鋼鐵的起源故事-4（終）——鋼鐵的現(xiàn)代發(fā)展與未來
本期將會講述鋼鐵在現(xiàn)代的應(yīng)用與發(fā)展，到了今天，鋼鐵行業(yè)仍在不斷革命，只要人類社會還在前進(jìn)，鋼鐵的發(fā)展與創(chuàng)新就永遠(yuǎn)不會止步。
戰(zhàn)爭與和平的金屬
美國鋼鐵公司（US Steel）的分歧導(dǎo)致查爾斯施瓦布（Charles Schwab）找到一份新工作，主持另一家快速發(fā)展的公司：伯利恒鋼鐵公司（Bethlehem Steel）。1914年，也就是大戰(zhàn)前兩個月，施瓦布收到了英國戰(zhàn)爭辦公室的秘密消息。幾小時后，他買了一張假名來穿越大西洋的機(jī)票。在歐洲，他會見了英國的戰(zhàn)爭國務(wù)卿，他希望能夠獲得大量訂單。英國人希望伯利恒為英格蘭建造4000萬美元的武器，并且不與皇冠的敵人做生意。施瓦布接受并參加了他的下一次會議，這次與海軍部的第一位領(lǐng)主溫斯頓丘吉爾會面。丘吉爾訂購了他自己的訂單：皇家海軍潛艇對抗德國U型艇，他立即需要它們。
但施瓦布遇到了問題。美國的中立法律禁止公司向戰(zhàn)壕兩側(cè)的第一次世界大戰(zhàn)戰(zhàn)斗人員出售武器。Bethlehem Steel沒有被嚇倒，他將潛艇部件送到蒙特利爾的一個裝配廠，表面上是為了進(jìn)行人道主義重建工作 - 美國鋼鐵開始泄漏到盟軍的戰(zhàn)爭中。
當(dāng)美國于1917年4月正式進(jìn)入第一次世界大戰(zhàn)時，裙子中立法的需要就消失了。1914年戰(zhàn)爭剛剛開始時，美國生產(chǎn)了2350萬噸鋼 - 比14年前生產(chǎn)的鋼的兩倍多。在1918年的戰(zhàn)爭結(jié)束時，產(chǎn)量再次增加了一倍。美國鋼鐵使盟軍在打擊中央政權(quán)方面具有決定性的優(yōu)勢。
戰(zhàn)爭結(jié)束后，美國煉鋼業(yè)比以往任何時候都更加強(qiáng)大。裝飾藝術(shù)塔樓開始在紐約和芝加哥的天際線中嶄露頭角，絕大多數(shù)鋼鐵來自兩家公司：美國鋼鐵公司和伯利恒鋼鐵公司。洛克菲勒中心，華爾道夫酒店，喬治華盛頓大橋和金門大橋等標(biāo)志性建筑均采用伯利恒鋼材建造。1930年，該公司的鋼鐵進(jìn)入了當(dāng)時世界上最高的摩天大樓：克萊斯勒大廈。不到一年之后，由美國鋼鐵公司提供的6萬噸鋼鐵的帝國大廈將比克萊斯勒高出成為曼哈頓的經(jīng)久不衰的象征。
但摩天大樓并不是鋼鐵生產(chǎn)爆炸引發(fā)的唯一創(chuàng)新。這些材料進(jìn)入了汽車，家用電器和食品罐頭。（由于罐裝產(chǎn)品的保質(zhì)期長，兩家嶄露頭角的公司，Dole和Campbell's變得風(fēng)靡一時。）Bethlehem Steel和US Steel的資產(chǎn)價值高于福特和通用汽車公司。
這真的是鋼鐵時代 - 但麻煩并不遙遠(yuǎn)。
在1929年股市崩盤之后，隨著經(jīng)濟(jì)陷入大蕭條，鋼鐵生產(chǎn)放緩。美國鋼鐵工人被解雇，但工廠從未完全黑暗。鐵路仍然遍布全國各地，罐頭食品仍然很受歡迎，隨著禁酒令即將結(jié)束，出現(xiàn)了一種新的鋼鐵產(chǎn)品：20世紀(jì)30年代由Pabst推出的用于藍(lán)帶釀造的鋼啤酒罐。
大蕭條之后，金屬饑渴的戰(zhàn)爭引擎再次點(diǎn)燃了世界的鑄造廠。德國占領(lǐng)了丹麥，挪威和法國的土地，獲得了對新鐵礦和鋼廠的控制權(quán)。突然之間，納粹能夠生產(chǎn)出與美國一樣多的鋼鐵。在東方，日本控制了滿洲里的鐵礦和煤礦。
當(dāng)珍珠港的襲擊將美國帶入第二次世界大戰(zhàn)時，美國政府禁止生產(chǎn)大多數(shù)鋼鐵消費(fèi)品。世界工業(yè)化國家一頭扎進(jìn)世界大戰(zhàn)，開始為少數(shù)幾個目的配給鋼鐵：船只，坦克，槍支和飛機(jī)。
美國工廠每天24小時熔化金屬，通常主要是女性勞動力。經(jīng)濟(jì)再次開始繁榮，很快美國鋼鐵產(chǎn)量比其他任何國家都高出三倍多。在第二次世界大戰(zhàn)期間，美國制造的鋼材比第一次世界大戰(zhàn)期間的鋼材多25倍。再次，新世界的鋼鐵廠在盟軍的勝利中發(fā)揮了決定性的作用。
戰(zhàn)爭結(jié)束后，美國解除了對鋼鐵消費(fèi)品的禁令。目前世界上一半以上的鋼材都是美國制造的，用于建筑的汽車，家用電器，玩具和鋼筋（鋼筋）市場的利潤率一如既往。來自剩余船只和坦克的鋼鐵在巨大的熔爐中熔化，可以在橋梁和啤酒罐中重復(fù)使用。
但在海外，迫切需要重建，并引進(jìn)新的煉鋼技術(shù)，即將幫助外國鋼鐵公司蓬勃發(fā)展。
現(xiàn)代鋼鐵之路
即使工廠在戰(zhàn)爭期間不停地?cái)嚢瑁圃焐踢€沒有完善冶煉鋼的技術(shù)。在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束前的100年里，我們會想到一個想法，再一次徹底改變這個過程 - 并最終將美國視為世界鋼鐵之王。
德國科學(xué)家和玻璃制造商威廉西門子居住在英國，利用他認(rèn)為有利的專利法，在1847年實(shí)現(xiàn)了他可以通過回收發(fā)出的熱量來延長爐子達(dá)到峰值溫度的時間。西門子建造了一個帶有小型耐火磚管網(wǎng)的新型玻璃熔爐。來自熔化室的熱氣體通過管子排出，與外部空氣混合，并再循環(huán)回到室內(nèi)。
西門子的玻璃制造爐花了將近20年才開始進(jìn)入冶金領(lǐng)域。在19世紀(jì)60年代，一位名叫皮埃爾 - 埃米爾·馬丁的法國工程師了解了這一設(shè)計(jì)，并建造了一臺西門子爐來冶煉鐵。再循環(huán)的熱量使金屬液化比Bessemer工藝更長時間，使工人有更多的時間來添加精確數(shù)量的含碳鐵合金，將材料轉(zhuǎn)化為鋼。而且由于額外的熱量，甚至廢鋼也可以熔化。到世紀(jì)之交，西門子 - 馬丁工藝，也被稱為平爐工藝，已經(jīng)在世界各地流行起來。
跳到20世紀(jì)，一位名叫Robert Durrer的瑞士工程師找到了更好的方法。Durrer在納粹德國教授冶金學(xué)。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，他搬回瑞士并嘗試了Bessemer工藝。他將純氧氣吹入爐內(nèi)（而不是空氣，只有20％的氧氣），并發(fā)現(xiàn)它可以更有效地從鐵水中去除碳。
Durrer還發(fā)現(xiàn)，通過從上方向爐內(nèi)吹氧，而不是像在Bessemer轉(zhuǎn)爐上那樣，他可以將冷廢鋼熔化成生鐵并將其再循環(huán)回到煉鋼過程中。這種“基本氧氣過程”也將鐵的所有痕量磷分離出來。該方法結(jié)合了Bessemer和Siemens-Martin爐的優(yōu)點(diǎn)。得益于Durrer的創(chuàng)新，生產(chǎn)大量的鋼材再次變得更便宜。
雖然歐洲和亞洲的國家立即采用了基本的氧氣工藝，但仍然處于行業(yè)領(lǐng)先地位的美國鋼廠仍然堅(jiān)持使用西門子 - 馬丁工藝，并在不知不覺中為外國競爭敞開大門。
不銹鋼與美國軋機(jī)的衰落
1912年，一位名叫Harry Brearly的英國冶金學(xué)家正在尋找一種方法來保護(hù)槍管的生命。他用鉻和鋼合金進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)含有一層鉻的鋼特別耐酸和耐候。
Brearly開始向一位在餐具工作的朋友出售鋼鉻合金，稱其為“不生銹鋼” - 一個適合工程師的字面綽號。他的朋友歐內(nèi)斯特·斯圖爾特（Ernest Stuart）需要向公眾出售刀具，他提出了一個更有吸引力的名字：不銹鋼。
一家名為維多利亞的公司正在為瑞士軍隊(duì)鍛造鋼刀，因?yàn)樗藖碜杂男滦头栏饘佟Ｔ摴狙杆賹⑵涞毒咧械慕饘俑臑閕nox，這是合金的另一個詞，源自法語中的不銹鋼，“inoxydable。”維多利亞重新命名為Victorinox。今天，你很有可能找到一個他們的紅色小刀放在你的辦公桌抽屜里。
突然不銹鋼遍布全世界。防腐，閃爍的金屬成為手術(shù)工具和家居用品的關(guān)鍵材料。克萊斯勒大廈頂部的輪轂蓋由不銹鋼制成，有助于它們在陽光下保持銀色光澤。1959年，工人們在圣路易斯破土動工，建造了不銹鋼大拱門，這座大拱門仍然是西半球最高的人造紀(jì)念碑。
但正如圣路易斯正在建設(shè)通往西方的門戶一樣，世界其他地區(qū)正在趕上美國鋼鐵生產(chǎn)。到20世紀(jì)50年代，海外低工資和基本氧氣工藝的使用使得外國鋼材比美國鋼鐵便宜，正如鋼鐵工業(yè)受到更便宜的家用商品合金的影響：鋁。
1970年，美國鋼鐵公司成為全球最大的鋼鐵公司，七十年后以日本新日鐵取代。中國在20世紀(jì)90年代成為世界頂級鋼鐵制造商，伯利恒鋼鐵公司于1995年關(guān)閉了位于伯利恒的工廠。直到20世紀(jì)末，大多數(shù)美國鋼廠終于采用了基本的氧氣工藝。根據(jù)世界鋼鐵協(xié)會的數(shù)據(jù)，截至2016年，美國鋼鐵產(chǎn)量排名第四。
鋼鐵的可持續(xù)發(fā)展
世界上大部分不銹鋼都是用迷你磨坊制造的。這些金屬制品不是從頭開始制造鋼，而是將廢鋼熔化以便再利用。小型軋機(jī)中最常見的爐 - 電弧爐，也是威廉西門子公司發(fā)明的 - 使用碳電極產(chǎn)生電荷以熔化金屬。
在過去的半個世紀(jì)中，小型鋼廠的擴(kuò)散是回收舊鋼的關(guān)鍵一步，但要實(shí)現(xiàn)完全可持續(xù)的冶煉還有很長的路要走。鍛鋼是眾所周知的溫室氣體排放源。當(dāng)今仍在廣泛使用的基本氧氣過程是在近一個世紀(jì)前開發(fā)的，當(dāng)時氣候變化的影響只是進(jìn)入了科學(xué)研究的圈子。基本的氧氣過程仍然燃燒煤，排放的二氧化碳比電爐多四倍。但是，完全淘汰電弧的電弧并不是一種可持續(xù)的解決方案 - 只有這么多的廢鋼可供回收利用。
今天，冶金學(xué)家正處于開發(fā)環(huán)保型鋼鐵生產(chǎn)方法的早期階段。在麻省理工學(xué)院，研究人員正在測試用于冶煉金屬的新型電力技術(shù)。這些電熔煉技術(shù)有可能顯著減少溫室氣體排放，如果它們可以改進(jìn)，以處理具有更高熔點(diǎn)的金屬，如鐵和鋼。
目前正在測試用于限制汽車排放的其他想法。去年2月，一家名為Voestalpine的奧地利制造商開始建造一座工廠，該工廠旨在用氫燃料技術(shù)取代煤炭，這種技術(shù)可能至少需要二十年的時間。作為權(quán)宜之計(jì)，中國政府去年甚至對其國家的鋼鐵產(chǎn)量實(shí)施了限制。
在21世紀(jì)，風(fēng)險發(fā)生了變化。但問題仍然與以往一樣，與印度坩堝，德國高爐和美國鑄造廠的人員一樣。我們?nèi)绾卧谥圃熹撹F方面做得更好？
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