鋼和鐵的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用不僅開辟了人類文明發(fā)展進程中的一個新時代——鐵器時代，而且也成了現(xiàn)代文明社會的支柱之一。高聳入云的瑰麗的電視塔，曲折蜿蜒、橫貫大地的鋼軌以及跨越大江、使得天塹變通途的橋梁，都是因為有了“鋼筋鐵骨”才成為現(xiàn)實的。至于高層建筑、機床、刀具和船舶等與鋼鐵材料的關(guān)系，更是不言而喻的了。
在中學化學中，青少年朋友可能已經(jīng)學過煉鐵高爐中的主要化學變化，也許曾經(jīng)有機會參觀過鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)中的鑄造廠或者宏偉的鋼鐵企業(yè)，至少應(yīng)當在電影或電視片中見到過能使整個車間映出一片鮮紅色的熾熱的鐵水，以及像節(jié)日焰火一樣燦爛奪目的鋼花�？傊撹F已成為現(xiàn)代物質(zhì)文明中不可缺少的一種基礎(chǔ)物資，它已經(jīng)和人們的生活匯成了一個整體。
如果想探究一下我們的祖先最早是如何發(fā)現(xiàn)和認識到鋼鐵的作用，以及他們在沒有電力、沒有純氧、沒有高爐和煉鋼爐的條件下是如何把鋼與鐵冶煉出來的，重新回顧一下古人所走過的那一段漫長而艱苦的道路，不僅饒有趣味而且可以得到許多啟示。
考古學家已經(jīng)證實，人類最早接觸和利用的金屬鐵來自太空隕鐵，即鐵質(zhì)隕石。隕鐵不含碳及其他夾雜物，一般含有1％～5％的鈷和鎳。正是這種只含有少量合金元素的接近于純鐵的天賜之物，才使得人們認識和利用了這種金屬，萌發(fā)了從地球上尋找和取得這種金屬的動機。有趣的是，在元素周期表中大都是每個周期的每個族只有一個元素，但是第Ⅷ族卻并列了三個元素，如鐵、鈷、鎳。這種看來不合規(guī)則的排列方法，難道可以用隕鐵中鐵、鈷、鎳共存的事實作為一種“旁證”么？
鐵器時代最早始于安納托利亞地區(qū)，大約距今4000年左右。據(jù)考古學家分析，鐵的發(fā)現(xiàn)可能和當?shù)赝林嗽跓掋~時曾用過氧化鐵礦石作為造渣時的助熔劑有關(guān)。因為在熔渣中有時會夾雜著同時被還原出來的少量鐵。真正普遍地使用鐵器，大概要晚1000多年。
西方早期使用的人工鐵都是塊煉鐵。冶煉的方法大致和中國古代相仿，即在1200℃左右（這可能是當時能夠達到的最高工藝溫度了）用木炭（這是當時能夠獲得的純度較高、強度較大的炭了）把鐵礦石還原成固態(tài)鐵，其中夾雜著沒有燒完的木炭和煉鐵時產(chǎn)生的熔渣而呈團塊狀。然后趁熱鍛打，擠出其中的夾雜物，并利用鐵的延展性和鍛打時局部產(chǎn)生的熱使小塊的鐵鍛接成一體，變成可以進一步制作鐵器的鐵材。讀者如果還記得在影片中見到過的鐵匠反復(fù)鍛打刀劍犁鋤時的情景，就可以想像出古代人們在發(fā)現(xiàn)和制作鐵器時的不畏艱苦和不屈不撓的情景。
中國的冶鐵技術(shù)大致可追溯到公元前6世紀的春秋時代的中后期，在古書中可以找到零星的有關(guān)鐵的記載。如《管子·地數(shù)篇》中說過：“凡天下名山五千三百九十一，……出鐵之山三千六百有九”，亦即出鐵之山的數(shù)目占總山數(shù)的66.9％。到現(xiàn)在還沒有弄清楚他這一數(shù)據(jù)的來源，但由此說明，當時人們已經(jīng)知道鐵礦石的存在形式。同一書中還有“山上有赭者，其下有鐵”的記載。赭指赤鐵礦所特有的棕紅色，可見當時已經(jīng)有了由赤鐵礦煉鐵的實踐活動。
中國的冶鐵術(shù)略晚于西方，但我國的冶煉生鐵和塊煉鐵技術(shù)卻是差不多同時形成的。冶煉生鐵的技術(shù)要求鐵處于液態(tài)，可當時所能達到的1200℃工藝溫度卻不能使純鐵（熔點1535℃）變?yōu)橐簯B(tài)，但是當鐵中溶入（不是夾雜）硫、磷、硅、錳，特別是碳后，可以使熔點降至1150℃左右，只要選取了適當?shù)钠髅蠛凸に嚕涂梢缘玫揭簯B(tài)生鐵。讀者也許知道汽車防凍液和用糖水做成的冰棍，其凝固點（或熔點）低于水的凝固點的原理，在這里只要把鐵水看成像糖水或防凍液一樣的溶液，就可以明白生鐵的熔融溫度為什么遠低于純鐵的道理了。下圖是明代宋應(yīng)星在《天工開物》中所附的古代煉鐵工藝的示意圖。圖中的風箱可能是維持反應(yīng)爐中高溫的重要發(fā)明之一。有趣的是，從書中的記載看，當時煉鐵爐的出鐵口是用泥封的，而現(xiàn)代煉鐵用的高爐出鐵口仍然是用耐火泥封塞的。
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