世界现代前期科技史- 第16部分

脂肪改变为高熔点脂肪中应用成功，开辟了有机氢化催化工业的发展途径。　

19世纪中叶对天然高分子进行化学改性，而后发展到高分子合成。在这一历　

史时期，以煤、焦炭、石油为原料的有机化学工业得到迅速发展，人工合成　

技术取得了巨大进步。　


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　　　　　　　　　　　　　　　　　六、炼钢技术的成熟和钢铁工业的发展　



　　　　　法国巴黎的埃菲尔铁塔，巍峨屹立耸入云霄，堪为当今世界的一大景观。　

这座高达300米的庞然大物，完全是用钢铁构筑而成。它建造于1889年，恰　

好成为19世纪末兴起的钢铁技术的象征。　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1。从铁到钢的变化　



　　　　　炼铁，在公元前就已有之。到了14世纪，欧洲已发展到高炉炼铁时代。　

18世纪初，焦炭炼铁取得成功，木炭逐渐被焦炭所代替。18世纪后期，炼铁　

中开始使用蒸汽动力鼓风，实现了高温操作，同时，高炉脱硫亦获得成功，　

炼铁技术遂进入了焦炭时代。　

　　　　　随着欧美产业革命的成功，工场手工业逐渐为机械大工业所代替。由于　

机器的大量制造和使用，铁便成为最基本的工业材料，需求量迅速增加。加　

之铁路铺设、轮船建造、武器制备和建筑材料的生产等，都需要用大量的铁，　

因此，铁的产量虽几经翻番，但仍不能满足社会的需求。　

　　　　　一方面铁的需要量日益增加，另一方面铁的弱点也越来越引起人们的重　

视。生铁太脆，熟铁太软，由于它们都缺少工业材料所要求的韧性，因此必　

然使铁的应用受到限制。在这种情况下，用铁炼钢，炼出大量的优质钢自然　

成了人们共同关注的问题和追求的目标。　

　　　　　在19世纪以前，已经有了使熟铁渗碳的“泡钢法”、用坩埚炼钢的“铸　

钢法”和用反射炉搅动铁水炼钢的“搅钢法”。这几种炼钢技术和高炉炼铁　

技术一起，形成当时较为完整的钢铁技术体系。　

　　　　　英国的本杰明·亨兹曼发明了铸钢法，实现了由铁到钢的重大技术转折。　

1740年，本是钟表匠的亨兹曼开始了炼钢法的研究，其目的是要得到制造钟　

表的优质材料。他在“泡钢”的基础上发明了“铸钢”。他把“泡钢”放在　

坩埚内，再在坩埚内的金属里加入少量木炭和熔剂，用焦炭做燃料，在熔炉　

中进行高温熔化，除去杂质，然后将坩埚内的钢水倒在模子里铸成钢棒，“铸　

钢”因此而得名。使用时，将铸钢切制成钢条，因其具有较高的机械性能和　

较好的韧性，故可做发条和刃具。1783，亨利·考特发明了搅钢法，是用烧　

煤的反射炉熔铁，用火中的氧脱碳，为了加快反应速度要不停地进行搅拌，　

故为“搅钢法”。用这种方法炼出的铁易熔化和锻打，因此相对于含碳量高　

的生铁来说，它被称之为“熟铁”。“泡钢法”的应用比“铸钢法”和“搅　

钢法”稍早一些，生产工艺和技术也比较简单。它是把熟铁条放在木炭上，　

加热10天左右，使之吸收一定量的碳质即成泡钢。这些方法效率都很低，产　

量也极其有限，因此无法满足社会生产对钢材的需求。要解决这一难题，必　

须研究先进高效的炼钢方法。　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2。炼钢方法的变革　



　　　　　在探索大规模炼钢技术的过程中，可谓经历了三个阶段。一是贝塞麦炼　

钢法首创转炉炼钢新技术；二是德国的西门子和法国的马丁发明了平炉炼钢　

法，炼出了优质钢；三是托马斯炼钢法脱磷成功，在欧洲各国得到迅速推广。　

由于平炉、转炉炼钢新技术的广泛采用，从而推动了钢铁工业的大发展。在　


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研究新的炼钢方法方面应当说最早的成功者是英国人威廉·凯利　（1811—　

1888）。他在肯特郡开设了铁工厂。1847年的一天，他偶然发现一种现象，　

当精炼生铁时，如果少放一些木炭燃料而多向炉内鼓进空气，反而能使炉温　

升高。他把这种方法称作“空气沸腾法”。采用这种方法，不但可以节省燃　

料，还可把铁炼成钢。1851年，凯利根据这个方法建造了炼钢炉，但他严格　

保密达7年之久，直到1857年贝塞麦发明了“转炉炼钢法”，凯利才公布了　

自己的发明。　

　　　　　　（1）贝塞麦与转炉炼钢法　

　　　　　转炉炼钢法的问世，给钢铁工业注入了新的活力，在欧美各国争相引进　

之后，贝塞麦发明的转炉炼钢法，迅速在全世界得到推广。说来也怪，本不　

是钢铁工业专家的贝塞麦，却为钢铁冶炼技术作出了重大贡献；在英国长大　

的贝塞麦，其技术发明却是在外国人支持下进行的。　

　　　　　1856年8月，贝塞麦（1813—1898）向英国科学促进协会提交了一篇题　

目为《关于不使用燃料生产可锻铁和钢》的论文，并在有关的会议上做了贝　

塞麦新炼钢法的报告，受到与会者的欢迎和重视。精于学习、勤于钻研的贝　

塞麦是一位颇有名气的发明家。他在20岁时发明了印制邮票的新方法，后来　

还发明过制糖压榨机、金色涂料等。在军工技术方面他还有过不少新发明。　

导致他投入新炼钢法研究的契机，是军备和战争的需要，直接原因是在英、　

法、土耳其对俄国的克里米亚战争　（1853—1856）期间，贝塞麦研制出一种　

新型炮弹，并发明了大炮炮筒的来复线结构。显然用生铁铸造的旧炮已不适　

用，为了得到合格的钢铁做炮筒，贝塞麦便开始探索新的炼钢方法。经过多　

次失败，贝塞麦发现：强化鼓风非但不会降低炉温，反而还会提高炉温，而　

且可以减少铁水中的杂质和降低含碳量。于是他发明了“吹气精炼法”，并　

于1855年10月取得专利。贝塞麦分析指出，充分供应空气可以使铁水中的　

碳、硅、磷、锰等杂质氧化，在它们氧化的过程中会放出热量，连续不断地　

进行高温反应，因而不需再加入燃料。贝塞麦在报告中讲到：“转炉熔铁只　

要从炉底吹　20—30分钟空气　（氧使铁中杂质氧化后除去，则减少了碳的氧　

化），虽然引起猛烈爆炸，但钢不变，杂质成为渣子浮在表面，或成为气体　

逸出，而后则可出钢，熔钢流出来，发出耀眼的强光。”同年，贝塞麦改装　

了一座炼钢炉，以进行新的炼钢法实验，即从炉底吹入空气，“除了铁水和　

空气什么也不需要”。对于这种实验，许多人都表现出疑惑和不解，甚至连　

参加实验的工匠们都警告他说，不加焦炭光吹空气是会使铁水在炉中凝固　

的。而实验结果完全出乎人们的预料：从炉底鼓进的空气，首先将铁水中的　

锰和硅氧化，形成褐色烟雾沸腾逸出，同时生铁中的碳也被氧化成二氧化碳。　

这时炉温没有下降，反而从倒入铁水时的1350℃上升到1600℃，炉料“燃烧”　

呈现白亮的光焰。大约10多分钟以后火焰消失，放出浓重的褐色三氧化二磷　

烟雾，表明铁水中的磷也被除去了。这样，用了不到半小时的时间就炼出一　

炉钢水，实验取得了完全成功。为使炼好的钢水易于倒出，贝塞麦将炼钢炉　

从固定式结构改为转动式结构，转炉由此诞生。1857年他取得了这一发明的　

专利权。　

　　　　　当时英国炼钢要从瑞典进口大量的棒状铁，冶炼方式仍然摆脱不了过去　

的“泡钢法”和“铸钢法”，而且要消耗大量的焦炭，因此和贝塞麦炼钢法　

相比，可以明显看出贝塞麦炼钢法的巨大优越性。一是它大大降低了生产成　

本；二是改进了生产工艺；三是形成了大规模生产；四是提高了钢的质量。　


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正因如此，所以它引起了欧洲工业界的轰动，随后便被引入法国。德国的阿　

尔福莱德·克虏伯（1812—1887）专门为该项技术建设了一座转炉炼钢厂并　

于1862年投入生产。尤其是美国大规模引进这一技术，并且在很多地方建立　

了以贝塞麦名字命名的钢铁厂。　

　　　　　贝塞麦炼钢法一度产生了轰动效应，但不久便遇到了麻烦。许多引进贝　

塞麦炼钢法专利的钢铁公司，接二连三地遭到失败。原因是他们用贝塞麦炼　

钢法生产出的钢制品质地很脆，于是贝塞麦招致了很多人的批评甚至是责　

骂。一时间搞得贝塞麦十分孤立和难堪。从1857年起，贝塞麦对自己炼钢法　

暴露出来的问题进行了认真的研究。结果发现，使钢质变脆的原因是磷、硫　

杂质脱除不好，其中磷又是主要因素；而问题的症结出在原料上。凡是发生　

问题的转炉，使用的生铁都是由含磷、硫量较高的矿石冶炼的。贝塞麦使用　

过的原料恰巧都是含磷、硫量较低的矿石，因此对这一问题他未曾发现。正　

当贝塞麦处于困难境地之时，瑞典企业家盖朗松大胆引进了贝塞麦炼钢法，　

并于1858年试生产取得成功。贝塞麦由此获得了启示和信心。他坚信自己的　

理论和方法完全正确，并于1860年自行建厂，用转炉炼钢法炼出了优质钢，　

成功地实现了工业化生产。1862年，贝塞麦在国际博览会上展出了用他的转　

炉钢制造的大量产品——从小小的刮脸刀片到威严的大炮。　

　　　　　1860年，贝塞麦炼钢法在英国取得成功之后，法国在同年引进该项技术　

并进行推广；1862年德国的炼钢业也采用了贝塞麦炼钢法；1864年美国也开　

始大规模引进转炉炼钢技术，于是贝塞麦炼钢法在经历了一段坎坷后重获生　

机，炼钢业也从此进入了一个新时代。　

　　　　　（2）平炉炼钢法　

　　　　　在贝塞麦发明转炉炼钢法的同时，就有人开始了平炉炼钢法的探索。为　

此做出贡献并取得成功的是西门子兄弟和马丁父子。　

　　　　　1856年，刚刚加入英国籍的德国人弗里德利希·西门子　（1826—1904）　

和哥哥威廉·西门子（1823—1883）曾设想用废气把蓄热室的耐火材料加热，　

再把热传给空气和燃料，他们将这一办法用于制造玻璃，提高了炉温，并因　

此发明了用废气预热的蓄热法专利。后来，他们试验把这种办法用在反射炉　

上，但试验并不成功。这使弗里德利希转而用这种办法去制造玻璃，威廉则　

继续进行研究。1861年，威廉改用发生炉煤气作燃料以代替燃用焦炭，并对　

炉体结构进行了改进，取得技术突破。1864年，法国人马丁　（1824—1915）　

对反射炉炉体又进行了改造，在威廉·西门子的帮助下，把提高玻璃熔化温　

度的蓄热式气体炉技术应用到反射炉上，以提高炉内温度。起初采用酸性炉　

衬，后又改用碱性炉衬，使用生铁、废钢终于炼出了优质钢，发明了“平炉　

炼钢法”。1866年，威廉·西门子在伯明翰也建成了平炉，用生铁和铁矿石　

炼钢成功，并投入工业生产。后来，西门子兄弟与马丁父子之间为平炉炼钢　

的首创权问题发生了争执，但不久便达成统一。因此人们把平炉炼钢法又称　

之为“西门子一马丁炼钢法”。1867年，这一新的炼钢技术在法国巴黎万国　

博览会上获奖。　

　　　　　平炉，因其形状低平和有一个比较平展的熔池故而得名。将经由下层蓄　

热室预热的空气和煤气送入上层，在熔池的铁水表面吹拂、燃烧，可较彻底　

地将铁水中的碳和其他杂质氧化。虽然平炉冶炼过程比转炉要长，但平炉的　

容量大，一炉就可炼出上百吨甚至上千吨钢。1868年，美国引进了这项技术。　

1870年，俄国也引进了这项技术。1900年，平炉炼钢法已在世界各国得到普　


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遍推广。直到二次世界大战，平炉炼钢法一直成为钢铁企业普遍采用的冶炼　

方式，超过了贝塞麦炼钢法而占据主导地位。其重要原因是不仅它产量高，　

而且所用原料广泛（生铁、铁水、废钢、铁屑、熟铁、铁矿石均可用于炼钢），　

质量稳定，特别是又可使用劣质煤炼出优质钢，后来，由于制氧技术的发展，　

出现了纯氧顶吹转炉炼钢法，于是占据了近百年主导地位的平炉法，又开始　

让位于转炉炼钢法。平炉炼钢法和转炉炼钢法应该说各有长短，所以至今平　

炉和转炉仍是炼钢业的两大主要技术体系。　

　　　　　（3）托马斯炼钢法　

　　　　　贝塞麦炼钢法适用于冶炼含磷少的铁，而对含磷较高的铁则不适用。他　

虽然找到了自己的症结，并显示了贝塞麦炼钢法的成功和优越，但问题并没　

有因此而得到解决。因为当时英国钢铁企业所用的原料含磷、硫量都很高，　

欧洲90％的铁矿石都是含磷的，只有瑞典和意大利例外。1860年以后，社会　

对钢铁的需求量继续大幅度增长。以铁路为例，全世界铺路总长度　（按公里　

计算）1870年是1860年的2倍，1880年为1870年的3倍。因此要大幅度提　

高钢铁产量，必须尽快解决高磷铁矿石的冶炼问题，这已成为迫在眉睫的紧　

急任务。自然人们会想到这样一个问题：为什么贝塞麦炼钢法不能用含磷较　

高的矿石呢？这是因为贝塞麦炼钢法是酸性底吹转炉法，转炉内部的耐火材　

料是硅酸盐物质构成的，这种酸性冶炼法不能解决脱磷问题，在用坩埚冶炼　

　“铸钢”的过程中铁水中的磷在1300℃左右的温度下可以自行变为气体逸　

出，所以不存在对矿石含磷量的苛求。然而在转炉冶炼过程中，铁水温度高　

达1600℃，在这种高温条件下，变为气体逸出的磷，又会重新被铁水所吸收。　

所以要解决脱磷问题，必须另寻他途。而使这一问题得到解决的是英国人托　

马斯（1850—1885）。　

　　　　　托马斯幼年丧父，家里很穷。他在17岁时放弃了进大学的想法，到一个