4000多年前:最初的鋼鐵
鋼是世界上重要的基礎(chǔ)應(yīng)用材料之一,從基礎(chǔ)設(shè)施和運輸,到儲存食物的錫鐵罐,已經(jīng)滲透到人類生活的方方面面。4000多年前,古埃及人和美索不達(dá)米亞人發(fā)現(xiàn)隕 鐵并利用這個“神的禮物”來作為裝飾。2000多年之后,人們才開始用開采的鐵礦石來生產(chǎn)鐵。
煉鐵的歷史早起源于公元前1800年的印度。公元前約1500年,安納托利亞的赫梯人開始冶煉鐵。公元前約1200年,赫梯王國滅亡,各部落帶著他們的煉鐵知識分散到歐洲和亞洲。從此“鐵器時代”開始了
公元前三世紀(jì):古老的工藝
鐵器時代的工匠們并不知道鋼鐵冶煉的化學(xué)過程。 冶煉過程十分神秘,結(jié)果也依賴于鐵匠的技術(shù)。技術(shù)比較高超的是南印度的鐵匠們。早在公元前3世紀(jì),他們用木炭加熱坩堝熔煉熟鐵,冶煉出“烏茲鋼”,至今這種材料仍以其質(zhì)量而聞名。中國的鐵匠也冶煉出高品質(zhì)的鋼。
中國的煉鋼歷史可以追溯到公元前2世紀(jì),其煉鋼工藝接近于“貝塞麥酸性轉(zhuǎn)爐煉鋼法”,這是歐洲在公元19世紀(jì)發(fā)展起來的一種工藝。在大約公元600-900年,唐朝已經(jīng)廣泛應(yīng)用鋼制農(nóng)用工具。
戰(zhàn)爭是鋼鐵發(fā)展的推動力
戰(zhàn)爭是早期鋼鐵發(fā)展的推動力?;始臆婈?,包括中國、希臘、波斯和羅馬的軍隊,需要耐用強大的兵器和盔甲。很多工具,如斧頭、鋸子和鑿子,在加入了鋼成分后更耐用和高效。
盡管鋼的需求不斷增加,但煉鋼仍然是一個緩慢、耗時并且昂貴的工藝過程。到15世紀(jì),鋼鐵已經(jīng)在全世界廣泛應(yīng)用。劍的制作尤其凸顯了鋼的優(yōu)良特性,刃需要有韌性、堅硬且鋒利。
12世紀(jì):高爐煉鋼出現(xiàn)
在12世紀(jì),諸如高爐煉鋼等工藝已經(jīng)在亞洲開始出現(xiàn)并廣為人知。那個時代的大部分煉鋼工人已學(xué)會用滲碳工藝生產(chǎn)鋼鐵,即通過長時間加熱在鍛鐵棒表層滲入碳粉以增加合金中的碳含量。這個工藝可能需要持續(xù)數(shù)天或者數(shù)周。
1740年:坩堝制鐵工藝提高了產(chǎn)量
在1740年,一位神秘并且極富創(chuàng)造力的英國青年,本杰明·亨斯曼(Benjamin Huntsman),向英格蘭北部的剪商透露了新的坩堝制鐵工藝。應(yīng)用粘土堝,也就是坩堝,使棒材的熔煉溫度足夠高,達(dá)到滲碳工藝的要求,同時能夠?qū)⑸a(chǎn)出的鋼水鑄造(傾到)出均勻、高質(zhì)量的鑄錠,相對過去,該工藝提高了產(chǎn)量。
盡管亨斯曼的發(fā)明還未實現(xiàn)低成本、高產(chǎn)量地生產(chǎn)高品質(zhì)鋼的目標(biāo),仍需要后人繼續(xù)努 力。但正是他的技術(shù)推動英國謝菲爾德成為19到20世紀(jì)大的煉鋼中心之一。
18世紀(jì):工業(yè)革命帶動技術(shù)革命
工業(yè)革命是一個技術(shù)革新和創(chuàng)造層出不窮的時代,亨斯曼的坩堝技術(shù)只是這個時期眾多發(fā)明中的一項。工業(yè)革命起源于英國,其對世界范圍內(nèi)的制造、貿(mào)易和社會各領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大影響。工業(yè)革命始于18世紀(jì),那時鐵在工業(yè)領(lǐng)域獨領(lǐng)風(fēng)騷。而到20世紀(jì)末,鋼成為新的霸主,成為現(xiàn)代世界位于核心地位的金屬材料。
蒸汽泵驅(qū)動水車發(fā)電,即使在枯水期也能為高爐提供動力。焦炭和生鐵供應(yīng)充足,鐵逐漸替代了木材成為建筑材料的新秀。同時,鋼為動力機(jī)械時代提供了許多堅固、鋒利的工具。
鉆頭、鋸片、刃等工具都選擇用鋼來制造,鋼鐵應(yīng)用范圍的擴(kuò)大進(jìn)一步促進(jìn)了發(fā)明。很快,另一個發(fā)明家,亨利·科特(Henry Cort)拉開了一個重要生產(chǎn)工藝的序幕——軋制薄板。
(英國使倫敦成為當(dāng)時最大有色金屬交易中心,最早的有色金屬期貨市場也是這個時期在倫敦開始出現(xiàn)的。具有代表性的就是倫敦金屬交易所(LME))
隨著工業(yè)革命地繼續(xù)推進(jìn),鋼鐵的需求不斷增加。金屬材料對于貿(mào)易和運輸業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。如果沒有金屬就不會有鐵路,造船業(yè)同樣要求更高質(zhì)量的金屬件。造船業(yè)的供應(yīng)商,亨利·科特開發(fā)了兩種具有里程碑意義的生產(chǎn)技術(shù)來滿足造船需求,并分別在1783和1784年獲得專利。
第一項技術(shù)是通過攪拌攪煉爐內(nèi)的熔融生鐵水提高鐵的質(zhì)量。這種工藝通過減少碳含量,以提高金屬韌性并減少脆性。第二項技術(shù)是獲得終產(chǎn)品前的金屬軋制。相對傳統(tǒng)的錘打工藝,軋制后的金屬更有韌性并且強度提高。
到18世紀(jì),大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)在歐洲遍地開花。拓荒者帶著那些先進(jìn)的工藝和技術(shù)跨洋過海,把工業(yè)化帶到了北美、日本和世界的其他地方。鋼鐵對美國中西部大開發(fā)起到了至關(guān)重要的作用,用熟鐵制成的犁很容易地?fù)荛_那片重質(zhì)土。鋼制的犁車和蒸汽驅(qū)動的設(shè)備改變了農(nóng)業(yè)面貌,開始進(jìn)入機(jī)械化時代。
19世紀(jì):鋼管與焊接的出現(xiàn)
1815年,蘇格蘭工程師威廉·默多克(William Murdock)用廢棄的步槍槍膛連接成管網(wǎng),為倫敦的照明系統(tǒng)輸送煤氣。他的創(chuàng)舉開啟了鋼管時代,如今鋼管已成為現(xiàn)代社會建造油、汽和水運輸系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施的基本材料。人們對鋼管密封性越來越高的要求也推動了焊接技術(shù)發(fā)展,同時也開發(fā)出在焊接時能耐高溫并且不開裂也不降低強度的鋼種。
19世紀(jì)80年代:邁向工業(yè)化生產(chǎn)
幾個世紀(jì)以來,鋼因其韌性高以及易于加工出鋒利面而備受 “追捧”,但其生產(chǎn)過程緩慢并且昂貴。19世紀(jì)五六十年代,新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)讓大規(guī)模生產(chǎn)成為可能。19世紀(jì)80年代奠定了現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)的基礎(chǔ)。
現(xiàn)在,已經(jīng)能夠大量連續(xù)地生產(chǎn)出品質(zhì)優(yōu)良、外形尺寸穩(wěn)定的鋼材,并大規(guī)模應(yīng)用于各個領(lǐng)域。此后,鋼迅速代替了鐵應(yīng)用于鐵路和各種建筑結(jié)構(gòu),從橋梁到房屋。利用鋼能夠制造出巨大的動力渦輪和發(fā)電機(jī)等,使得水和蒸汽能夠被用來為工業(yè)化進(jìn)一步提供動力,從而開辟了電力時代。
20世紀(jì):鋼鐵時代的到來
即將進(jìn)入20世紀(jì)之際,煉鋼業(yè)成為重要產(chǎn)業(yè),科學(xué)逐步揭開了鋼的神秘面紗在鐵晶體中滲入少量的碳元素,有助于增加鋼的強度。這也是一個成就偉大企業(yè)家的時代。在美國,當(dāng)約翰·皮爾蓬·摩根買下安德魯·卡內(nèi)基的鋼鐵公司后,于1901年組建了美國鋼鐵公司。
1906年,美國鋼鐵公司在印第安納州加里(Gary)建成新工廠,從此也創(chuàng)造了一座城市加里,2011年,美國鋼鐵公司成為美國第二大鋼鐵生產(chǎn)商。
隨著對鋼的性能更深入的了解,合金鋼被越來越廣泛地應(yīng)用,1912年,兩位克虜伯公司的德國工程師,本諾·施特勞斯(Benno Strauss)和愛德華·莫勒(Eduard Maurer),獲得了不銹鋼發(fā)明專利。
世界大戰(zhàn)
20世紀(jì)的兩次世界大戰(zhàn)對鋼鐵生產(chǎn)造成巨大影響。如其他重工業(yè)一樣,由于軍事裝備的需要,在很多國家鋼鐵制造被收歸國有。而且,為了運送部隊和軍用物資,建造鐵路和輪船也需要大量鋼材。軍用車輛,特別是坦克也嚴(yán)重依賴鋼材。
20世紀(jì)60年代:戰(zhàn)爭之后進(jìn)入家電時代
在經(jīng)歷了二戰(zhàn)期間的經(jīng)濟(jì)衰退之后,貿(mào)易和工業(yè)開始復(fù)蘇。那些曾為生產(chǎn)坦克和戰(zhàn)艦提供鋼材的企業(yè)開始轉(zhuǎn)向滿足汽車和家用電器等消費需求。人口膨脹期恰好也是房地產(chǎn)興旺的時期。
越來越多的人口流向城市,建筑變得更加寬敞高大,而主梁和鋼筋混凝土都需要大量鋼材。到20世紀(jì)60年代,家庭中越來越多地使用大量家用電器,包括冰箱、冷凍機(jī)、洗衣機(jī)、烘干機(jī)等。
此外,還有起源于1955年的鋼制集裝箱,為船舶、公 路、鐵路運輸提供了強大、安全的方法。汽車迅速成為受歡迎的大眾消費品,并因此促進(jìn)了石油天然氣工業(yè)的發(fā)展。這一發(fā)展過程帶動了所有鋼材品種的發(fā)展。
20世紀(jì)60年代:高強度鋼出現(xiàn)
新技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展拉動了特定力學(xué)性能新材料的需求。全球鋼鐵企業(yè)都開始應(yīng)對這一挑戰(zhàn),推動創(chuàng)新研發(fā),新鋼種層出不窮,極大地拓展了鋼的應(yīng)用領(lǐng)域。人們通過添加一定數(shù)量的不同種元素到熔融的鐵礦石中,開始生產(chǎn)高強度低合金鋼(HSLA)。
油氣工業(yè)有更為特殊的需求。巨大的管線橫穿灼烤的沙漠、冰封的荒野、或是浩瀚的海洋,這都需要具備高強度和高韌性,還需要有良好的焊接性能,以避免管線連接處出現(xiàn)薄弱點。這種情況下,HSLA 鋼中的錳和其他微量元素保證了所需性能。
20世紀(jì)60年代初起,HSLA鋼發(fā)展迅速,被用在從橋梁到割草機(jī)等各個領(lǐng)域。首先,HSLA鋼比傳統(tǒng)碳鋼擁有更高的重量與強度之比。一般說來,同等強度條件下,HSLA鋼大約比普通的碳鋼輕20%-30%。這一特性使得HSLA鋼尤其適用于汽車制造,確保汽車的強度和安全性能,同時促進(jìn)輕量化并節(jié)約燃料。
20世紀(jì)中期:煉鋼方式的轉(zhuǎn)變
20世紀(jì)中葉,煉鋼技術(shù)獲得很大提升。堿性氧氣煉鋼法和電爐煉鋼法成為主要的生產(chǎn)工藝,使得生產(chǎn)過程更高效、更節(jié)能。甚至允許生產(chǎn)者把廢鋼作為原料進(jìn)行再利用。
20世紀(jì)60年代,汽車、家電的報廢產(chǎn)生的廢鋼以及工業(yè)廢鋼成為重要的、容易獲取且價格低廉的原料。電爐(EAFs)早出現(xiàn)在19世紀(jì)末,然而直到20世紀(jì)60年代,才被用于生產(chǎn)特殊鋼及合金。
現(xiàn)在,基于廢鋼的充足供應(yīng),電爐更適合于大規(guī)模生產(chǎn)。與氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐不同電爐生產(chǎn)速度也很快,通常不到2個小時。同時,電爐鋼廠建設(shè)成本較低,這對于戰(zhàn)后還處于恢復(fù)期的美國和歐洲工業(yè)來說是至關(guān)重要的。
隨著粗鋼生產(chǎn)工藝的革新,把鋼水倒入模具中進(jìn)行鑄造的新工藝也開始出現(xiàn)。20世紀(jì)50年代以前,鋼水被注入固定模具中形成鋼錠,隨后再軋成薄板,或其他形狀及尺寸更小的鋼材。今天生產(chǎn)商幾乎可以為用戶提供他們所要求的所有性能的鋼,包括從超強鋼到薄如紙的薄板。
20世紀(jì):鍍鋅興起
鋼材還需要涂層來防銹和防腐蝕,這對于船舶、橋梁和鐵路用鋼尤其重要,因為這些材料要在高溫、低溫、海水和雨水環(huán)境中服役。采用純鋅或鋅鋁混合層作為涂層的熱鍍鋅工藝已廣泛應(yīng)用。
20世紀(jì)60年代:短流程鋼廠興起
20世紀(jì)60年代,電爐(EAF)的興起為短流程鋼鐵廠的發(fā)展奠定基礎(chǔ),也為鋼鐵行業(yè)帶來了顯著的變化?;陔姞t流程的鋼鐵廠則不同。該流程使用廢鋼、 直接還原鐵(DRI)或生鐵作為原料,生產(chǎn)線的建設(shè)成本通常較少,且運行也更簡單,因此稱為“短流 程鋼鐵廠”。
技術(shù)革新與相對低廉的成本和便利的操作相結(jié)合,都有助于短流程鋼鐵廠在全球市場的擴(kuò)張。
20世紀(jì)末期:私有化注入活力
經(jīng)濟(jì)制度改革為鋼鐵企業(yè)更具競爭力注入了新能量。許多衰落的國有化公司在私有化進(jìn)程中獲益。1999 年,Koninklijke Hoogovens(克寧克萊克-霍戈文)與英國鋼鐵公司 (British Steel)合并成立了英荷康力斯(AngloDutch Corus)。
2001年,西班牙Acelaria、法國 Usinor和盧森堡Arbed合并在歐洲成立安塞樂公司 (Arcelor)。2002年, NKK與川崎制鐵(Kawasaki Steel)合并成立了JFE控股公司(JFE Holdings)。
1991年前蘇聯(lián)解體時,盡管多年缺乏投資,卻依然超越日本成為世界大的產(chǎn)鋼國。在20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)初,私有化吸引了大量的新設(shè)備投資以提高生產(chǎn)效率和降低成本。
21 世紀(jì)初,在俄羅斯經(jīng)濟(jì)快速增長的同時,再加上中國經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展創(chuàng)造的巨大需求,為俄羅斯工業(yè)提供了廣闊的出口市場,使其成為全球五大產(chǎn)鋼國之一。
20世紀(jì)末期:進(jìn)入全球化
在20世紀(jì)80年代和90年代,印度企業(yè)家Lakshmi Mittal(拉克希米·米塔爾)創(chuàng)建了米塔爾鋼鐵公司(Mittal Steel),使大量虧損的國營企業(yè)成為盈利的私有企業(yè)。
2006年,公司與安賽樂合并,成為了世界上大的鋼鐵生產(chǎn)商,全球雇員超過26萬人。
2007年,印度塔塔鋼鐵公司并購了英國康力斯(Corus)。
隨著技術(shù)、革新和資本流向四面八方。
韓國浦項與東國制鋼(Dongkuk Steel)和淡水河谷在巴西成立了合資聯(lián)合鋼廠。
南美洲的鋼鐵生產(chǎn)商,如巴西蓋爾道和阿根廷德欽集團(tuán)(Techint)公司也在世界各地建廠。
這里僅列舉幾家,新的生產(chǎn)商也層出不群。
在21世紀(jì)的第一個10年中,土耳其的鋼產(chǎn)量從1500萬噸增長到2900萬噸,僅次于中國和印度。土耳其目前是混凝土用鋼筋的主要出口國,也是鋼結(jié)構(gòu)用長材的大凈出口國。
中國鋼鐵發(fā)展歷史
到20世紀(jì)中葉,中國還新建了許多鋼鐵企業(yè),據(jù)統(tǒng) 計當(dāng)時有超過4000家鋼鐵企業(yè),年產(chǎn)粗鋼3.5億 噸。然而,這仍不能滿足需求,中國鋼鐵工業(yè)繼續(xù) 增長。
2011年,河北鋼鐵集團(tuán)成為中國大的鋼鐵公司, 粗鋼產(chǎn)量超過4400萬噸,成為世界第二大鋼鐵生 產(chǎn)商。寶鋼集團(tuán)有限公司(簡稱寶鋼),緊隨其后, 產(chǎn)量4300萬噸,位居世界第三大鋼鐵生產(chǎn)商。 2019年,中國粗鋼產(chǎn)量達(dá)到9.96億噸,創(chuàng)歷史高。
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