材料轶事

godmanlee · 发表于 2007-11-12 02:12:04

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材料轶事,材料百科

sdsh · 发表于 2007-11-13 19:05:09

世界近代金属史（四）
世界近代金属史（四）
梅建军金属世界 1991.4
四、工业革命时期的钢铁技术
18世纪至19世纪上半叶，由于纺织机和蒸汽机等一系列重大发明的相继出现，欧洲工业获得了前所未有的迅猛发展，欧洲面貌为之巨变，历史上把这一时期称作“工业革命时期”。这一时期在金属史上意义重大，因为正是在这一时期，人类发明并发展了焦炭炼铁、高炉热风、热风炉和动力鼓风等重大技术，这些技术标志着近代炼铁技术体系的形成和近代炼铁工业的开始;同时，人类还发明了搅炼钢和坩埚炼钢工艺，并开始从理论上探讨冶金过程的化学原理，从而为19世纪后半叶炼钢技术革命的到来奠定下基础。
4.1达比和焦炭炼铁技术
采用焦炭炼铁是炼铁史上的一项重大变革。这一技术使炼铁摆脱了对森林的依靠，转向煤田，炼铁厂开妈移向煤矿。焦炭炼铁技术的发明者是英国人A•达比（A.Darby），也达比第一。他于1709年1月采用焦炭取代木炭炼铁，获得成功，并很快获得了这项技术专利。
达比生于1676年，其父是农民兼铁匠。他小时候帮他父亲打铁，获得了基本的铁加工知识。1702年他开办了一家黄铜厂，生产黄铜壶、罐等一类的民用品，开始了他的发明生涯。1707年他获得了第一项技术专利，内空是用比较便宜的铁代替黄铜来铸造容器。同年，他举家迁到希罗普郡的炼铁区科尔布鲁克代，以获得充足的生铁原料。他租借了一座废弃不用的鼓风炉，用木炭冶炼生铁，来铸作壶、罐等器。由于木炭短缺，而希罗普郡又有大量的适于开采的煤层，达比开始尝试用煤来代替木炭。
达比用试错的方法找到了含硫低、结焦性好的煤。他很幸运，因为这种优质焦煤即使在全英国也是不多见的。达比用类似烧制木炭的方法成功地炼出了焦炭。采用这种方法必须小心地控制开口及进风量，以便调节焦化速度和温度，避免过量的空气进入，导致焦炭中炭分的损耗。
在高炉中采用焦炭显示出一些优越性：首先，焦炭足够坚硬，可以防止在炉料重压下散落开;木炭易碎，限制了高炉的高度，而焦炭强度高，可以承受更大的炉料压力，这就为高炉向大型化发展铺平了道路;其次，焦炭的多孔结构使鼓入的空气能够迅速通过，这就加快了燃烧和反应的速度。然而，由于早期工艺的种种不成熟，特别是焦炭质量的不稳定，用焦炭炼出的生铁不如用木炭炼出的产品，尤其因为具有热脆性，因而不适于炼制熟铁。由于这一原因，达比的新工艺限于科尔布鲁克代地区的铁厂采用，未能很快推广应用。直到18世纪中叶，一种新的焦炭炼制方法即蜂箱法发明后，焦炭炼铁技术才得到广泛地采用。
由于过度劳累和焦虑，达比于1717年不幸去世，年仅41岁。作为冶铁史上的一位先驱者，他的英年早逝是很令人惋惜的。达比去世之时，他的炼铁厂陷于债务和抵押的困压中，而他的儿子达比第二才6岁。
1732年，达比第二年满21岁，接管了他父亲的工厂。在他表兄R•福德的有力协助下，继续完善焦炭炼铁的工艺。达比第二很快显示出了他的革新和发明才能。1742年，他首先在鼓风动力方面进行了改进，用气压式发动机代替水轮鼓风器，使高炉摆脱了对水力的领先，同时也得到更大的鼓风动力。1750年，他改进了炼铁的工艺，生产出一种优质生铁，这种生铁可以用来生产锻铁，从而扩大了产品的用途。1755年，他建起了新的高炉，并采用蒸汽机作为鼓风动力，这种动力配上箱式鼓风器是当时最先进的动力，这种动力配上箱式鼓风器是当时最先进的鼓风装备。1766年，他发明了用煤把生铁炼成熟铁的工艺，从而进一步扩大了煤在冶金中的应用，降低了锻铁的生产成本。
由于达比第二经营有方，科尔鲁克代炼钢厂摆脱了困境，逐步走向繁荣。其后，达比家族的五代继承人继续经营这家工厂达150余年，成为冶金史上最著名的炼铁家族之一。

sdsh · 发表于 2007-11-13 19:06:25

世界近现代金属史（五）
世界近现代金属史（五）
梅建军金属世界 1992.2
五、划时代的炼钢技术革命
工业革命时期，真正取得革命性进展的是高炉炼铁技术，如焦炭炼铁、动力鼓风、热风炉以及将生铁改炼成熟铁的精炼工艺等等。事实上，当时铁的应用远比钢要广泛，许多习惯称谓如“铁路”、“铁桥”等都是从那时沿用至今的。19世纪后炼钢技术取得了一系列惊人地突破、涌现出了一批天才的发明家，如贝色麦（H.Bessemer）、马希特（R.F.Mushet）、凯利（W.Kelly）、托马斯（S.G.Tomas）、西门子（K.W.Siemens）和马丁（P.E.Martin）等等。一个新的时代——钢时代诞生了！
5.1贝色麦与转炉炼钢技术的发明
转炉炼钢技术的发明者贝色麦生于1813年，其父安斯利•贝色麦（Anthony Bessemer）也是一位发明家，拥有一座制作金首饰的工厂和一座铸字工厂。贝色麦自幼就在父亲的工厂工作，积累了金属加工和制作的知识。17岁时，贝色麦到伦敦学习机械设计，由此开始了他发明家的生涯。他一生取得了上百件的发明专利，其中最重要的自然是转炉炼钢工艺。贝色麦最初的发明是铸造一种新型的印刷板，能显示出极精细的线条;而后又发明了印刷板上镀铜的方法。在早年，贝色麦就显示出他的经商才能，他的每项发明产品的成本都很低，而成品的售出价却很高。
1853-1857年克里米亚战争时期，对军需品的需要量很大。当时贝色麦正从事铸炮业。他设计了一种新方案，使炮弹在炮筒中旋转进来，以提高炮弹发射的精确度。但当时的铁炮筒承受不住新型炮弹的震动和磨损。于是，贝色麦开始研制一种新的铸炮材料来取代生铁。这就是转炉发明的最初的动因。
贝色麦一开始就走上了正确的道路，这与他熟悉当时的各种专利有关。有两项专利对他启发很大：其一是1854年内史密斯提出的用蒸汽喷管生产搅炼铁的专利;其二是1855年马提思提出的从沟槽底鼓空气生产熟铁的专利。1854年，贝色麦在一座小反射炉上做了最初的试验，当生铁熔化后，从火桥的孔洞向铁水鼓风，铁水表面随即出现一些带孔洞的生铁块，他认识到空气可以使生铁脱碳，于是，他采用坩埚炉继续实验，用外加热的方法使铁熔化，然后用风管向铁水鼓风，结果又得到了熟铁或低碳钢。下一步贝色麦想证实没有外加热时，是否也能达到同一目的。为此，他建了一座圆柱形的炉子，将液态生铁倒入，然后鼓入空气，真实一切平静，几分钟后，铁水如火山一样剧烈爆发起来，随后又平静下来。一检查生铁水已全部脱碳成为熟铁和低碳钢了。就这样吹炼技术诞生了。
1855年10月，贝色麦获得了向铁水吹空气脱碳的专利。同年12月，他获得了倾斜式转炉的专利，这种转炉便于上料、下料及控制。1856年2月，他将吹所脱碳和转炉两项专利合为一项新的专利——即在转炉中吹炼生铁使之成为韧性铁和钢。同年8月，贝色麦向英国皇家学会提交了“无燃料炼铁法”的论文，并展出了他的冶炼产品，立即轰动。英国各地的炼铁主们都到贝色麦的工厂看他演示整个炼钢过程。演示非常成功，给炼铁主们以深刻的印象，很多人纷纷购买专利特许权。贝色麦达到了成功的顶峰。
然而，贝色麦炼钢法在英国各地的应用带来了灾难性的结果。因为大部分生铁都含有较高的磷，炼出的钢也含磷，磷的存在造成钢的冷脆或热脆，实际上没法使用。碰巧的是，贝色麦用的生铁恰恰含磷很低，所以不存在钢发脆的问题。失败的消息从英国各地一个接一个传来，又轰动一时，人们纷纷谴责贝色麦，说他是一个疯狂的热心人，一个梦想家;有的人还把他的炼钢方法描述成：“一颗耀眼的浏览从冶金的地平线上掠过，消失在沉重的黑暗之中”。
为找出失败的原因，贝色麦求教于当时的化学家珀西（M.Percy）等人。经过化学家们一年的研究，总算找到了问题的症结所在是磷，但却没有找到使生铁水去磷的方法。于是，贝色麦的工艺只能限定用于低磷或不含磷的生铁。
贝色麦劝炼铁主们尝试用不含磷的铁矿石或铁水，但他们不再相信他的话，有一位炼铁主甚至说：“贝色麦先生，难道您想让我上法庭受审吗？”
采用贝色麦工艺炼钢获得成功的第一个整合不是发生在英国，而是在瑞典，是由戈兰桑（G.F.Goranssan）于1857年买下贝色麦专利后，采用不含磷的瑞典生铁冶炼成功的。
贝色麦在最初的失败后，声誉大跌，英国没人愿意用他的方法，这促使他决心自己建一座转炉炼钢工厂、大规模炼钢。在设菲尔德（Shefield）即英国的炼钢中心，最初炼出的钢并不直接铸成钢锭，而是倾入水中，使钢水成为金属颗粒，然后再在坩埚中重熔，以便控制钢中的碳含量并消除气孔。正是因为上述这些情况，转炉吹炼技术发明后，并没能迅速推广应用;只是在马希特发明镜铁添加法之后，受冷落的情况才开始得到改变。
贝色麦在晚年仍富于发明创造的活力。他曾自建一座天文台;还曾计划利用太阳能。他的一生比同时代的其他发明家要幸运得多，这是因为他不仅有创造才能，而且更富有经商的才干。他的财富积年累增，达到一百万英镑。1871年－1873年他任英国钢铁学会主席，1879年他当选为英国皇家学会会员，并被授予爵士称号。1898贝色麦以85岁的高龄去世。
5.2马希特与镜铁添加法的发明
即使采用低磷生铁水，用贝色麦转炉吹炼出的钢的质量仍不佳，原因是铁水中的碳与空气中的氧作用生成二氧化碳，逸出，造成钢中微气孔的存在，使钢疏松;铁水中硫的存在也损害了钢的性能。这些问题的解决归功于罗伯特•马希特，他发明镜铁（低锰铁合金）添加法改进了转炉钢的质量。
罗伯特•马希特于1811年生于一个冶金世家，其父戴维•马希特（David Mushet）曾对高炉炼铁技术研究有过重要贡献，并曾从事坩埚钢的研究。他研究了贝色麦的转炉吹炼工艺后发现，导致钢发脆的原因是含硫及吹炼中出现过分氧化。他提出向吹炼后的钢水中加入镜铁，使镜铁中的锰与钢水中的氧化物及硫化物夹杂作用，生成炉渣去除，即可得到纯净的钢。不久，马希特在英国取得了镜铁添加法的专利。这项技术事实上挽救了贝色麦的转炉吹炼工艺。从1875年开始，转炉钢在工业上的应用日益广泛。
后来，马希特的生活境况日渐困窘，经他女儿请求，贝色麦同意从1866年开始给马希特一笔300英镑的年金。这笔年金一直支付到1891年马希特去世时为止。1876年贝色麦还赞同英国钢铁学会授予马希特一枚贝色麦金质奖章，以表彰他对改造贝色麦炼钢工艺的重大贡献。
5.3凯利与空气吹炼法炼钢技术
W. 凯利（1811－1888年）也是转炉吹气炼钢技术的发明人之一。他于1846年开始在美国肯塔基州从事炼钢技术。即向转炉内吹入空气使生铁脱碳成钢，并在实际生产中应用。可惜凯利没能及时地在美国及英国申请专利保护，以至同贝色麦为转炉吹所炼钢技术的发明专利权进行了长期的法律诉讼。结果，两人各在自己的国家获胜，凯利于1857年取得美国专利，称为凯利——贝色麦转炉炼钢工艺;而在英国及其他欧洲国家、习惯上都把转炉吹气炼钢工艺称作贝色麦法。有趣的是，当时柏林的普鲁士专利局拒绝签发转炉吹气炼钢技术的专利证明书，理由是：“谁也无法阻止别人把空气吹进铁水。”这说明当时进步的技术要被人理解是多么不易。
凯利发明空气吹炼法炼钢技术可能与中国有关。有资料表明，当时凯利的炼钢厂中雇有4个中国工匠，这些人可能把中国的鼓风技术带到美国，因为中国当时对钢的生产过程已有深入地了解，凯利很可能从中国工匠那里得到一些重要的启发。这一问题有待进一步研究。
5.4托马斯与碱性转炉炼钢技术的发明
前已述及，贝色麦炼钢法只适用于低磷或无磷的生铁，对高磷生铁水则无能为力。因此，如何脱去生铁中的磷成为当时的一项热门课题，很多人为此做了大量的试验研究，最后，英国年青的发明家托马斯获得了成功，当时贝色麦法问世已有20余年了。
托马斯生于1850年。他是一位好学敢干的年表人。1870年时，他白天在伦敦一警庭作法庭快讯员，以此谋生，晚上则在皇家矿业学院学习化学和冶金;就是在学院中他得知了转炉炼钢中的问题。当时著名的化学家珀西等人曾提出用石灰石去除，而又被硅质炉衬还原成磷，重新进入钢水中。这样他抓住了问题的症结，随即寻求一种新的炉衬，使之不与发生作用。他认为诮当采用碱性的炉衬。当这一切明确时，他就着手进行实验。当时，他的表弟吉尔克瑞斯特（S•Gitchrist）是南威尔士的一家钢厂的工程师，托马斯跟他讨论了脱磷的问题，并商定合作进行试验。1877年，他们在一座小转炉上采用石灰石组成的碱性炉衬，结果发现要阻止炉衬有快侵蚀，还要另外加入碱性炉料。这一试验毕竟证明了碱性炉衬可以脱磷。后来又进行了多次诘难，最后在1.5吨的大转炉中，改用白云石作炉衬，并以焦油及沥青作粘结剂，终于在1879年获得成功，并迅速得到推广，为纪念托马斯，人们把碱性转炉吹气炼钢法称作托马斯法，而把酸性转炉吹气炼钢法称作贝色麦—凯利法。
需要明确的是，碱性转炉中维持反应所需的热量来自磷的氧化，因此，生铁水必须有一定的含磷量，这样吹炼过程中才能有足够高的温度，使炉渣和钢水保持液态。这是碱性转炉的一种局限性。
发展到此，转炉吹气炼钢技术体系已建立进来，并在世界各地推广应用。但还有一个潜在的问题是，由于空气的吹入，使钢中含有少量的氮。当对钢的质量要求不高时，氮还不是一个严重的问题；但是20世纪后，对钢的质量要求提高了，钢中氮的问题就突出了。这一问题的解决，就有待于20世纪炼钢技术的新发展，即转炉吹氧炼钢技术的出现。
5.5平炉炼钢技术的发明与发展
继贝色麦发明转炉炼钢法后不久，又出现了一种全新的炼钢工艺，即平炉炼钢法。这一新方法的引入和成功要归功于伟大的发明家西门子（1823-1883）和法国工程师马丁（1824-1915）。
西门子是德裔英国工程师、1846年毕业于马德堡技术学院。他与弟弟弗里得利希•西门子（F•siemens）发明了蓄热原理，并于1856年取得蓄热式炉的专利，最初几年，他们将蓄热式炉用于反射炉炼钢，获得成功。这种蓄热式炼钢反射炉随即称作西门子炉，即我国所称的平炉。同年，法国工程师马丁应用西门子炉熔炼生铁、搅炼熟铁和废钢铁获得成功，并取得专利。马丁发明的新工艺由于利用废钢铁为原料，使成本大大降低，并且可通过调整废钢铁与生铁的比例，来控制钢的含碳量。1867年西门子以生铁和矿石为原料炼钢获得成功，并取得专利。由于西门子和马丁对平炉炼钢技术均有重要贡献，帮平炉炼钢法又称西门子—马丁法。
与转炉炼钢法相比，平炉炼钢有两点不同：一是供氧严不同，转炉靠鼓入的空气供氧，而在平炉中，氧来源于炉料中的氧化铁;二是热来源不同，转炉中热来源于反应热，即碳与非金属夹杂硫、磷的氧化反应放热，而在平炉中，由于化学反应缓慢，所放热量不足以维持液态高温，所以须由蓄热炉由外部供热。
同贝色麦转炉一样，西门子平炉的炉衬最早也是酸性的硅石炉衬，所以也只能冶炼低磷生铁，而不能用高磷生铁。这一状况一直持续到1884年，托马斯将碱性炉衬扩大用到平炉上，即以白云石取代硅石做炉衬。这样就进一步扩大了平炉的应用范围，即任何成分的生铁均可送入平炉中冶炼，废钢比例也可不限，而在转炉中废钢铁的比例限定在5%以下。
平炉和转炉两种炼钢法自问世以来，一直处于相互竞争之中，世界各国都尽可能发挥这两种方法的各自长处;转炉炼钢快，无需燃料;而平炉可大量熔炼废钢。只是到20世纪50年代吹氧转炉发明之后，转炉的优越性才突出起来，并出现了淘汰平炉的趋势。
总之，由于转炉和平炉两种高效炼钢工艺的发明和发展，钢时代随之诞生，从而极大地推动了全世界工业化的进程。

sdsh · 发表于 2007-11-13 19:07:13

世界近现代金属史（六续）
世界近现代金属史（六续）
梅建军金属世界 1992.5
6.2 炼铅
18至19世纪，炼铅技术沿用已有的工艺，但在炉型、鼓风、原料处理、燃料以及产品收集等方面有一些改进，目的在于降低成本。这一时期的炼铅炉主要有膛式熔矿炉、反射炉和渣炉。膛式熔矿炉又称苏格兰炉，在英国普遍采用；反射炉在欧洲大陆及英国部分地区广泛应用;渣沪主要用于提取炼铅渣中的铅。
方铅矿是这一时期炼铅的主要原料，对矿石预先焙烧处理已成为常规工艺。用熔矿炉冶炼经过焙烧的矿石，产量要比直接冶炼原矿高得多。采用反射炉焙烧矿石时，可用煤作燃料;熔矿炉的然主要是泥炭、有时加少量的煤;而渣炉只能烧焦炭。
英国是这一时期主要的产铅国。1800年欧洲铅产量为两万吨，其中一半出自英国，另一半则产于西班牙、德国、法国和比利时等国。
19世纪后，在欧洲大量的铅被制作成铅板，最初用压挤的方法，即把液铅倒入在一块大石板上，再压上另一块大石板，即得铅板;后来采用滚轧的方法。铅板主要用作船底的护壳，因为有毒的氧化铅可阻止水底生物侵蚀船板;钢板还用于制造屋顶。此外，铅还用来制成水管和气管。铅的另一大用途是制造颜料，如白铅和红铅等。
6.3 炼锡
传统的炼锡方法是鼓风炉冶炼，以木炭为燃料。18世纪初，木炭供应已很紧张，有人就尝试从煤取代木炭煤锡。1703年，利迪科特（Liddicott）和莫尔特（Moult）取得了用煤炼锡的技术专利。但这一方法增加了杂质，降低了锡的质量。
1705年，罗伯特•莱达尔（Robert Lydall）发明了反射炉炼锡法，使炼锡技术有了新发展。反射炉以煤为燃料，因此较鼓风炉有更大的适用性。锡矿分两种：一种为冲积锡矿，适于用鼓风炉冶炼;另一种是岩锡矿，需先进行焙烧，去除其中的夹杂，而后入炉冶炼，更适于用反射炉冶炼。去除其中的夹杂，而后入炉冶炼，更适于用反射炉冶炼。18世纪中期后，岩锡矿得到大量开采，这样，鼓风炉炼锡基本上为反射炉法所取代。
19世纪，锡的主要用途是制造镀锡铁板，而镀锡板主要用途是制造罐头盒，这是英国人彼得•杜兰德（Peter Durand）发明的使食物长期储存并保鲜的方法。据说这与拿破化有关，他曾悬赏12000法郎征求使食物保鲜的方法，结果导致了镀锡罐头盒的发明。
英国在19世纪实际上垄断了镀锡铁板的生产，这是因为它不仅生产锡，而且有强大的炼铁工业。到19世纪末，由于一些产锡矿的国家建立了自己的炼锡工业，使英国得不到充足的锡矿来源，其炼锡业也因之衰落。与此同时，美国利用高关税保护自己的镀锡板工业，从而打破了英国的垄断，到1912年，美、英两国各生产镀锡板75万吨。
6.4 炼银
18世纪，炼银仍沿用传统的灰吹法，从含银的铅中提取。当每吨铅中含银达250-750克时，银就有了提取价值。到19世纪上半叶，炼银技术有了新发展。
1833年，帕延森（Pattinson）偶然发现可利用银铅的密度不同来分离银和铅。有一次，他把一只装着部分凝固的铅的坩埚掉在地上，竟意外发现后凝固的铅中比先凝固的铅中含银多。这一事实形成帕廷林工艺的基础：将含银的粗铅液倒入铸铁釜中，然后缓慢地降低温度，直到出现部分凝固为止，随即将已凝固的铅块捞走，剩下的液态铅即为富银的铅。这种富银的铅再用灰吹法处理即得纯银。
1850年，一种更先进的提银工艺取代了帕廷森工艺，这就是至今仍广泛应用的帕克斯（Parks）工艺：方法是向含银的铅液中加入锌，温度约为550℃，搅拌，锌即与铅中的银结合生成难熔的固态倾倒物 ,漂浮在铅液面上，这种化合物称作银锌壳。将银锌壳捞出，在真空中加热，则锌受热挥发，留下银。银中其他的可用灰吹法去除。如果铅液中除含银外还含有金，则先加少许锌，搅拌，因金与锌结合力更强，所以金先于银与锌化合，形成金锌壳，捞提金。再加锌于铅液中如上法继续提银。
1887年，麦克阿瑟（J.S.McArthur）和福里斯特（R.W.Forrest）发现，用碱性氰化物的稀释溶液能够溶解矿石中的贵金属，然后用锌粉就可以将溶液中的金和银沉淀出来，这就是著名的氰化法，直到现在，仍是提取贵金属的常规工艺。
6.5炼锌
印度和中国是世界最早炼锌的国家。16至18世纪，中国的锌锭曾大量输入欧洲，与此同时，炼锌技术也传入欧洲。欧洲炼锌工业的奠基人是威廉•钱皮恩（William Chamipion），他于1738年在英国的布瑞斯托尔（Bristol）建立了一座炼锌厂，并创立了立式蒸馏炉炼锌工艺，于1740年获得技术专利。这标志着欧洲炼锌工业的开始。
炼锌的困难在于氧化锌的还原温度大于锌的沸点，因而锌一旦被还原出来即成气体，必须将其迅速冷凝成液体才能防止其氧化。钱皮恩的工艺是将炉料装入带盖的坩埚加热，坩埚底开也，接一铁管，通向下面冷室中的坩埚，坩埚中盛冷水，锌节气通过铁管在坩埚中冷凝。每一次蒸馏过程约需70小时，每一炉可生产锌400公斤。
1788年，威廉的兄弟约翰•钱皮恩（John champion）取得了用闪锌矿（ZnS）炼锌的专利，使炼锌的矿石来源大大扩展。方法是预先在烧煤的反射炉中，将闪锌矿煅烧成氧化锌，然后再入炉还原，蒸馏得锌。19世纪初，比利时也在积极尝试炼锌。1807年，阿贝•多利（Abbe Dony）在列日建立了炼锌厂，并创立了卧式蒸馏炉炼锌工艺。这种工艺较钱皮恩的工艺具有更高的蒸馏效率，因而在欧洲得到广泛应用。直到本世纪50年代，卧式蒸馏炼锌法一直是标准的炼锌工艺。

sdsh · 发表于 2007-11-13 19:07:57

世界近现代金属史（三）
世界近现代金属史（三）
李秀辉金属世界 1991.2
金属铸造和加工技术的发展
1.    锻造
人们最早使用的金属加工方法就是最原始的锻打，它们起源于人类早期对石器的加工。在现在伊朗西部艾利库什地区发现公元前七、八千纪用天然铜卷成的铜珠，以及在伊朗中部纳马克湖南部泰佩锡亚勒克发现了公元前五千纪的铜针，都是早期锻打技术应用在自然铜方面的实例。另外出土于尼罗河流域的格泽和幼发拉底河流域乌尔地方的铁珠、匕首是公元前四千纪的陨铁器，也是锻打而成的。中国商代的铁刃铜钺铁刃是用陨铁锻打后，镶嵌在铜质体上。
有资料表明，动脉、美索不达米亚等地区于公元前第三千纪已利用锻打技术来制作黄金饰品。中国在公元前14-公元前13世纪时已掌握了锤锻技术，河南安阳出土的殷商文物中可以发现金箔，其厚度为0.010±0.0001mm。
在青铜时代晚期，已有了大量用作木工、石工、金工的工具，带銎的锤、弧口凿、扁凿、冲头和锥子已大量使用，而且已有了用双手操作的锯。这时锤锻加工和修饰技术已相当发达，已经采用多种方法来加工，如下凹法、上凸法、凹纹制作法等等。
铁器时代锻造技术应用于锤锻铁上。首先是将铁块放在锻炉中加热，经过热锻，小块铁就能锻接在一起或者锻成所需要的开关。另外锻铁也可以靠冷锻来完成，并在700℃退火。这一时期锻造技术的发展是可以锻造更大的构件。如印度在公元300年左右锻造出高7.2米、重达6吨的德里铁柱。锻造技术还可用于制造币坯。又叠锻技术是锻造的又一发展，可以将许多不同的铁片锻接在一起，形成特殊的纹路。
中国宋代沈括《梦溪笔谈》有关于瘊子甲的记载了千钧锚的锻造方法，“先锻成四爪，依逐节接身。”
供锻造和锻接用的锻炉按作业情况不同有不同的开关和尺寸。一般只要在地上挖一个坑并有一只粘土风嘴保证鼓风即可。
文艺复兴时期，水车起着很大作用，在手工业制造时代，技术发展的最大特点是人们已开始利用自然力，如以水车为动力的劳动工具，阿格里科拉介绍了把铁坯加工成熟铁的机械锤。将机械装置用于锻造，降低了人们的劳动强度，提高了生产效率。
2.    铸造
铸造技术的就用起源于人们对金属的认识以及冶金的起源。最早铸造技术用于自然铜，其后用于青铜。最早人们冶炼的铜器出土于伊朗叶海亚地区，部分铜器就是铸造而成。公元前两千纪，铜及青铜的冶炼技术达到了全盛时代，金属的铸造技术也得到了较大发展。在青铜时代铸造已从熔化自然铜来浇铸简单器物，发展成为利用冶炼的铜、青铜、铅青铜以及铅、金等浇铸复杂件而且掌握了铸造中空器物的技术，铸造方法则出现了范铸法、失蜡法、金属型铸造法等。选型材料也发生了变化，范由最原始的石范发展为粗土范、铜、青铜范，而加入铅以增加金属的流动性是这时期的一次革新。公元前14世纪动脉用黄金铸成第十八王朝法老图坦卡门金棺。
中国商周时期青铜器大都用经过焙烧的泥范铸造，晚期则和其他国家一样使用少量铜范。殷墟妇好墓出土了精美青铜器四百四十多件，有些器物形状尺寸基本相同，可能已有一套模制作几套范。这一时期利用陶范、铸接的办法，铸造了许多精巧的青铜器，如湖南出土的四羊尊。春秋战国之交利用泥范铸成的编钟，不仅是声字、律学上的光辉创造，也是青铜铸造工艺的卓越成就。中国现还留存有公元前6世纪河南淅川失蜡法铸造的铜盏部件和铜禁。
较早关于铸造工艺的记载是《荀子》。该书指出铸造青铜时“刑范正，金锡美，工冶巧，火齐得”。
铁器时代中国最早发明和使用铸铁，这上点完全不同于世界上的其他国家。欧洲早期冶金具有锻造技艺的传统，习惯于使用锻铁制作刀、剑、钳、斧、钉等兵器和工具。而中国只是在需要精细的饰物或大型高强度器件才使用锻造器件。战国时期出现的用金属模制作铁范，然后利用范进行大规模生产。这一先进技术实现了产品的规范化和批量生产。清代龚振麟的《铁模铸炮图说》是世界上最早论述金属型的专著。书中详述四泥范翻铸铁模，再由铁模制铁炮的工艺过程和有关技术措施。
叠铸技术起源于约公元前2200年。西亚地区发明了一范多型，可以同时铸造若干器件的石范。中国甘肃玉门出土的属于火烧沟文化的石范，已能同时铸造两个箭镞。战国时用这种方法铸造钱币，后来进一步发展成多层范片相叠，一次铸造多件的叠铸方法，这是继铸造生产规格化、批量化后，进一步提高工效的重大发展。
中国由于冶炼技术的提高，在唐代以后发展铸造大型铁件，如江苏扬州铁镬、湖北当阳铁塔、河北沧州铁狮，明代则出现了46.5吨的北京永乐大钟和重达76吨的河北正定铜佛等等。《天工开物》中对铸钏、釜、像等都有详细记载。
文艺复兴时期铸造最广泛用于铸造铁炮、精炼炉和锻炉用的铁板、铁砧、铁锤。而欧洲使用铸铁是由于军事上的需要，将水力鼓风应用于炼铁炉导致了高炉的出现而实现的。这样使得铸铁炮取代了已往的用锻铁板箍在一起制造的火炮，体现出了铸铁炮的优越性。
有资料表明，粘土是16世纪的主要造型材料。“湿砂”工艺到18世纪才广泛使用。而在公元1660年波希米亚的兹别罗曾已首先使用了由当地优质砂制作的湿砂范。
至此，铸造技术发展到相当成熟的阶段，铸造合金及造型材料都得到了丰富。铸铁的出现为铸造技术的应用提供了新的方向。
3.    焊接
焊接和冶铸工艺一样，是一种古老的金属工艺。早在人类使用天然金属时期，就出现了焊接技术，这就是利用赤金和自然铜的延展性而连接的冷压焊，利用焊料粉在金或铜制器件之间的扩散而形成可靠结合的扩散钎焊。
到公元前第四千纪，在小亚细亚，拼命是靠冷焊或者低温焊来进行的。前者可能仅用于金制品，后者通常用于金银制品。最早的工艺之一就是利用铜焊接黄金，戒用黄铜焊接铜。其后采用熔点较低的高锡青铜来焊接熔点较高的低锡青铜。铜或铜银合金能用来焊接银。
为了铸造巨大而复杂的青铜器件，古代工匠又创造了古代焊接技术的第三种方法——铸焊。即事先将要连接的两个器件分别铸出，然后将两铸件通过铸型装配好，再浇铸过热的青铜溶液进行焊接。在中国此法也用于修补旧器。
4.    金属表面装饰技术
错金、鎏金。中国春秋中叶以后，开始在青铜器表面嵌镶不同色泽的金属如铜片，后来发展为凿有细纺和艺术化的文字，纹内嵌入金（银）丝的错金（银）技术。战国初期（公元前5世纪），中国发明了金（银）汞齐鎏金（银）的技术。
在欧洲，这一技术见于公元前半世纪的记载。
表面着色和氧化。中国至迟在战国初期，发明了将青铜器表面氧化成墨黑色的技术，或有以防锈，或作为花饰。
镀锡工艺。青铜镀锡始于青铜时代早期。中世纪时铁马剌镀锡则已是一项常规工艺了。铁镀青铜、青铜镀金，青铜裹装金箔是镀锡工艺的变异。镀锡铁板的制造，是中世纪的一项发展。它可能是13世纪在菲希特尔山脉的温本德尔发展起来的。
5.    机械加工
早期人们加工金属细丝都是利用简单的手段来进行。
公无1480年意大利达•芬奇绘制出冷轧金属板的轧机草图和弓型车床、内圆磨床的草图。公元1553年法国布律特尔建成轧制造币用的金银板材的轧机。公元1578年，意大利人柏板创造了用仿形法切削螺纹的车床。
17世纪时开始应用旋转切割机来将板坯或扁材切成小棍和钉。公元1686年时Plot在《斯塔福德郡的自然史》一书中描述了切割机。公元1590年时，英国已用水轮机驱动轧机。直到1700年为止，铁炮都是整体铸造并镗孔的。根据比林古乔在公元1540年的资料，钻孔是横着进行了。钻头靠水力转动，炮则放在活动的台上向钻头推进，又根据其他资料，炮是竖着镗孔，用滑轮组炮悬挂起来，钻头则靠下面的马力转动。
我国在公元前1668年出现了用畜力代替人力作为机床动力的例子，为了加工天文仪器上的铜环，利用了直径达两丈的锒片铣刀和磨石，由牲畜驱动使之旋转来铣削及磨削。除此之外，我国古代也使用过弓钻、舞钻弓弦车床之类的原始机床。
从以上可以看出，科学的复兴，促进了金属加工业的发展，加工工具和技术都有了很大发展，先后成功发明了车床、镗床和磨床。可以这么说，产业革命要取得发展，在很大程度上依赖于金属加工机械的发明。
总之，金属铸造及加工技术在世界各地的发展与交流，为欧洲工业革命时代的到来奠定了基础。

sdsh · 发表于 2007-11-13 19:09:21

世界近现代金属史（二续）
世界近现代金属史（二续）
梅建军金属世界 1991.1
炼钢工艺的进展
最早的钢可能出在小亚，由查力比斯人发明。在希腊语中，Chalybes的意思就是钢，这表明正是他们发明了最古老的使铁“钢化”的方法——渗碳制钢工艺、即把熟铁与木炭混在一起加热并反复锻打，使碳质渗入熟铁中，从而变硬成钢。
古代炼钢技术的重要发展出现在印度和中国。早在公元前约600年，印度的海德拉巴德就已成为著名的乌兹钢的产生中心;而中国从公元前2世纪以来，则相继发明了生铁脱碳成钢、炒钢、百炼钢和灌钢等炼钢工艺。
相形之下，古代和中世纪欧洲炼钢技术的发展较为缓慢，主要有两种炼钢方法：一是渗碳工艺;二是直接用块炼法生产。进入16世纪以后，渗碳制钢工艺出现了一些新的发展。毕林古乔在《火法技艺》中记述了当时的炼钢工艺：先把铸铁砸碎成小块，装入块炼炉内熔化,然后把熟铁放入铸铁中，在高温下保持数小时，使熟铁从铸铁液中吸收碳分，然后取出铁块,淬冷，砸碎，再投入熔铁中重新渗碳。这样可使碳较均匀地渗入，而不象以前那样，仅仅是铁块的表面渗碳。
17世纪初，纽斯鲍姆（J.Nussbanum）在巴伐利亚首次尝试坩埚制钢的工艺：即把熟铁条装入坩埚，其上覆盖木炭，然后入入反射炉中加热数天。这一工艺看上去类似于古代印度的乌兹钢生产工艺，但本质上仍是渗碳成钢，因为加热的温度并不足以使坩埚中的熟铁熔化。
1614年，英国的艾略特（W.Ellyot）和梅耶塞（M.Meysey）获得一项渗碳制钢工艺的专利。这项工艺的操作是在一座炉窑中进行的：将铁棒与木炭块交替放入炉中的砂石坑中，然后用粘土将坑密封，点火加热到1000℃的高温，保持8-10天，然后熄火，冷却数天，即可得渗碳而成的“钢棒”。不幸的是，用这种工艺似乎没能生产出高质量的钢，因为当时英国钢的消费者如钟表匠、刀剪制作商和枪炮制造者等，曾发起一场有影响的请愿运动，要求英国政府允许他们从国外进口高质量的钢。后来，由于引进瑞典的高纯棒铁为原料，以木炭粉取代木炭块，并改进操作，才使渗碳钢产品的质量得到了一定程度的提高。
总之，在16、17世纪的欧洲，渗碳法是主要的工艺。除这一工艺外，还用精炼法制钢。精炼法是将生铁改炼成熟铁的一项工艺，其过程就是将生铁熔化，并在空气中氧化脱碳。只要适当地控制脱碳的程度，就可以得到钢产品。这一制钢的工艺思想正是18世纪搅炼钢工艺和19世纪吹气炼钢工艺的基础。
新金属的发现或识别
16、17世纪广泛开展的矿冶活动为人类发现新金属创造了条件。铂、锑和铋这三种金属正是在这一时期为人类所识别的。
铂最早为南美的印第安人所认识并应用，因为南美洲出道天然的铂。15世纪，西班牙人到达南美，发现了这种金属，称之为“小银”，并带回欧洲。当时就有人以铂与金、银相混，制出“伪金”，“伪银”，搅乱了贸易市场;西班牙国王曾为此发布命令，将所有的铂倒入大海中销毁，并严禁将铂带回欧洲。意大利斯卡利格于1557年首次记述了铂的性质，指出这种白色的难熔金属出道于墨西哥的银矿中。铂因而成为欧洲人所知的第八种金属。18世纪以后，铂才被称作白金。
欧洲曾出土过古希腊时代的铋的实物，但极少。铋被视作一种新元素从15世纪即开始了。到16世纪，阿格里科拉指出铋不同于锡和铅，是一种新金属，他称之为Bistmutum,并描述了冶炼铋矿石的方法。铋可与锡、铅或锑形成易熔合金，当时主要用来制作金属活字。
史前时期的锑实物在欧洲曾有发现，但数量极少;历史文献中也极少谈及锑，这表明古人并没真正认识这种金属。直到1556年，阿格里科拉才首次指出锑是一种新金属，并叙述了用矿石熔析工艺生产锑的方法。但根据他的记述，他所说的锑实际上是硫化锑。1604年德国人瓦伦廷（B.Valentine）在《锑的胜利车》中记载了锑和硫化锑的提取方法。在当时，锑也主要用于制作金属活字。
传统有色冶金技术的进步
传统有色冶金技术包括炼铜、炼铅、炼银和炼锡等内容。自15世纪下半叶以来，欧洲各地的矿冶活动日益兴盛，各种有色金属的冶炼技术在继承中世纪传统的基础上有了改进和发展。
1.          炼铜
铜是一种古老的金属。早在古代和中世纪，人类已掌握冶炼氧化铜矿和硫化铜矿的技术。进入15世纪后，炼铜技术的进步主要有如下两个方面：(i)炼炉前设置前床;（ii）含银铜矿的冶炼和利用。
阿格里科拉曾详细记述了16世纪的硫化铜矿冶炼工艺：首先焙烧硫化矿，而后冶炼得到低品位的冰铜，冰铜与渣从炉内流出，在前床内依比重分层而分离开;而后焙烧冰铜，并再次冶炼，使铜冶炼成粗铜。在这一过程中，前床为富集冰铜起了重要作用。
含银铜矿的冶炼是16世纪的一项重要工艺，方法是在冶炼过程中加入铅，使铜矿中的银熔入铅中;而后在铜的熔点下加热，使铅熔析出来;然后再从铅中用灰吹法提银。这一工艺在埃克尔《重要矿石论》中有详细记载。
2.          炼铅和炼银
铅矿在古代世界各地曾得到大量的开采和利用。进入近代以后，炼铅仍沿用传统的鼓风炉，而银主要是炬铅的副产品，仍用灰吹法从铅中提取。16、17世纪的英国是当时铅的主要生产国。与此同时，西班牙在南美已开始大量开采和冶炼铅矿。
阿格里科拉曾记载一种通用的炼铅鼓风炉，其炉底用木炭粉混合粘土制成;先堆装木柴，木柴上铺放焙烧过的碎铅矿，无需和很高的温度，铅矿即还原为铅，滴下聚焦于炉底，并向外流到前床上。
炼铅技术在这一时期的重要进展发生在1637年左右，那时反射炉已开始作为一种新炉型用于炼铅，最初是焙烧矿石，而后才主要用于冶炼。这一进展最初出现在南美洲，17世纪下半叶，在欧洲，反射炉才逐步取代鼓风炉，成为主要的炼铅装置。
3.          炼锡
近代欧洲主要有两个炼锡中心，即英国的康沃尔和捷克的波希米亚。16世纪时，波希米亚产锡达到极盛，其后因战争而渐衰落，从而使康沃尔成为当时欧洲唯一的产锡中心。当时炼锡基本沿用传统的鼓风炉，阿格里科拉曾描述过炼锡所用的鼓风炉。欧洲采用反射炉炼锡则是18世纪初才出现的。
17世纪时的中国，炼锡沿用鼓风竖炉。《天工开物》中描绘有这种炼锡竖炉。
锡的拉丁文名Stannum源于梵文Stan，意为坚硬。而锡本身却很软，这种自相矛盾颇令人费解。在15-17世纪的欧洲，锡的主要用途是制作金属活字，此外是镀在铁板表面，起防腐作用。铁板镀锡技艺早在13世即在波希米亚出现，并一直流传下来，英国人直到17世纪下半叶才从波希米亚人那里学到这一技艺。
总之，15-17世纪，采矿、冶金活动在世界各地特别是欧洲得到了迅速发展，工艺技术得到了广泛传播，从而为欧洲工业革命时代的到来奠定基础。

sdsh · 发表于 2007-11-13 19:11:36

世界近现代金属史（四续）
达比的焦炭炼铁技术使高炉容积有可能增大，以提高产量，这就自然提出了增强鼓风的要求，需要用更大的动力鼓风装置来代替水力驱动的风箱。这一重大变革的实现归功于英国伟大的发明家约翰•威尔金森。
威尔金森生于1728年，其父艾萨克•威尔金森是一位炼铁厂主，曾对高炉鼓风机的改进作过贡献。威尔金森年幼时在家帮父亲经营产业，获得了炼铁，铸造等冶金操作的基本知识，年长后即离家自创事业。数年后，他积累了足够的资本，建起了炼铁厂，铸造枪、炮等军械。1774年，他发明了一种新的钻孔机床，在这种机床上钻孔的刀具是固定的，而被钻孔的材料则处于旋转之中，以前的方法正好与此相反，为此他获得了“枪炮铸造和钻孔新方法”的专利。这项专利提出的正是时候，因为詹姆期•瓦特于1769年发明的蒸汽机，由于气缸钻孔不够精密，蒸汽泄漏，达不到应用的效率，而无法推广应用。采用威尔金森的钻孔机床后，气缸的精密度大大提高，首次生产出了优质的蒸汽气缸，从此，蒸汽机作为一种新型动力装置才真正走上历史舞台。
威尔金森不仅为蒸汽机提供了优质气缸，而且还是最早将蒸汽机应用于冶金操作的人之一。正是在他的带动下，英国的炼铁厂都纷纷用蒸汽机取代水轮作为鼓风动力，使冶金效率大大提高。
威尔金森还试验将蒸汽机用作锤锻加工的动力，经数年努力，终于在1783年获得成功。这是人类历史上第一次实现用蒸汽动力锻造金属。这一技术发明持续应用了60年，直到纳米斯发明直接作用的蒸汽锤为止。
威尔金森在其他事业上也是一位伟大的先驱者。1780年他与达比第三合作建造了英国历史上的第一座铁桥，该桥呈半圆形状，单孔跨度为30多米，至今仍完好地横跨在塞文河上，成为英国著名的历史遗迹。1787年他建造了英国历史上的第一艘铁船。要知道，在当时许多人看来，造铁船简直是疯狂的念头。然而，威尔金森成功了，铁船安危无恙地航行在塞文河了。
威尔金森一生都跟铁打交道，死后也依然与铁不可分享。他长眠在特制的铁棺材中，他的墓碑是高12米、重达20吨的铁碑。
4.3尼尔森和高炉热风技术
直到1828年，鼓入高炉的空气都是冷的，当时的炼铁家们压根儿就没有想到用热空气。事实上，当时有这样一种信念，认为风越冷，铁的质量越好，每座高炉冬天的产量总是比夏天的高，人们自然把它归因于冬天的风温冷。然而，1825年，英格兰的一位名叫尼尔森的工程师提出了新的见解。他认为高炉冬天的产量高，炉况好并不是因为风温低，而是因为冬天的空气干燥，夏天的空气湿。
尼尔森提出这一见解并非出于偶然。他是一位煤所工程师，从事煤气净化工作。当时有一位炼铁主向他求教，问能否象净化煤所那样净化空气，因为这位炼铁主认为空气中含有硫，引起高炉炉况异常，尤其是在夏天，铁质量更差，尼尔森经反复观察、试验、终于发现，夏季高炉炉况不正常的原因在于空气中缺氧和湿气过多。而解决这一问题的关键是把空气干燥后再送入鼓风机。这一见解的提出和应用为高炉热风技术的出现铺平了道路。
鼓风的干燥明显改善了炉况，这就促使尼尔森进一步设想，预热鼓风有可能加大空气的何种，从而加快冶炼的过程。为验证这一设想，他做了一些试验，如在锻炉上采用热风，发现燃烧的火焰更为明亮。1829年初，他终于有机会在克莱德炼铁厂的高炉上进行鼓热试验。他采用了一个铸铁箱，长1.2米，宽0.6米，高0.9米，箱下安装火炉加热，冷空气从箱的一端进入，经加热后，从另一端出来即进入高炉的风口。试验的结果是令人鼓舞的，因为冶炼的效率果然提高了。同年2月，尼尔森获得了“高炉热鼓风”的技术专利，从而宣千了高炉热风历史的开始。
热风的采用是高炉炼铁史上的一项重大进步，它大大提高了炉温，使炉料在风口上即可完全熔化，同时也提高了一氧化碳的还原率，使炼铁的成本大大降低，而铁产量却显著提高。到1835年，热风技术在英国已广为采用，使英国的铁产量迅猛增长。后来，尼尔森致力于热风装置的改进，发明了铸铁管式热风炉，进一步提高了风温，增加了产量。然而，热风装置的革命性变革是由考珀（E.A.Cowper）作出的，他发明了至今仍广泛应用的蓄热式热风炉
4.4考珀与蓄热式热风炉
19世纪以前，从高炉炉顶逸出的热气体都飞散到空中，从未加以利用。直到1811年才有人提出利用高炉顶所来加热石灰和砖。英国人巴德最早想到用炉顶的热废气来加热热风炉，1845年他获得了这项技术专利。然而，这项技术在实际应用上并未取得很大进展，直到1857年考珀发明蓄热式热风炉，高炉顶气用于热鼓风才真正得以实现。
考珀生于1819年，其父是一位工程师，曾对印刷术的改进有过贡献。考珀从小受到良好的教育，曾在伦敦从师于著名的土木工程师学习工程达七年之久。其后，他就开始了自己的发明生涯。他的发明涉及铁路信号灯、自行车部件和电报等，但是最重要的发明还是蓄热式热风炉。
考珀作出这一重大发明并非出于偶然。虽然他不在炼铁厂工作，但他是著名发明家西门子（K.W.Siemens）的好朋友，而后者正是蓄热原理的发明者。可想而知，考珀对蓄热原理定不生疏。因此，当他着手改进当时所有的铁管式热风炉时，他自然会想到蓄热原理的妙用。1857年，考珀获得了蓄热式热风炉的专利。这种热风炉由两部分构成：一是燃烧室，二是耐火砖格构成的蓄热室。
在使用中，高炉炉顶废气首先进入燃烧室燃烧，热气上升，进入蓄热室，把热量传递给砖格，使之变热，变冷的废气通过烟囱排入空中;当砖格加热到一定温度后，即把冷空气鼓入热风炉中，使之从砖格上吸取充足的热量，出来就变成了热风，随即鼓入高炉中。一般一座高炉至少应有两座热风炉，便于交替加热和鼓风。
考珀的蓄热式热风炉引入高炉操作后，立即显示出巨大的效益：首先是节省了大量的加热冷风的燃料;其次是把热风温度提高到620℃、这一温度是以前从未达到过的，这样也就相应地提高了高炉的冶炼温度，加快了冶炼过程，节省了炉内燃料的消耗；第三是没有管式热风炉的种种缺点，如管子损耗、漏气、效率低等等。因此，考珀热风炉问世后数年间，即完全取代了管式热风炉，并一直应用到现在，显示出这一重大发明的巨大生命力。
考珀于1893年去世，终年74岁。他为人类所做出的伟大发明将永垂青史。
高炉炼铁技术体系的形成是工业革命时期最重要的成就之一。除以上所述及的焦炭炼铁、动力鼓风、热风、考珀热风炉等重大发明外，还有一些很有意义的发明;如1850年帕里（G.Parry）发明的双料钟加料装置;19世纪上半叶引入的矿石焙烧技术和焦炉炼焦技术等等。在高炉炼铁技术得到迅速发展的同时，将生铁炼成熟铁的精炼工艺也取得了重要进展，其中最突出的是科特（H.Cort）发明的搅炼工艺。
4.5精炼工艺的进展
将生铁改炼成熟铁的精炼工艺是为了适应民用需要而出现的。早期的精炼工艺是将生铁放入小型的鼓风木炭炉中加热，使之熔化并氧化脱碳，最后得到熟铁。这一工艺费时费力，并且要消耗大量昂贵的木炭。18世纪上半叶，曾有一些发明家尝试用煤或焦炭代替木炭，但因煤中的硫分进入生铁后造成热脆，这些尝试未获得成功。
1761年，伍德（John Wood）取得一项生铁搅炼的专利。他先在烧煤的普通精炼炉中将生铁精炼到接近可锻铁，此时铁中含硫，很脆。他进一步将铁块砸碎，混入熔剂，装进坩埚，然后入反射炉内加热熔炼;这样，碎铁块与合适的熔剂接触，氧化而成为锻铁或钢。1776年托马斯（G.Thomas）等人提出一项新工艺，采用反射炉直接熔炼一些未完全氧化的碎铁，但因难以控制氧化的进程，生产出的铁质量很不稳定，最终未能在工业上应用。
1783年，奥尼恩斯（Onions）作出一项大胆的尝试，他把重新熔化并仍处于熔融状态的生铁从敞口炉直接装入反射炉，靠强鼓风使之脱碳。这是用搅炼法炼制熟铁的先声。但最终尝试这一工艺获得成功的是科特，他取得了在烧煤的反射炉中直接熔炼熟铁的技术专利。
科特采用了一只长约2米，宽约1.2米的小炼炉，火门与浅炉缸之间有一砖墙相隔，以避免铁与燃料间的接触，边墙上开有小孔。
当生铁加热至1000℃以上时，搅炼工人通过边墙上的小孔，用长铁棒搅拌生铁液，使生铁液均匀地暴露于反射焰之下，氧化脱碳。当碳脱去后，铁的熔点逐渐升高，由液态转为糊状，糊状的铁被工人滚成铁球，然后用钳夹出，经锤打，挤出其中的夹渣，最后就得到所需的熟铁。这一过程一次约需2小时，每次可炼得熟铁100到250公斤。
科特发明的搅炼工艺有两个重要的优点：一是可以用煤，从而摆脱了以往精炼工艺对昂贵的木炭的依赖；
二是不在、需要鼓风，仅靠铁氧化物自身即可形成氧化脱碳作用。其不中之处是操作过程极为艰辛。
1820年，霍尔（Joseph Hall）对科特所有的反射炉的炉缸作了重要改进。原来所用的砂石炉缸极易被铁氧化物腐蚀，霍尔改用铁屑构筑炉底，不仅延长了反射炉的寿命，而且加速了生铁脱碳，从而提高了熟铁产量。
搅炼工艺的下一个主要发展是机械搅炼。因为靠人力搅拌高温铁液太艰辛，就促使人们尝试以机械装置来代替。1854年，著名的蒸汽锤的发明者内史密斯（J.Nasmyth）提出用蒸汽管来代替搅拌棒，即把蒸汽管伸到铁水下面，利用蒸汽的上升来搅拌铁水。这一思想的提出意义非常重大，因为1855年贝塞麦（H.Bessemer）发明顶吹转炉炼钢工艺正是由此获得的启发。贝塞麦曾表示把顶吹炼钢技术专利收益的三分之一让给内史密斯，这正说明了蒸汽搅炼的思想对发明顶吹工艺的启迪作用。只是，内史密斯谢绝了贝塞麦的谦让。
4.6亨茨曼和坩埚炼钢工艺
工业革命时期，炼钢技术最重要的进展是由亨茨曼（B.Huntsman）作出的。他发明了坩埚炼钢工艺。
前已述及，传统的炼钢方法是渗碳法，存在很多缺点：首先是钢件成分不匀，由钢伯表面及里碳含量渐次降低;其次是熟铁中原有的夹杂物损害了钢的性能;再次是热脆性。这些缺点都限制了渗碳钢的应用。
亨茨曼生于1704年。他原是一位钟表匠，因对用来制造钟发条的钢质量不满，开始尝试改进钢的质量，并进而对钢的生产发生兴趣。经过多年的试验，1740年他终于配制获得了一种可耐1600℃高温的耐火材料;他用这种材料制成坩埚，把打碎的渗碳钢装入坩埚，盖上盖子，用封泥封严，再放入炭火炉中加热至1600℃的高潮，此时，钢液熔化，碳含量在钢液中均匀分布，而夹杂物则漂浮到液面。熔炼结束后，取出坩埚，撇掉液面的夹渣，即可得到含碳均匀的优质的坩埚钢。一般一座炼炉可容80只坩埚，每炼一炉需要4-5小时。
坩埚炼钢工艺是转炉炼钢技术发明前最重要的炼钢方法，是欧洲历史上钢首次被熔化冶炼。坩埚钢问世后立即吸引了工业界的极大注意，许多钢铁厂的厂主都千方百计想获得冶炼坩埚钢的奥秘，而亨茨为保护自己的技术秘密也作了长期不懈的努力。然而，1749年的一个寒冬之夜，一位名叫瓦尔克（S.Walker）的铸铁厂主，乔装成乞丐来到亨茨的钢厂，他取得了工人们的同情，被允许在炉旁取暖，从而有机会仔细观察了这一夜进行的炼钢过程。坩埚炼钢技术的秘密就这样被窃取走了。其后不久，瓦尔克就建立起自己的坩埚炼钢厂，坩埚炼钢工艺在英国也迅速流传开了。到19世纪中叶，在英国的谢菲尔德（Sheffield）已有大约有6万吨。正是因为坩埚钢，谢菲尔德赢得了世界炼钢中心的声誉。整个19世纪，坩埚炼钢中心的声誉。整个19世纪，坩埚炼钢一直是熔炼优质钢的最主要的方法，只是在电炉炼钢的最主要的语法，只是在电炉炼钢技术出现后，这一传统的工艺才退出历史舞台。
4.7工业革命时期的金属铸造和加工技术
铸造铸铁的应用已有悠久的历史，但发展缓慢。公元1722年，列奥米尔（R.A.F.Reaumur）创制“冲天炉”，并开始用显微镜研究铸铁的组织和断口，这是这一时期很有价值的发展之一。公元1734年，斯韦登贝里（Sevdeberg）所著《铸铁学》问世，对铸铁工艺有了初步的理论认识。公元1765－1785年间，由于蒸汽机的出现，从18世纪60年代起机器制造业中大量使用铸铁，运输部门也使用铸铁轨，公元1788年为巴黎自来水厂生产了部长60公里的输水铸铁管。铸铁的需求量的增加，促进了铸铁的技术进步和理论研究。
在铸型方面引用了湿砂范。以前铸件是用粘土范或泥砂范铸造的，由于范内含有大量的粘土，必须将范彻底烘烤或者表面烘干，把大部分水分驱除掉，提高铸型的透气性，否则铸件会产生疏松、气孔，影响质量。使用含粘土很低的天然砂，并加水，就能使砂有足够的强度和透气性，可以直接把铁水浇入湿砂型中，达比第一曾使用它生产薄壁铸铁“锅”。
19世纪的冲天炉是用长条铸铁板拼合成桶状，并有熟铁箍住。内用天然砂石砌衬，用耐火泥粘接。

sdsh · 发表于 2007-11-13 19:13:53

锤锻将水轮机的旋转运动应用到锤锻上，出现了用水力驱动的杠杆锤。由于蒸汽机的发展，也应用于锤锻上，发明了汽动跳动锤。到公元1787年，已有用一台28马力的发动机带动两台锻锤－杠杆锤。每台配一带鼓风的砖砌烧煤锻炉，铁块在炉内再加热到铸造温度。这类锻炉可用于有色和黑色金属工艺。事实上，它们一直沿用到今天。当时的锻工间，备有坑式炉和气缸鼓风机。
拔丝 18世纪对金属丝的需要不断增长，促进了对自动拔丝机器的研制。比林古乔等人研制的链钩座和用曲柄操作的手工拔丝法，虽能满足制造线材和更粗的材料之用，但不能满足生产细丝。迪德沃特（Diderot）设计了一种水力驱动的自动拔丝机。一台水轮机机带动5台机器操作。动力靠凸轮或曲柄传递到夹钳，间歇着拉动拉模后面线盘上的线料通过拉模。一个人可以台机器，即供给机器从铜板上切下来的铜条。
轧制技术在金属加工方面，欧洲在16世纪以后开始使用机械的金属塑性加工方法。最早的蒸汽锤安装在法国，而水压机则是英国发明的。在轧制铅片的手摇轧机基础上，欧洲出现了由珀内尔设计出带孔型的双辊轧机用以轧制棒状产品。科特采纳了珀内尔的思想，用有孔型轧机轧制熟铁，成为生产型材的有效加工方法，科特因此被西方誉为“近代轧制之父”。1836年蒸汽机驱动轧机的出现是金属加工的重要进步。为减薄钢板的英国在1720年左右发明了薄板叠轧技术，某些工厂至今还在应用。19世纪50年代厚钢板生产已使法、英两国相继用10厘米轧制铁板制造战舰装甲。
机床的发展机械工程和金属切削加工的发展是和从英国开始的工业革命密切相关的。当时蒸汽机的出现和纺织工业、采矿工业、军事工业的兴趣，对加工技术不断提出新的要求。每一种新产品的发明和设计，必须解决相应的加工技术，才能付诸实现。约翰•威尔金森发明的新的钻孔机床帮助詹姆斯•瓦特在公元1776年成功地制成了第一台新的蒸汽机。18世纪中叶以后，由于工业革命的推动，金属切削机床迅速发展。大约经过100年的努力，完成了金属切削机床的革命，解决了各种各样的加工问题。
1750年法国安托万•西奥在车床上装了一个刀架，用丝杠驱动纵向进给，比过去用手握持车刀进给前进了一大步。1770年英国工和师杰西•拉姆斯登（Jesse ramsden）首先在车床上车制螺丝。1818年美国惠特奈发明了铣床，用单齿铣刀进行工作。1829年苏格兰詹姆斯•内斯密斯（James Nasmyty）制成了分度铣床;1836年，他又发明了刨床。1835年英国工程师惠特沃思第一次设计了由丝杠同时驱动纵向和横向进给的车床。1855年，美国的罗宾斯和劳伦斯公司制造出转塔车床，可装8把刀具，轮流进行8道工序的加工。1865年，在巴黎举行的博览会上，展出了各种各样品种齐全的金属切削机床，标志着机床和金属切削加工已经发展到一个崭新的历史阶段。

sdsh · 发表于 2007-11-13 19:14:56

世界采矿冶金大事记（一）
世界采矿冶金大事记（一）
梅建军金属世界 1993.1
采矿、冶金的出现是人类文明开始的重要标志之一。从古至令，矿冶活动一直深刻地影响并改变着人类的物质和精神生活、本文将通过记述世界历史上有关金属发现、提炼、加工和应用的一些重大事件，来展示人类创造金属文明的历程。本期将从近代即15世纪开始叙述。
15世纪初，英国、匈牙利和意大利等国民将水力机械用于炼铁鼓风，这是欧洲炼铁技术的重要变化，为鼓风高炉的出现奠定了基础。中国早在汉代（公元1世纪）已采用水力鼓风炼铁。
15世纪，德国人瓦伦泰思提出了金属的“三原素”论，认为金属是由硫、汞、盐三原素所组成，硫指颜色、硬度、亲和力及可燃性，汞指光译、蒸发性、熔解性及延展性，而盐指凝固性和耐火性等。
15世纪，西班牙人到达南美洲，发现了新金属铂，铄之为小银（Platina）并带回欧洲。有人以铂与金，银相混，制出“伪金”、“伪银”，搅乱了金融市场。西班牙国王不得不下令将所有的铂倒入大海中销毁，并严禁将铂从南美洲带回欧洲。
1416年，中国铸成武当金殿。该殿建于湖北武当山天柱峰顶，为铜铸鎏金仿要结构，采用分铸，失蜡等多种工艺铸成，高5.5m、宽5.8m、进深4.2m,是中国早期的大型铜铸建筑物。
1418-1424年，在北京德胜门铸钟厂铸成永乐大钟，是中国已发现的最大的青铜钟，也是世界著名大钟之一。该钟通高6.75m，钟肩外径2.4m，口沿外径3.3m;壁厚不匀，最厚处为185mm，最薄处为94mm;重约46t;钟体内外遍铸经文，共约23万字;采用泥范工艺铸成。大钟现存北京大钟寺博物馆（原称觉生寺）。
15世纪，明代中叶，中国已能冶炼金属锌，当时称作“倭铅”。在此之前，印度已掌握蒸馏炼锌技术，并开始了商业化生产。欧洲直到18世纪才开始锌的工业化生产。
15世纪中叶，欧洲出现水力鼓风高炉，并炼出了液态生铁。这是欧洲炼铁史上的划时代的进步。
1450年，德国人古腾堡（1400-1468）受中国活字印刷术的启发，发明了铅活字印刷术，这是最早出现的金属之一。
1453年，土耳其人采用重19t、长2.6m的青铜巨炮，攻陷了东罗马首都君士坦丁堡。这一重大事件标志近代历史的开始。
1480年，意大利伟大的艺术家和工程师达芬奇绘制出冷轧金属板的轧机草图，是世界上最早的轧机设计图。
14-15世纪，中国明代已采用焦炭炼铁，比欧洲早300多年，同一时期，中国还发明了活塞式木风箱鼓风技术，广泛用于冶金操作。
1488-1505年，中国明代中叶，江苏无锡人华燧、华坚发明铜活字印刷术，并首次印刷出版了《宋诸臣奏议》一书。同一时期，中国还有人用铅、锡铸作活字。在此之前，朝鲜已采用铜活字印刷打桩，是最早的金属活字之一。
1497年，德国铸成8t重的大铜钟。
16世纪初，中国明代傅浚著《铁冶志》二卷，现已失佚。傅傩为福建南安人，明正德年间（1506-1521）曾督办河北遵化铁厂。该厂是明代重要的铁冶场所，《铁治志》很可能记述了当时冶炼的生产技术状况。
16世纪初，在墨西哥已采用汞齐冶金法（即混汞法）提银。200年以后，此法传入欧洲。
1530年，德国人阿格里科拉（1495-1555）出版《论矿石的性质》一书，阿氏的职业是医生，但他同时对矿冶技术感兴趣，因此把大量的时间和精力用于考察和研究矿物及矿冶技术。
1540年，意大利人比林古乔出版《火法技艺》（又译《论高热技术》）一书。该书是近代欧洲第一部真正系统地实用地论述矿冶技术的专著，共分十卷，凶手矿石熔炼，各种金属的痛惜、铸造和拉拔等内容，是研究近代欧洲金属史的重要文献之一。图1即取自《火法技艺》，描绘了16世纪试金实验室中的各种装置，如天平，试金炉和铸模等。
1543年，西班牙人在南美洲的玻利维亚发现了波托西银矿，随后进行开采，并于1574年在该矿山采用汞齐冶金法提银。
1550年，德国人罗伯辛格发明木风箱，以代替皮风箱，用作炼铁鼓风。
1553年，法国人吕得埃和德科斯建成轧制金银板材的轧机，用以制造货币。该轧机借用与下辊相联的“强臂十字”人工操作，使轧辊传动。
1554年，德国制定萨克森矿业法。
1556年，阿格里科拉的名著《论金属》（又译《论冶金》、《矿冶全书》）出版。这部书是16、17世纪矿冶技术方面的权威影响极为广泛，曾先后被译成德文（1557年，原书用拉丁文写）、意大利文（1563年）、中文（1621年）、英文（1912年）和日文（1968年）。全书共分12篇，涉及矿业及相关冶金工序的各个部分，如地质勘探采矿工程、选矿、金属冶炼和试金术等。书中还附有大量生动的插图，为后人研究当时的矿冶技术提供了极为珍贵的资料。图2即取自《论金属》，描绘了正在冶炼中的熔析炉的操作情景。
1556年，《论金属》中首次指出锑和铋是两种新金属，并描述了它们的提炼方法。但阿格里科拉所谓的锑实际上是硫化锑。
1556年，德国已采用畜力马匹为动力来带动排水机械，以代替风力和水力，用作矿井排水动力。
1557年，意大利人斯卡利格首次描述了铂的性质，指出这种白色的难熔金属出道于墨西哥的银矿中。铂自此成为欧洲人所知的第8种金属。同一时期，贵金属从关注大量流入欧洲。
1574年，德国人埃克尔（1530-1594）出版《重要矿石论》一书。该书系统总结了各种金属及矿物的检验、制取和精炼并描述了实验室的一些常用设备及制作方法。书中还首次指出从溶液中用铁沉积出铜是由于转换反应，埃克尔因此被誉为欧洲湿法冶金的先驱。
1576年，南蛮铸造冶金法传入日本。同一时期，日本国友锻冶所大量铸造枪炮。
1590年，比利时人博希在英国肯特郡的达特福特市首创用水轮机驱动的轧机。
1593年，朝鲜铜活字印刷术传入日本。
1595年银铜分析法传入日本。同一时期，日本的矿山业（金、银、铜）获得迅速发展。
1596年，中国古代李时珍（1518-1593）的名著《本草纲目》出版。这部医学巨著也记载了大量的矿物学知识，其中较重要的是记载了用砷可冶炼白铜，是古代有关白铜的重要文献依据。
16世纪后期，中国的锌已向欧洲出口。在广东省曾发现有“明万历十三年乙酉”（1585）字样的锌块，含锌98％。

sdsh · 发表于 2007-11-13 19:16:06

世界采矿冶金大事记（二）
世界采矿冶金大事记（二）
梅建军金属世界 1993.2
17初，纽斯鲍姆（J.Nussbaum）在巴伐利亚首次尝试坩埚制钢的工艺，他把熟铁条放入坩埚，其上覆盖炭，然后放入反射炉中加热数天。但由于没有达到使钢熔化的高温，这样生产出的钢仍是渗碳钢，而不是坩埚钢。
1602年，中国在云南昆明铸成高6.7米、宽6.2米、深6.2米的铜殿，迁至鸡足山金顶寺，是至今尚存的著名的大型铜铸建筑物。
1604年，德国瓦伦廷（B.Valentine）著《锑的胜利车》，书中首次描述了锑及硫化锑的提取方法。在当时，锑主要用于制作金属活字。
1614年，英国艾略特（W.Euyot）最早尝试用煤代替木炭炼铁，生产出的铁含硫高，不适于锻造，故此技术未能得到推广。
1622年，法国人焦塞（Jousse）出版了一本有关制锁工艺的书，其中记述了他对金属性能所进行的广泛观察和讨论，包括轧机、淬火和回火的应用等。他指出熟铁的热脆性与硫有关。
1637年，中国明代宋应星所著《天工开物》刊行，该书是有关中国古代科学技术的百科全书，其中详细记载了金、银、铜、铁、锡、铅、锌等七种金属矿的开采、洗选、冶炼和加工方法，并记录了生铁熔炼和炒炼的过程，以及活塞式木风箱、焦炭冶炼、铸锅、铸干钧钟、锻干钧锚等重要的技术创造。有关炼锌工艺的记述是最珍贵的史料，表明中国是世界较早炼出锌的国家。图1即为《天工开物》中的炼锌图。
17世纪中叶，在南美洲已使用反射炉，这是炼铅技术的重要进步。其后，欧洲各国亦仿效之，使反射炉炼铅技术得以迅速推广。
1654年由于和波兰进行战争，俄国国库空虚，对钱币的需要不断拉架。沙皇竟下令用廉价的铜币代替银币使用，造成钱币贬值，通货膨胀。1662年，在莫斯科发生了历史上称之为“铜骚乱”的暴动。沙皇跃然镇压了暴动，但也不得不取缔泛滥成灾的铜币，而恢复使用银币。
1660年，欧洲已采用湿砂范铸造金属器件，这是造型材料的重要发展。
1664年，英国人鲍尔（H.Power）最早用显微镜观察金属表面，指出金属的抛光面充满裂纹、小坑和凸起。
同年，中国方以智《物理小识》刊印，书中记述了明代后期的一些金属冶炼和加工技术，如鎏金技术等。
1665年，英国物理学家胡克（R.Hoore）用显微镜观察到剃刀表面的锈点和划痕。
1671年，中国清康熙九年，吴三桂在云南昆明命工匠仿武当山金殿铸成高6.7米，宽和深6.2米的铜殿。总重约200吨;该殿现存在昆明东北郊的鸣风山，称作铜瓦寺，是著名的古代铜铸建筑物。
1673年，传教士南怀仁受命铸造大小炮120门，并刊印《神武图说》一书。
1695年，欧洲矿山已采用活塞式蒸汽机作为矿井排水的动力。
17世纪末，英国赖特（D.Wright）采用反射炉炼铜;同一时期，中国的活塞式木风箱传入欧洲。
1703年，利迪科特（Liddicott）和莫尔特（Moult）取得了用煤炼锡的专利。这一技术虽降低了炼锡的成本，但也使锡的质量下降。
18世纪初，俄国彼得大帝下令在乌拉尔建炼铁厂，使乌拉尔的铁矿资源得到大规模开发。在卡明河和涅瓦河畔建起了两座炼铁厂，炼出了俄国历史上的第一批生铁。
1705年，罗伯特莱达尔（Robert Lydall）发明了反射炉炼锡法，使炼锡技术有了新发展。当时，由于铁板镀锡技术的传播，使锡的需求量大增。
1708年，英国达比（A.Darby）发明砂型铸造技术，以较便宜的铁代替黄铜来铸造容器。
1709年，达比采用焦炭取代木炭炼铁获得成功，并取得技术专利。这项技术是炼铁史上的一项重大变革，为高炉炼铁向大型化发展铺平了道路。
1713-1716年，法国科学家列奥米尔（R.deReaumer）用显微镜观察钢的断口，以判定钢的质量高低。他已认识到钢与铁存在某种区别，并试图阐明钢的热处理机理。他还制定了最早的硬度标准，以测定金属的相对硬度。此外，他研究了渗碳制钢工艺，主为最好的渗碳剂是油烟、木炭、炉灰和食盐的混合物。、

sdsh · 发表于 2007-11-13 19:16:42

世界采矿冶金大事记（三）
世界采矿冶金大事记（三）
梅建军金属世界 1993.3
1714年，德国华伦海物（G.D.Fahranheit）发明了水银温度计，并制定了著名的华氏温标。
1720年，英国发明薄板叠轧技术，是金属加工技术的重要进步。
1722年，列奥米尔创造出白心可锻铸铁。方法是用氧化铁包裹铸铁块，放入加热数天，铸铁即脱碳成为可锻铸铁块，放入坩埚加热数天，铸铁即脱碳成为可锻铸铁。这是欧洲炼铁史上的重大发明，而中国早在公元前5世纪已掌握这一技术。
列奥米尔还同时创制了熔铁用的冲天炉。
1723-1735年，中国清朝雍正时期，在山西省五台山铸成大弄铜殿。现存五台山显通寺。
1728年，英国佩思（J.Payne）发明轧辊带孔型的轧机，以绞车驱动轧辊。这一技术获英国专利后，很快传入法国。
1731年，中国广东佛山所产铁锅名扬海外，大批商人前来购买，造成铁的流失。清朝政府为此下令禁止出口：“查粤东地方因向来生产铁锅，凡洋船买货，历来禁止。”
1734年，塞德伯格（Sevderberg）出版《铸铁学》，书中对铸铁工艺理论进行了初步研讨。
1735年，瑞典化学家布朗特（G.Brandt）发现金属钴。钴的名称来自一种称作“Cobold”（意为魔鬼精）的矿物。这种矿物和银矿为相似，但人们从中却提不出银来，故名之为魔鬼精。
同年，俄国铸成重达197吨的大铜钟，是世界最重的铜钟，号称“莫斯科钟王”。可惜大钟铸成后不久即破裂，掉下的小块也重达11吨，这只大钟因此成为历史上最著名的“哑”钟。
1736年，为增强国力，中国清朝乾隆奖励开采矿山。
1738年，英国钱皮思（W.Champion）在布里斯托尔建起了欧洲第一座炼锌厂，创立了立式蒸馏炉炼锌工艺，并于1740年取得技术专利，从而开创了欧洲的炼锌工业。
1740年，英国亨茨曼（B.Hunsman）发明坩埚炼钢法，在欧洲历史上第一次炼得了液态钢水;这一发明的关键是制造出一种可耐1600℃高曙的耐火材料，以制作坩埚。从此，各种优质钢如工具钢均采用坩埚法冶炼。
1742年，俄国罗蒙诺索夫发表《冶金技术之基础》一书，是早期著名的冶金学专著。
同年，英国发明家达比之子用气压发动机取代水轮机作为鼓风动力，使炼铁高炉摆脱了对水力的依赖。
1746年，德国马格拉夫（A.Marggraf）发表长篇论文《从天然的菱锌矿中提取锌的方法》，首次从化学角度研究了锌的性质。次年，他将显微镜用于化学研究，从甜菜中首次提出糖，并应用焰色法区别钾和钠等元素。
1747年，瑞典出版《矿物学》一书，是早期系统记载矿物的专著。
1749年，英国人沃克尔（S.Walker）乔装成乞丐混入亨茨曼的坩埚炼钢厂，窃得坩埚炼钢的技术。随后，他在自己的炼铁厂中应用亨茨曼的技术炼钢，自此，坩埚炼钢技术在英国迅速流传。这是工业革命时期著名的“工业间渫“案，亨茨曼为保护自己的专利进行了长期的法律诉讼。
同年，中国清朝乾隆皇帝命廷臣梁诗正等仿效宋代《宣和博古图》体例，编《西清古鉴》四十卷，二年编成，四年后内府刻本。该书是清代宫廷所藏古代青铜器的大型谱录，所收青铜器共计1436件，镜93面，其中约有三分之一为伪器。该书对清代及后世的青铜器研究有很大的影响。
18世纪中叶，英国发明炼制焦炭的新方法，合焦炭炼铁技术得到迅速推广。
1751年，瑞典矿物学家克隆斯塔特（A.Crostedt）从钴矿中分离出金属镍。镍的名称源于德语“Kupfernickel”，意为“魔鬼铜”，因为矿物学家把镍矿误作铜矿，但人们想尽办法也无法从中提炼出铜来，只好归罪于矿山魔鬼尼克。倒是中国的工匠早在公元4世纪就利用镍矿炼出了铜和镍的合金——白铜。这种似银的铜合金17世纪已输入欧洲，被欧洲人名为“中国银”。
1753年，法国若弗鲁瓦（C.Geoffroy）和瑞典伯格曼（T.Bergman）确定铋是一种新的元素。
铋的名称来自德文Wismut，意为白色金属。早在16世纪，在欧洲人已提炼出铋，并用于制作金属活字，但经常将铋误作其他金属如铅和锡等。
1755年，中国在北京颐和园铸成高7.55米的铜亭，采用了砂型、泥型和失蜡法等多种铸造工艺。铜亭重达200余吨。八国联军侵入北京时，将亭内文物洗劫一空。
1761年，英国伍德取得一项生铁搅炼的专利。方法是先在烧煤的普通精炼炉中将生铁精炬到接近可锻铁，此时铁中含硫，很脆;进一步将铁块砸碎，混入熔剂，装进坩埚，入反射炉加热熔炼，使之氧化成为锻铁或钢。
同年，中国在河北承德避暑山庄仿北京颐和园铜亭用铜铸成“承德金顶”，名“宗源阁”，高7.55米。1944年，金顶被侵华日军拆走，迄仿没有归还。
1765年，德国在弗赖堡创建了矿山学校，成为矿冶教育的滥觞。

sdsh · 发表于 2007-11-13 19:17:15

世界采矿冶金大事记（四上）
世界采矿冶金大事记（四上）
梅建军金属世界 1993.5
1766年，英国珀内尔（J.Purnell）在手摇式轧机基础上设计成带孔型的双辊轧机，用于轧制线材，以生产熟铁螺栓。这一发明扩大了熟铁的需求，从而推动了熟铁搅炼工艺的发展。
1772年，俄国矿务总局发布“关于铁的检验法”，对铁和钢材质量的检验方法和标准首次作了规定，这是俄国最早的有关铁质量的法令。对于生产废品的工厂主法令规定予以严厉惩罚，如鞭打、苦役和流放等。
1774年，瑞典伟大的化学家谢勒（C.W.Scheele）向斯德哥尔摩科学院提交一篇论文《论锰及其性质》，宣布发现了两种新金属即锰和钡。谢勒一生共发现了7个化学元素，其中有4个为金属，是世界上发现化学元素最多的科学家。
同年，谢勒的朋友和同胞甘恩（J.G.Gahn），首次用碳还原法从提纯过的软锰矿中制得金属锰。在此之前，奥地利人凯姆（I.G.Kaim），于1770年也曾用还原法从软锰矿中抽取出少量的不纯的锰，但他没有完成这一研究，从而错过了发现元素锰的荣誉。另一位科学家伯格曼（T.Bergman）也认识到软锰矿中含有一种新金属，但他没能从中分离出锰。锰的拉丁文名manganesium是从软锰矿的名称mangansis衍生出来的。1808年，镁（magnesium）被发现后，为避免混淆，锰的名称改为manganum。
同年，谢勒在研究软锰矿过程中发现一种新的倾倒物，因其比重大，命名为“重土”（Baryta），并断定是一种新元素。这就是钡，其名称源于希腊文baras，意为“重的”。直到1808年，英国戴维（H.Davy）才成功地用电解法从重晶石中制得金属钡。
1775年，英国威尔金森（J.Wilkinson）发明了新型镗床，并取得了“铁枪炮铸造和钻孔新方法”的专利。用这一新技术制出了高精度的蒸汽机汽缸，从而为瓦特蒸汽机的推广应用铺平了道路。
同年，法国格瑞龙（Grignon）的冶金论文集出版。他在书中最早描述了鼓风炉炉料在下降过程中的各种变化，浇注过程中气体的析出和燃烧，以及气体引起的铸件疏松等现象，还论述了铸铁表面析出石墨的成因。该书对冶金学的发展有一定的贡献。
1778年，瑞典化学家谢勒用浓硝酸处理辉钼矿时，得到一种白色的化合物，他称作“钼酸”，并断定是一种新金属的氧化物。但他未能从中分离出钼。四年后，他的朋友耶尔姆（P.J.Hjelm）才完成这一工作。钼的名称molybdenum是从铅矿的希腊名称molybdena衍生来的，因为辉钼矿与辉铅矿很相似。
1780年，威尔金森主持建造了英国历史上的第一座铸铁桥。该桥呈半圆形状，单孔跨度30余米，至今仍完好地横跨在塞文河上。现为英国铁桥博物馆保护。
1781年，瑞典化学家伯格曼出版了关于铁的化学分析的论著，首次阐明了铁与钢的区别所在，指出“钢是铁与碳交互作用的产物”。这一发现是冶金学发展史上的第一个重大突破，为钢铁热处理的机理和炼钢工艺的原理奠定了基础。
同年，谢勒从当时称作“重石”的矿物（瑞称白钨矿）中发现在一种新元素的酸，并以瑞典文tung(重)和sten(石头)的复合词tungsten命名这种新元素，即钨，此名为英、美使用。德国等一些欧洲国家称钨为wolfrahm，意为狼的泡沫。这一说法源于中世纪，因为那时冶炼含钨的锡矿时，由于钨进入炉渣，好象总有一部分“锡”被狼吞食了一样。两年后，西班牙人德卢亚尔兄弟（J.J.and F.de Elhuyar）从黑钨矿中提炼出钨粉。
1782年，英国的炼铁高炉采用蒸汽鼓风机鼓风，从而使高炉摆脱了对水力的依赖。
同年，德国矿物学家牟勒（F.J.Muller，后来成为Reichenstein）在研究奥地利的一种浅蓝色矿石时，发现一种新的金属元素，但没有得到化学办的承认。直到1798年，这一发现才被证实，新元素被命名为碲。
同年，瑞典耶尔姆采用碳还原法从钼的氧化物中，首次投篮较纯的金属钼（含有碳化钼）。后来，另一位瑞典科学家贝齐里乌斯（J.J.Berzelius）用氢还原钼氧化物方法制出纯钼。
同年，英国发明了高潮计，用于测量冶金的温度。
1783年，英国威尔金森将蒸汽机用作锤锻加动力的试验获得成功，从而在历史上第一次实现了用蒸汽动力锻造金属。
同年，英国奥尼恩斯（Onions）用反射炉直接熔炼生铁水，靠强鼓风使之脱碳。这是用搅炼法炼制熟铁的先声。
同年，西班牙德卢亚尔兄弟从钨矿中分离出氧化钨，然后用碳还原得钨粉。

sdsh · 发表于 2007-11-13 19:17:55

世界采矿冶金大事记（四下）
世界采矿冶金大事记（四下）
梅建军金属世界 1993.6
1784年，英国科特（H.Cort）取得了在烧煤的反射炉中直接熔炼熟铁的技术专利。这一工艺是通过搅拌生铁水，使之氧化脱碳成钢或熟铁，是转炉炼钢法发明之前最重要的炼钢技术之一。
1787年，英国威尔金森主持建造世界历史上第一艘铁船。
1788年，英国钱皮恩（J.Champion）取得了用闪锌矿（ZnS）炬锌的技术专利，从而大大扩展了炼锌的矿石来源。方法是在反射炉中把闪锌矿锻烧成氧化锌，然后用蒸馏法还原出锌。
同年，德国冶金学家阿查德（Achard）出版了一本有关合金性能的著作。书中叙述了900多种合金的实验结果，如密度、硬度和抗拉强度的测定等。
1789年，德国化学家克拉普罗特（M.H.Klaproth）从沥青铀矿中分享出一种具有金属光泽的黑色粉末，并断定是一种新金属，命名为铀（Uranium）。其理由是“在古代只知道有七颗行星，设想有七种金属和它们对应，按照惯例，这种新金属当然以最近发明的行星命名。”
这颗行星就是1781年由英国天文学家赫舍尔（Hersched）发现的天王星（Uranus）。由此开了以天体命名新元素的风气。但克氏所得到的黑色粉末并非纯铀，只是铀的氧化物和少量铀的混合物。直到1896年，科学家才制得纯铀。
同年，克拉普罗特把锆英石粉末和碱放在银坩埚中加热，所得熔块放入硫酸中溶解，从溶液中分离出一种新元素的氧化物。命名为Zirconia，锆的名称即由此而来。金属锆的制备直到1824年方才成功。
同年，法国化学家拉瓦锡（A.L.Lavoisier）的名著《化学纲要》出版，为近代化学奠定了基础。该书首次明确规定了元素的概念，当时已发现的元素有33个，分为四类，即气体单质、非金属单质、金属单质及土类单质，金属元素包括：锑、银、砷、铋、钴、铜、锡、铁、锰、汞、钼、镍、金、铂、铅、钨和锌，共17个。
1790年，英国科克肖特（J.Cockshutt）等人设计建造了四辊轧机，其上、下辊分别由单独的水轮驱动。
同年，英格兰医生克劳福德（A.Crawford）研究了在斯特郎丁（Strontain）村发现的一种称作菱锶矿（Strontianite）的新矿物，并断定其中含有一种前所未知的土（氧化物）。
1791年，英格兰化学家荷普（T.Hope）证实菱锶矿中有新土存在，这种土不是钙土和钡土的混合物。俄国化学家洛菲兹（T.E.Lovits）也独立地发现菱锶矿中含有一种未知元素。但纯锶的制备直到1924年才获成功。
同年，英国牧师格雷戈尔（W.Gregor）在研究钛铁矿时，发现其中含有一咱未知的金属元素。数年后，这一发现被证实，，新金属被命名为钛（titanium）。
1792年，中国清朝政府设宝藏局，特准西藏铸造银币，以西藏旧有的银钱改铸银币，称作“藏钱”，正面铸汉字“乾隆宝藏”，背面为唐古忒字，仅限于西藏一带流通使用。在此之前，中国仅在汉代铸过银币。
同年，富拉（Fuller）在英国获得用磁铁选别铁矿石的专利。但该工艺没有得到实际应用。
同年，意大利科学家伏打（A.Volta）发表最早的金属电势次序表。
1794年，芬兰人加多林（J.Gadolin）以一种新发现的黑色矿物中分离出一种未知元素的氧化物。因矿物发现于瑞典的一个称作乙特比（Ytterby）的小村庄，故将新物质命名为钇土（Yttria）。钇（Yttrium）成为第一个发现的稀土金属元素。后来，为纪念加多林的贡献，将原来的矿物称作加多林矿（gadolinite），也即硅铍钇矿。
同年，俄国的炼铁高炉已增高到13.5米。
1795年，英国皮瑞森（G.Pearson）在皇家学会发表有关印度乌兹钢（wootz）组织结构的研究论文，掀起了欧洲各国科学家研究乌兹钢的热潮。皮氏的论文是早期研究金属微观组织的经典工作之一。
1796年，中国清朝政府解除矿禁，准许民办矿业。同时，为抵御外寇，铸造重型铁炮。
同年，英国制造了第一台蒸汽动力铲，并很快在矿山得到应用。1797年，法国化学家沃克林（L.N.Vauquelin）经仔细研究断定，出自西伯利亚的红铅矿（即铬铅矿）中含有一种新金属，其性质和已知的其他金属完全不同。由于它的倾倒物具有多种鲜明的颜色，沃克林即据希腊文Chroma（颜色）将新金属命名为铬（Chrominm）。次年，沃克林用碳还原法试图从铬氧化物中分离出纯铬，但未获成功，仅得到碳化铬。
同年，英国布莱姆（J.Bramah）取得了第一个铅管挤压型的技术专利。由于被挤压的是铅液，所以这一工艺实际上是一种压铸工艺。
同年，英国莫兹利（H.Maudsley）发明车床，是金属加工技术的重大进步。
1798年，德国克拉普罗特证实了1782年牟勒发现的新元素，并把它命名为碲（tellurium），是从拉丁文“tellus”(地球)衍生来的。
同年，英国开始用蒸汽机驱动轧机。
1799年，意大利伏打在实验中发现，把不同的金属片放在硫酸中，用导线连接起来就可以产生持续一段时间的电流，从而制成伏特电池，进而发明了最早的电池。

sdsh · 发表于 2007-11-13 19:18:34

乌兹钢与大马士革剑(续)
乌兹钢与大马士革剑(续)
李延祥金属世界 1999.1
冶金考古续新篇
本世纪20年代后，关于大马士革剑及乌兹钢的研究从科学的角度转向了历史的角度，成为钢铁冶金考古的重要课题。
古印度文献关于乌兹钢的记载可追述到公元前3世纪，在公元后的第一个千年里，中印度的乌兹钢生产技术已经成熟，并分别向东南和西北方向传播到斯里兰卡和伊朗。从考古发掘和研究以及近代文献记载看，乌兹钢是以优质熟铁（有时配以少量生铁）在坩埚中炼成的晶粒粗大的含碳约1%-2%的高碳钢。在以黏土添加稻壳特制的容积约几百毫升的坩埚里，装入原料铁碎块与适量的木柴、树叶、果皮及少量炉渣混合物，在高温下熔炼数小时至一昼夜，熟铁原料吸收足够的碳而熔化成钢液，再经极缓慢（12-16h）的冷却后即可获得重约1kg的乌兹钢锭。
乌兹钢的起源地点、传播路线尚未完全确定。目前最新研究成果认为古代印度制乌兹钢的部分熟铁原料可能来自斯里兰卡岛和马达加斯加岛，这两个印度洋岛国古代都使用过一种独特的冶炼熟铁技术。马达加斯加岛紧靠非洲大陆，加之古代非洲存在多彩的冶铁技术的事实，又使人不禁推想乌兹钢或许还与非洲有关……。
乌兹钢锭输入到西亚地区成为制造刀剑和铠甲的优质原料。在700-800℃下对乌兹钢坯料折叠锻打成器，再经抛光、浸蚀、钢中不同组织被腐蚀的程度有另，使剑体表面显现花纹。大马士革剑锻造成型后要经过淬火处理。在今土耳其的一座宙宇中发现的有关文献记录了一种残酷的淬火工艺：剑坏被加热到象沙漠上升起的太阳的红热状态后，再冷却到紫红色，然后剌入一肌肉发达的奴隶体内，垂死挣扎的奴隶会把他的力气传给宝剑;被选定作淬火介质的通常是身体强健的努比亚黑奴。按此记载，剑坯首先要被加热到约1000℃以上，然后在空气中冷却到约730℃以上，最后急冷至37℃。淬火介质不仅限于黑奴。还有诸如“红发小孩”和“3岁大的用蕨菜喂养3天的山羊”的尿等等。另有用风冷法的记载，红热的剑坏由骑师托持着，在烈马迎风飞奔的过程中完成淬火。古人可能迷信地认为或风的力量在淬火过程中传给了宝剑，现代一些研究者则认为用风冷法对含碳和磷较高的钢进行淬火是一种好方法。
乌兹钢与镔铁
中古时期的印度和波斯与中国文化交流至为频繁，古代印度的乌兹钢和以其为原料在波斯制造的大马士革剑是否传入中国，是学者们很关注的话题。中国古籍中多次记载的镔铁及其制品被学者们怀疑就是乌兹钢及其制品大马士革剑。
中国古籍对镔铁的记载始于公元6世纪，《魏书•西域》、《周书•异域下》、《隋书•西域》都记载波斯出镔铁，唐代慧琳《一切经音义•苏悉地经》载有镔铁产于今克什米尔一带，系“以诸铁和合，或极精得，铁中之上是也”。宋代关于镔铁的记载明显增多，元代还专门设立了“镔铁局”主持其生产，明代山西、新疆都生产镔铁。明代曹昭《格古要论》还详细记载了镔铁制品的特征，“镔铁出西番，上有螺旋纹者，有芝麻雪花者。凡刀剑器打磨光净，用金丝矾矾之，其花则见，价值过于银。古语支识铁强如识金，假造者是黑花，宜仔细辨认……曾有镔铁剪刀一把，制作极巧，外面起花镀金，里面镶银回回字者”。
按上述古文献关于镔铁产地和特征的记载，大多数学者认为镔铁就是乌磁钢，“镔”是中亚语言对乌兹钢称呼的音译。问题是目前我国还没有鉴定出确切的古代镔铁制器，在缺乏实物证据的情况下，镔铁就是乌兹钢的结论还难以最后敲定。

sdsh · 发表于 2007-11-13 19:19:23

乌兹钢与大马士革剑
乌兹钢与大马士革剑
李延祥金属世界 1998.6
乌兹钢和大马士革剑的制造技术及其关系是近代钢铁冶金学和现代冶金考古经久不衰的话题。上个世纪的科学家们主要致力于对大马士革剑的复制和花纹机理的研究，同时一些学者和探险家在印度记录了有关乌兹钢的生产情况。20世纪冶金考古学家们更主要地把目光投向了与乌兹钢和大马士革剑有关的古代钢铁冶金工艺起源与传播等历史考古课题，已经取得的成果大大丰富了人们对古代钢铁冶金技术的认识。
大马士革剑扬美名
大马士革剑剑体遍布美丽花纹，剑刃锋利无比，且从原料到成品都为当时欧洲匠师所不能制造，在古代欧洲因声威显赫而备受推崇。大马士革剑之名并不意味着其产地就是大马士革，当初欧洲人第一次见到这种剑的地方是大马士革，遂有此命名。大马士革剑存在的最早记载据说可追述到亚历山大大帝时期。远在伊斯兰教兴起之前的罗马时期，大马士革剑就已经在中东一带使用，当然其名字还没有和大马士革联系在一起。约公元540年，一位诗人在其作品中提到了一种带有象蚂蚁足迹的宝剑，同时期的另一位青年则更确切地描述了这种宝剑：它的像轻风吹拂着的池塘中微波闪动的水面……。新兴的伊斯兰教骑士们就是用这种宝剑砍出了他们广袤的帝国，当时中东的大马士革和穆斯林摩尔人统治下的西班牙的托莱多是两个主要的制剑中心。欧洲人在十字军东征中认识了并命名了大马士革剑，更领教了大马士革剑的无比锋利。15-17世纪大马士革剑及其仿制品以水纹钢之名在欧洲广为人知，制造大马士革剑的钢材也附带着被称为大马士革钢。
大马士革剑研究与复制
对大马士革剑的研究和复制是近代钢铁冶金学的重要课题。近代东西方交通打通之后，欧洲的学者们才确知所谓的大马士革剑实际上是由古代印度一种优质钢材乌兹钢制造的。乌兹钢通过贸易渠道进入中东地区，在古代波斯等地被制成宝剑。古代波斯人称乌兹钢为“普拉德”，中世纪的俄罗斯人也称之为“普拉特“。一些到过印度的欧洲人还记录了当时印度还在使用的传统技术，带回了乌兹钢样品，使学者们得以进行科学研究和复制工作。
最先以科学手段对大马士革钢或乌兹钢进行研究的是英国人。乔冶•皮尔林于1795年提交给英国皇家学会的报告得出结论，认定乌兹钢更象是钢而不是铁。1804年穆萨特也对乌兹钢进行了研究，他正确地认识到乌兹钢中含有比英国铸钢更多的碳。含碳量高的对理解乌兹钢或大马士革剑的优良性能有至关重要的作用，可惜这一点还要等待20年才被普遍接受。铁匠之子法拉第于1802－1822年与一刀具匠合作对乌兹钢进行研究，发表了《对乌兹钢或印度钢的分析》，他们错误地认为乌兹钢的优良性能缘于含有少量的铝和硅，并继续向钢中添加镍、银、铂等元素以期获得性能更好的钢材——他们就这样歪打正着地开创了对合金钢的研究，法拉第也因此被尊为合金钢研究的鼻祖。
法拉第后来虽然转向了电磁学的研究并大有建树，他对乌兹钢的研究及其不当结论却在当时的法国产生了较大的影响。拿破化战争使研制优质钢材在法国成为时髦，政府成立了专门的机构并高价悬赏有关发明创造。1820年法拉第的论文发表后迅即被译成法文，有关机构组建一特别委员会以重复法拉第的工作。委员会由贝纳特领导，在6个星期之内进行了300多个试验分别向钢中添加了铂、金、银、铜、锡、锌、铅、铋、锰、铀、砷、硼。1821年贝纳特从伦敦东印度公司得到100kg乌兹钢，进一步的研究也获得与穆萨特一样的结论，一个波斯刀具匠还用贝纳特炼制的钢造出了与大马士革剑一样的剑。在委员会提交的一份报告中，贝纳特的研究结论被归结为：乌兹钢是由纯钢“和”碳钢“的混合物组成的。1823－1824年贝纳特发表了他的最终报告，他作为第一个正确认识大马士革钢的人被载入了科学史册。
在俄国，乌拉尔地区矿冶工程师阿纳索夫也重复了从法拉第到贝纳特等人的工作，并于1841－1843年发表了他的研究成果。阿纳索夫也向钢中添加金、银、铂各种元素，甚至还添加了金刚石，他最终制成的大马士革剑复制品据说能够“在半空中斩断用薄纱织成的手帕，而用英国坩埚钢制成的剑却做不到这一点”。阿纳索夫的工作因冷兵器的衰落而被埋没，1860年后才被提恰纳夫偶然发现。提恰纳夫在彼德堡等地复制了一批大马士革剑，并在1868年发表的论文中宣称“人们能够制得的最好的钢毫无疑问是普拉特钢”。在1904年的一次讲演中，提恰那夫鼓励比科夫再现阿纳索夫的工作。比科夫于1906年发表了《论普拉特钢》一文，高度称赞了阿纳索夫的工作，并总结了有关大马士革剑和乌兹钢的历史文献。1918年比科夫发表了他自己的复制和研究成果，使用金相学手段，对大马士革剑的制造和花纹显示机理进行了更深入的揭示。
1924年德国索林根的哈内克尔按比科夫提出的方法复制了一批大马士革剑，详细地记录了复制的全部过程。也是在1924年，另一位德国人佐赫奥克对大马士革剑进行了金相分析，拍摄了不少优秀图片。这两位德国科学家的工作既深化了对大马士革剑的研究，也为冶金考古学重建古代工艺过程提供了科学依据。

13231522168 · 发表于 2008-10-8 21:51:01

有知道拔丝水箱系数参考.急用.谢谢

tspp · 发表于 2008-10-9 15:58:19

都是强人，光是复制也是很辛苦的

zhanglan2003 · 发表于 2008-10-9 20:23:43

楼主真伟大

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