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第119章 给古人看钢铁是怎样炼成的（第1页）

【标题是:钢铁是怎样炼成的】

人类最初使用的金属工具主要是黄金、铜和青铜。直到公元前2000年左右，人们才开始使用铁器。考古发现，在中东地区及地中海沿岸一些古老的文明中，已出现了铁制农具和武器的使用痕迹。这些早期的铁器，大多是从天然铁矿石中直接提炼而成，质量粗糙，使用寿命较短。

1。2中世纪欧洲的炼铁技术

到了公元1世纪左右，随着炼铁技术的进步，铁器在欧洲各地得到了广泛应用。公元5世纪至15世纪的欧洲中世纪，是铁器工艺发展的重要时期。这一时期，欧洲各地兴起了许多小型的铁冶炼作坊，熟练的铁匠们逐步掌握了炼铁、锻造等核心技术。他们利用水力驱动的铁砧锻打出各种尺寸和形状的铁器，为当时的农业生产、建筑施工、武器制造等提供了大量所需的铁质工具。

1。3工业革命时期炼钢的进步

18世纪中叶，随着工业革命的到来，钢铁工业掀起了新的发展高潮。英国工程师kulban发明了冶炼煤炭代替木炭的炼铁新工艺，大大降低了生产成本。1856年，英国冶金家亨利·本塞默发明了一种全新的炼钢转炉工艺，使钢铁的大规模工业化生产成为可能。接下来几十年间，各国纷纷掀起了新一轮的钢铁产业化浪潮，钢铁工业成为推动工业革命的关键支撑产业之一。

1。4现代炼钢技术的发展历程

20世纪以来，钢铁冶炼技术不断革新。电炉炼钢、连续浇铸、优质特钢生产等新工艺相继问世，大幅提高了钢铁的质量和产量。20世纪80年代，日本发明的无氧钢铁生产技术更是开创了钢铁冶炼的新纪元。进入21世纪，凭借数字化、智能化等现代技术手段，钢铁行业进一步降低能耗、减少排放，实现了更加环保清洁的生产。

1。5不同国家和地区的钢铁业发展

从19世纪中叶至今，世界各国的钢铁产业发展呈现出不同的阶段性特点。英国作为工业革命的发源地，19世纪后期曾一度成为全球最大的钢铁生产国。20世纪后期，随着美国和苏联的快速崛起，这两个超级大国在钢铁工业上占据了主导地位。进入21世纪，随着中国的经济腾飞，中国迅速成为世界第一大钢铁生产国，引领着全球钢铁工业的发展方向。

1。6钢铁对人类文明的重要影响

钢铁作为工业文明的基石，对人类社会的进步发挥了不可替代的作用。从农业时代到工业时代，从传统手工业到现代制造业，钢铁产品无处不在，支撑着人类各个领域的发展。先进的钢铁技术不仅极大地提高了生产效率，降低了生产成本，而且也极大地改善了人类的生活质量。可以说，现代文明的每一个方面，都离不开钢铁这一重要支撑。

2。炼钢的基本原理与工艺

2。1铁矿石的冶炼过程

铁矿石是炼钢的主要原料之一。铁矿石冶炼的过程通常包括以下几个步骤：首先将铁矿石进行破碎、分选和加工，去除杂质和提高铁的含量。然后将处理后的铁矿石放入高炉进行还原，在高温和还原性气氛下，铁矿石中的氧化铁被还原成熔融的生铁。生铁中含有大量的碳和其他杂质，需要进一步精炼才能获得合格的钢铁产品。

铁矿石在高炉中的还原反应可以概括为以下化学方程式：

3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2

Fe3O4+CO=3FeO+CO2

FeO+CO=Fe+CO2

可以看出，高炉内部存在复杂的化学反应过程，通过控制还原气氛、温度等工艺参数，可以最大限度地提高铁的产出率和质量。现代高炉工艺已经相当成熟，通过计算机监控和自动化控制，可以实现高效稳定的生产。

2。2碳素元素在钢铁中的作用

碳素是钢铁中最重要的合金元素之一。适量的碳可以大幅提高钢铁的强度、硬度和耐磨性。碳的含量一般在0。1%-2%之间，不同牌号的钢铁含碳量各不相同，用于不同用途。

碳元素在钢铁中的作用主要有以下几个方面：

1）固溶强化作用。碳以固溶体的形式存在于铁素体中，可以阻碍位错的移动，从而提高钢铁的强度和硬度。

2）析出强化作用。碳可以与铁结合生成碳化物，这些碳化物以分散的形式存在于金属基体中，起到阻碍位错运动的作用，从而增强钢铁的强度。

3）淬火强化作用。适量的碳使钢铁具有良好的淬火性，通过淬火后可以获得马氏体组织，大幅提高硬度。

4）提高韧性。少量的碳有利于改善钢铁的塑性和韧性，适当的热处理可以进一步提高这些性能。

因此，炼钢过程中需要精确控制碳素的含量，以满足不同用途钢铁的性能要求。

2。3炼钢过程中的化学反应

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炼钢的化学反应过程是复杂的，主要包括以下几个方面：

（1）氧化反应。在熔炼和精炼过程中，会通过引入氧气或氧化剂，使钢水中的有害杂质如硫、磷、硅等发生氧化反应，生成易于去除的氧化物渣滓。典型反应如：

2[P]+52[O]=（P2O5）

（FeO）+[C]=[Fe]+CO

（2）还原反应。在转炉或电炉精炼时，会通过加入还原剂如焦炭，将氧化物还原成金属，提高钢水的纯度。如：

（FeO）+[C]=[Fe]+CO

（3）脱硫反应。硫是钢铁质量的大敌，需要通过加入碱性渣剂如熟石灰等，使钢水中的硫化物转化为易于去除的硫酸盐。反应如下：