华道安 钢铁生产大跃进的背景
中文翻译:杨盛

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传统的中国钢铁生产技术

在传统的中国钢铁厂的炼铁生产工艺图

在传统的中国钢铁厂的炼铁生产工艺图

在 1600 年前后,中国的钢铁行业是世界上规模最大的和生产效率最高的,而且已经这样持续了 2000 年的时间。与世界其他 地方有很大的不同之处在于冶铁高炉的使用,这是中国在公元前 3 世纪的发明。在公元 12 世纪,欧洲有了从外 引进的第一个高炉(有可能是经由伊朗从中国输入),直到 16 世纪或 17 世纪,高炉才在很大程度上取代块炼炉, 成为占主导地位的炼铁技术。

关于块炼炉炼 铁技术,重点参考 Radomír Pleiner 的著作 Iron in archaeology: The European bloomery smelters, [冶铁考古:欧洲的块炼炉冶炼技术],Praha: Archeologický Ústav Avčr, 2000年。

上图显示了在高炉炼铁厂最重要的工艺过程。这种工艺称为间接冶炼,因为高炉生产的铸铁 (也称“生铁”), 含碳 量4%,然后通过脱碳生产出熟铁。另外块炼炉的炼铁工艺,被称为直接冶炼,因为是在单一的工序中生产出低含碳 量的熟铁。

关于生铁,请参见我的著作 ‘Cast iron in China and Europe’ [中国和欧洲的生铁]。

关于高炉操作的技术说明可以点击这里。简要地说,高炉生产需要的原料有:铁 矿石、燃料(木炭或焦炭)和一些普通的助熔剂(通常为石灰石),生产出的产品为熔融态的铁,含碳量约 4%。这种高炉可以日以 继夜 的长期运作,在现代可以使用多年,而在古代则可以使用数周或数月之久。

高炉中生产出来的铁,含碳量很高,但其熔点相对很低(熔点低至 1150℃),被称作生铁。这种生铁可以被直接用作铸造,但由于其脆性很高,不能被铁匠加工使用。若要获得含碳量低的熟铁 (熔点在 1500℃ 以 上),碳必须被完全或部分地除去。脱碳工艺已经有许多方法:在欧洲最早是采用 Fining 的工艺;18 世纪的时候出现了搅炼 的工艺;在 19 世纪出现了贝塞麦(转炉)炼钢法,时至今日生产实践中脱碳工艺方法更是数不胜数。

生铁炒成熟铁工艺

生铁炒成熟铁工艺,山西,1958 年。Rewi Alley (路易·艾黎), China’s hinterland—in the leap forward [大跃进中的中国内地], 北 京, 1961 年)。

各种将生铁转化为熟铁的中国传统工艺共同点都是把生铁件加热到非常高的温度 (1200–1500℃), 在氧化气氛中进行搅拌。如果工匠的技艺娴熟,则脱碳完成后铁料没有太多损耗。这种工艺的各种形式在中国都被称为一个十分有中国特色的词汇——“炒”,这个词的基本含义是“翻动搅拌”,许多中国冶金的术语都来自厨房的用语。在英语中,我称之为“精炼”或“搅炼”工艺。


技术上的细节参见“高炉操作技术说明”,高炉带来巨大的规模经济效益,随着生产量的增加,单位产品的平均成本不断降低。一般来说,要发挥高炉最大的生产效率,就需要原材料和劳动力的充足供应,还有产品的市场足够稳定可靠。高炉的建造也不能过大,因为只有保证高炉可以连续工作才能保证最大的生产效率。劳动力或原材料短缺所造成的工作中断,抑或是由于生铁产品的需求不足所造成的工作中断,所带来的损失成本都将迅速蚕食预期的规模经济效益。

铁矿石和冶炼所需的燃料在世界上几乎无处不在,数量上足以满足古代的生产水平,并按重量来讲铁的价格相对便宜。这两点意味着在古代钢铁生产的地理布局中,交通成本是一个决定性的因素。在欧洲,直到中世纪后期,铁制品通常是在各地区自产自销,除了一些高等级的具有优良品质的铁产品才需要进行远距离买卖。而在中国的情况却截然不同。大型高炉炼铁的生产效率越高,意味着运输成本占据产品成本的比例越少,有利可图产品有了更大的市场。然而市场的扩大意味着生产商之间的竞争激烈,利润随之降低。因此,钢铁生产最常在缺乏高利润生产经营活动的地区进行,这就是钢铁生产的比较优势。也是一般来说钢铁生产的地区是古代中国最贫困的地区。

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