世紀中葉美國實行關稅壁壘之后才強盛起來的。在1913年才將這種對美國鋼鐵工業(yè)的關稅保護完全取消。在此之前,大部分美國鋼鐵工業(yè)靠關稅壁壘在同英國的自由貿(mào)易的競爭中取得盈利。卡內(nèi)基鋼鐵公司通過白手起家建立成一個生產(chǎn)鋼鐵的大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)而獲得優(yōu)勢,且數(shù)十年保持世界最大鋼鐵廠的地位。

該公司在國內(nèi)擁有數(shù)十家子公司,還擁有30多條散裝貨船負責運輸。在國外的子公司和聯(lián)營公司設在加拿大、英國、意大利、德國、西班牙、法國、日本、印度、尼日利亞、巴西等國。該公司生產(chǎn)的范圍很廣,包括鐵礦砂、煤、白云石和其他有色金屬的開采,各種鋼管 、鋼板 、鋼軌的制造,化工產(chǎn)品,石油鉆探和采油設備。在坦克車身、重炮等武器制造方面占有重要地位,還參與建筑、造船等業(yè)務。

美國鋼鐵公司著力開展“APEX”和“AMEX”項目。
“AMEX”是指實現(xiàn)所有設備維修最佳化。建立該項目的目的是減少與設備維修有關的高成本;維修人員利用最新技術(shù)獲得設備性能的分析數(shù)據(jù)。各部門應提高設備的耐用性,建立一個跟蹤、標明高成本區(qū)域的系統(tǒng),有計劃地安排維修并盡量減少維修時間。
“APEX”指的是所有員工、所有產(chǎn)品、所有工藝都是最佳。建立“APEX”的基本目的是:實現(xiàn)以最少的投資,最大限度地改善生產(chǎn)過程,盡可能地減少劣質(zhì)產(chǎn)品。其本質(zhì)是改善所有業(yè)務環(huán)節(jié),提高用戶滿意度。從成本效益最佳化的角度來看,每個機構(gòu)都應使用用戶感到滿意,要提高作為企業(yè)動力的關鍵員工的參與意識和權(quán)力意識,在生產(chǎn)過程中發(fā)揮創(chuàng)造性。“APEX”要求員工不斷提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量,企業(yè)要獲得ISO9000和QS9000質(zhì)量認證。這不但需有大量資金投入、最大限度地利用現(xiàn)有設備生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品,而且還要充分利用好本廠職工。
2003年上半年,北美碳鋼行業(yè)發(fā)生了重大變化,合并和重組成為主流。這主要是為了降低生產(chǎn)成本,使北美地區(qū)的鋼鐵工業(yè)能更有效地在全球范圍內(nèi)參與競爭。同時,由于鋼價低迷、法律成本高,整個行業(yè)的財務狀況仍然不佳。又有一家鋼鐵公司進入破產(chǎn)保護狀況,還有幾家在破產(chǎn)邊緣徘徊。
鋼鐵工人工會也發(fā)揮了明顯的作用,因為工會與陷入困境和合并的鋼鐵公司訂立新的勞動合同,從而使工人與企業(yè)管理層的關系得到了改進。
年初,國際鋼集團(ISG)宣布,計劃以15億美元的價格,購并有99年歷史的伯利恒鋼鐵公司。一周以后,美國鋼鐵公司也宣布了購買國家鋼鐵公司的計劃。這兩個計劃被認為是北美鋼鐵公司實現(xiàn)合并的重大步驟。同時,紐柯公司在短流程領域也進行了多項購并活動。美國的鋼鐵業(yè)形成了3大巨頭:美國鋼鐵公司、紐柯和ISG,每家公司的年鋼產(chǎn)能均達到1600萬噸以上。
但來自鋼鐵行業(yè)的并不全是好消息。受布什總統(tǒng)對進口鋼材實施進口關稅的影響,鋼材價格從去年4月以后一直處于上升階段,但到夏天開始下滑。并一直持續(xù)到2003年上半年。
鋼材價格下滑的主要原因是北美地區(qū)經(jīng)濟低迷、而且鋼材產(chǎn)能重新增加。如ISG公司啟動了原LTV鋼公司的部分生產(chǎn)設備、紐柯公司啟動了Trico。公司的板材生產(chǎn)設備等。
鋼價下滑的影響是深遠的。韋爾頓鋼公司于5月中旬提出進入破產(chǎn)保護,原因是鋼價低迷、大量進口以及法律成本高。該公司努力了3年避免進入破產(chǎn)保護,但最終還是未能幸免。不過,在過去的一年中,韋爾頓公司還是學到了不少。如 ISG在購買破產(chǎn)的伯利恒鋼鐵公司、美國鋼鐵公司在購買國家鋼鐵公司的過程中,均減少了大量法律的成本負擔。
韋爾頓鋼鐵公司的董事長兼總經(jīng)理表示,該公司是被其它擺脫破產(chǎn)狀態(tài)的公司拖入破產(chǎn)保護狀態(tài)的。因為通過法庭進行重組,可以使該公司著手解決法律成本、負擔沉重的合同等問題,而這些問題在法庭外是不可能得到解決的。
對美國鋼鐵行業(yè)而言,今年余下的時間還有許多事值得觀察。美國鋼鐵公司正在進行國際擴張、先后購買了斯洛伐克的一家鋼廠和塞爾維亞的一家鋼廠,并正在投標購買波蘭的一家鋼鐵公司。而ISG公司的總裁則對韓國一家破產(chǎn)的鋼鐵公司感興趣。
許多(包括美國鋼鐵公司總裁T.J.Usher在內(nèi))業(yè)內(nèi)人士都認為美國鋼鐵行業(yè)還有發(fā)生合并的可能性。美國還有4家較大的傳統(tǒng)流程的鋼鐵企業(yè)沒有進行過購并,即韋爾頓鋼公司、惠靈-匹茲堡鋼鐵公司、魯日工業(yè)公司、AK鋼鐵公司,他們的前景仍不清楚。
韋爾頓鋼鐵公司的總裁意識到,這家有94年歷史的公司正處于十字路口,且美國鋼鐵行業(yè)的變革遠未結(jié)束。“韋爾頓鋼鐵公司面臨的挑戰(zhàn)和整個行業(yè)相同。在過去的5年中,有36家國內(nèi)的鋼鐵公司已申請破產(chǎn)保護。隨著這一趨勢的延續(xù),那些大型的、資產(chǎn)狀態(tài)良好的公司正在創(chuàng)造一種新的模式,他們采取的措施包括獲得資產(chǎn)、合并產(chǎn)能、削減成本和就業(yè)崗位”。
美國鋼鐵公司原計劃以9.5億美元購買國家鋼公司,結(jié)果實際花費卻高得多。因為AK鋼鐵公司加入了競爭,提出以11億美元購買國家鋼鐵公司,在業(yè)內(nèi)引起了震動,許多人認為AK鋼鐵公司不可能拿出這么多錢來完成這項交易。最后,美國鋼鐵公司不得不將報價提高到10億多美元,并增加了購買國家鋼公司球團公司,而這不在其原先的報價范圍中。
在國家鋼鐵公司出售給美國鋼鐵公司的過程中,美國鋼鐵工人聯(lián)合工會(USW)也發(fā)揮了關鍵作用。由于AK鋼鐵公司未能與鋼鐵工人聯(lián)合工會通過談判達成勞動合同,使其購買國家鋼鐵公司的打算失敗。美國鋼鐵公司則與工會達成了新的勞動合同,涉及的范圍不僅包括國家鋼鐵公司的雇員,也包括美國鋼鐵公司在美國國內(nèi)的雇員。
該協(xié)議參照了ISG與工會達成協(xié)議的模式,其中包括減少工種分類、允許工人更多地參與工廠內(nèi)的管理工作。2002年早些時候,ISG收購LTV的設備,并與工會達成這種類型的協(xié)議之后,在年中收購阿克梅鋼廠時也采用了類似的協(xié)議。
美國鋼鐵工人聯(lián)合會的負責人認為,美國鋼鐵公司和工會之間的協(xié)議是歷史性的,因為它促成了兩家鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的合并。該協(xié)議也規(guī)定要削減管理人員,同時要在提高生產(chǎn)效率方面給工人更多的發(fā)言權(quán)和激勵。工會方面也做了相應的讓步,通過提前退休削減了不少職位;在鋼鐵公司破產(chǎn)的過程中,許多會員的醫(yī)保和退休福利被大幅度削減。
美國鋼鐵公司表示,和國家鋼鐵公司達成交易標志著美國鋼鐵公司新時代的開始,美國鋼鐵工業(yè)將掀開新的一章。

在美國,安德魯·卡內(nèi)基與“汽車大王”福特、“石油大王”洛克菲勒等大財閥的名字列在一起的,還有一個“鋼鐵大王”。卡內(nèi)基鋼鐵公司通過白手起家建立成一個生產(chǎn)鋼鐵的大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)而獲得優(yōu)勢,且數(shù)十年保持世界最大鋼鐵廠的地位,幾乎壟斷了美國鋼鐵市場。卡內(nèi)基與洛克菲勒、摩根并立,是當時美國經(jīng)濟界的三大巨頭之一。從不名一文的移民到堪稱世界首富的“鋼鐵大王”,而在功成名就后,他又將幾乎全部的財富捐獻給社會。他生前捐贈款額之巨大,足以與死后設立諾貝爾獎金的瑞典科學家、實業(yè)家諾貝爾相媲美,由此成為美國人心目中的英雄和個人奮斗的楷模。


鋼鐵的故事早在鋼筋,橋梁和摩天大樓之前就開始了。它始于星星。

在人類出現(xiàn)十億年之前,甚至地球形成之前, 熾熱的恒星將原子融合成鐵和碳。在無數(shù)的宇宙爆炸和重生中,這些物質(zhì)進入小行星和其他行星體,隨著宇宙的攪動,相互撞擊。最終,一些巖石和金屬形成了地球,在那里,人類才開始他們的命運。

某一天,人類偶然發(fā)現(xiàn)了從大氣層撞到地面的隕石,它的成分主要是鐵和鎳。從此一發(fā)不可收,人類開始了對金屬近萬年的癡迷。

幾千年之前,我們的祖先發(fā)現(xiàn)了獲取鋼鐵更好的方法,從地球上采集鐵礦石并最終將其熔煉成鋼。我們爭奪它,用它創(chuàng)造和摧毀國家,通過它發(fā)展全球經(jīng)濟,并用它來創(chuàng)造出了一些世界上最偉大的文明。

天外來鐵

圖坦卡蒙有一把鐵匕首 ,在古代,這位極富權(quán)勢的法老,把這柄鐵匕首當成非常珍貴的寶物。當英國考古學家霍華德·卡特發(fā)現(xiàn)圖坦卡蒙墓,并看到這把匕首時,感覺它十分特別,后來通過實驗證明,這把匕首的刀刃來自遙遠的外太空,是用隕鐵打造而成。

圖:圖坦卡蒙的隕石匕首

隕鐵的含鎳量高于從地下挖出并被人類冶煉成的鐵。自卡特發(fā)現(xiàn)隕鐵匕首以來,研究人員發(fā)現(xiàn),不只是圖坦卡蒙的匕首,幾乎所有可追溯到青銅器時代的鐵器,都是用隕鐵打造。

對我們的祖先來說,這種奇特的合金(隕鐵)是來自神明的饋贈。古埃及人稱它為biz-n-pt。在蘇美爾,它被稱為an-bar。兩者都可以解釋為“來自天堂的金屬”。鐵鎳合金具有一定的延展性,可以根據(jù)需要鍛造成各種形狀而不會碎裂。但這種“靠天收”的鋼鐵來源十分有限,使得這種神靈的金屬在古代比寶石或黃金更有價值。

人類在自己腳下的巖石里找到鋼鐵,花了幾千年時間。公元前2500年左右,近東的部落成員發(fā)現(xiàn)了隱藏在地下的金屬來源。它看起來和“天外來鐵”十分相像,但有些不同。鐵與石頭和礦物混合在一起。提取鐵礦石并不像撿起一塊金或銀那么簡單,第一批礦工在挖掘礦石之前需要進行儀式,以安撫內(nèi)心的惶恐。那感覺就好像在開啟神明隱藏在地下的寶藏。

但是,學會從地球上挖掘鐵礦石,只能算是成功了一半。古代人類又花了700多年的時間,才弄清楚如何將貴金屬與礦石分開。到那時候,青銅器時代才真正結(jié)束,人類進入鐵器時代。

通往第一鋼鐵的漫長道路

要了解鋼鐵,我們必須首先了解鐵,因為金屬幾乎是一樣的。鋼含有98%至99%或更高的鐵。剩下的是碳,一種含量很小的添加劑,它對金屬的性質(zhì)產(chǎn)生重大影響。在建造摩天大樓之前的幾千年里,人類不斷鉆研鐵的加工方式,改進冶煉和鍛造方法,從而越來越接近鋼鐵。

公元前1800年左右,黑海沿岸的人們將鐵礦石放入爐膛,錘打它們,并將它們燒成軟化。在多次重復這個過程后,Chalybes最終得到了堅固的鐵制武器。這是一種比青銅更強的金屬。

煉鐵爐

這種產(chǎn)品被稱為鍛鐵,是現(xiàn)代鋼鐵的主要前身之一。黑海沿岸的人們很快加入了好戰(zhàn)的赫梯人,創(chuàng)造了古代歷史上最強大的軍隊之一。當時沒有一個國家的武器能與赫梯劍或戰(zhàn)車相匹敵。

鋼鐵的另一個年輕的兄弟,可以說是鑄鐵,最初是在中國古代制造的。從公元前500年左右開始,中國的金屬工人建造了7英尺高的熔爐,以燃燒更多的鐵和木材。將材料熔煉成液體并倒入雕刻的模具中,制作成金屬器具或者雕像。

然而,鍛造和鑄鐵的鋼鐵都稱不上完美。Chalybes的鍛鐵僅含有0.8%的碳,因此它沒有鋼的抗拉強度。含有2%至4%碳的中國鑄鐵比鋼更脆。黑海的鐵匠最終開始將鐵棒插入成堆的白熱木炭中,這種木炭制成了鋼鐵涂層的鍛鐵。但是南亞的一個地區(qū)有了更好的主意,印度生產(chǎn)了地球上第一種真正的人造鋼材。

公元前400年左右,印度金屬工人發(fā)明了一種冶煉方法,恰好將完美的碳量與鐵結(jié)合。關鍵是熔融金屬的粘土容器:坩堝。工人們將小型鍛鐵棒和木炭塊放入坩堝中,然后密封容器并將其插入爐中。他們通過風箱中的空氣沖擊升高爐溫時,鍛鐵熔化并吸收木炭中的碳。當坩堝冷卻時,純鋼錠就煉成了。

在德國發(fā)現(xiàn)的早期粘土坩堝

世界第一名刃

印度鐵匠把“烏茲鋼”運送到世界各地販賣。在大馬士革,敘利亞鐵匠使用這種金屬鍛造了著名的,幾乎是神話般的大馬士革刀,據(jù)說它足夠鋒利,可以在半空中切割羽毛(像《權(quán)力的游戲》中瓦雷利亞鋼鐵一樣的超級材料),被譽為世界第一名刃。烏茲鋼是最早的鋼鐵,被販賣到西班牙的托萊多,那里鐵匠的鐵匠用烏茲鋼為羅馬軍隊鍛造刀劍,世界上最兇悍的戰(zhàn)士配備的就是大馬士革刀。

隨著羅馬帝國的衰落,歐洲陷入了混亂。印度仍然在制造其聳人聽聞的鋼鐵,但它無法將烏茲鋼可靠地運送到歐洲,那里的道路因戰(zhàn)亂而變得極不安全,商人經(jīng)常遭到伏擊,另外還有可怕的瘟疫和疾病。在西班牙的加泰羅尼亞,鐵工開發(fā)了類似于印度的熔爐:加泰羅尼亞爐,用以生產(chǎn)鍛鐵。他們用這種金屬制造了馬蹄鐵,車輪,車門鉸鏈,甚至是鋼制涂層盔甲。

騎士揮舞著的特制劍,是通過把多種鋼鐵材料折疊鍛打制造的,這一過程會在劍身上留下獨特的人字形和花紋圖案。維京人將這些圖案解釋為龍線圈,像亞瑟王的神劍和埃爾西德的提佐納神劍,都帶有這種花紋。

日本史密斯為鍛造武士刀開發(fā)了另一種精湛的技術(shù),這些武器成了傳家寶,傳承了幾代人。制造武士刀在日本是一種錯綜復雜的儀式化事件。

在制造武士刀之前,日本鐵匠需要先沐浴,他們認為如果鐵匠的身體不純凈,邪惡的靈魂就會進入刀鋒。金屬鍛造始于鍛鐵。用木炭加熱一大塊材料,直到它變得足夠柔軟可以折疊。在冷卻后,將鐵加熱并折疊約20次,使刀身呈弧形,并且通過鍛造和折疊,鍛鐵繼續(xù)暴露于木炭,將金屬變成鋼。

中世紀寬劍與維京刀——De Bohun家族的武器。(攝影:Chris Radburn)

atana由Masamune鍛造,被認為是14世紀鐮倉時代日本最偉大的劍士

劍士使用粘土,木炭或鐵粉進行下一步,沿著刀身刷涂。鋼中出現(xiàn)的圖案類似于木紋,有旋紋結(jié)和漣漪,日本的katanas被命名為“漂流沙”、“月牙兒”和“Shuten-dōji殺手”,這是日本神話中的猛獸。今天留下的五把古代武士刀,稱為“天下五劍”,在日本被保存為國寶和圣物。

鐵和煤

在今天的德國萊茵河谷,金屬工人開發(fā)了一個大約10英尺高的裝置,底部放置了兩個波紋管,以容納更多的鐵礦石和木炭。高爐熾熱,鐵吸收的碳比以往任何時候都多,混合物變成鑄鐵,可以很容易地倒入模具中。

這是中國人已經(jīng)練習了1700年的煉鐵過程, 但是用了更大的裝置。工人們在鑄造通道下面挖出了長長的溝渠,可以讓液態(tài)鐵流出來,為鑄造爐騰出更多空間。

高爐

鐵的創(chuàng)新正好趕上了西方世界的戰(zhàn)爭。13世紀大炮和14世紀槍械的發(fā)明,更加引發(fā)了人們對金屬的渴望。歐洲開始以前所未有的方式制作武器,他們把生鐵直接倒入炮和槍管的模具中進行鑄造。

但鐵的繁榮造成了一個問題。隨著歐洲大國開始在全球范圍內(nèi)擴展其勢力,他們消耗了大量的木材,用于建造船只,制作木炭。在《鋼鐵:從礦山到工廠》這本書里提到,一臺英國的窯爐每年大約需要240英畝的樹木。大英帝國開始轉(zhuǎn)向尚未開發(fā)的新世界,并開始往美國殖民地運送冶煉金屬。但是,殖民地的煉鐵摧毀了英格蘭煉鐵廠的生意。

E.F. Skinner的油畫,展示了1916年南約克郡Piiston鋼鐵廠貝塞麥工藝生產(chǎn)的鋼材。

英國燃料問題的答案來自鑄鐵鍋制造商。Abraham Darby 童年時期大部分時間都在麥芽廠工作,而在18世紀早期,他采用了自己以前磨大麥時的一種技術(shù):燒烤煤,一種可燃的巖石。其他人曾試圖用煤冶煉鐵,但達比是第一個在冶煉前燒煤的人。烤煤可以保持的熱量遠遠超過木炭,并可以幫助鐵匠制造出更薄的生鐵,非常適合倒入槍模。今天,可以在Coalbrookdale鐵博物館看到達比的大型高爐。

英格蘭發(fā)現(xiàn)了用煤冶煉的力量,但它仍然沒有制造鋼鐵。

鑄鐵的繁榮

Henry Bessemer 是英國的一位工程師和發(fā)明家,因許多發(fā)明而聞名,包括金色黃銅涂料,排版機鍵盤和甘蔗打碎機。Bessemer 在業(yè)余時間,對鐵礦石進行了實驗,并測試了不同的冶煉方法。在實驗過程中,他發(fā)現(xiàn)了使用煤,可以大大提升冶煉的效率。

他想出了一個與古印度使用粘土坩堝非常類似的方法。但有兩個關鍵的區(qū)別:他使用的是烤煤而不是木炭;他不是將燃料放入坩堝內(nèi),而是煤層放在最底部,鐵和碳混合物放在上面。

從冶煉廠出來的鑄錠更均勻,更堅固,更不易碎,這是歐洲乃至世界所見過的最好的鋼鐵。到1770年代,謝菲爾德在鋼鐵制造業(yè)有舉足輕重的地位。

1851年,首屆世界博覽會在倫敦舉行,這是一個工業(yè)作品展。水晶宮是用鑄鐵和玻璃建造的,包括內(nèi)部,幾乎所有的裝飾也都是用鑄鐵制成的,比如機車和蒸汽機,噴泉里的燈柱,都是鑄鐵制品。以前,世界上從來沒有見過這些東西。


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