日本冶铁企业排行榜前十名 请教有关用焦碳冶铁的资料,谢谢了

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请教有关用焦碳冶铁的资料,谢谢了

生铁的冶炼

1.绪论

人类早先是在一种偶然的情况下，用薪火加热熔解铁矿石后而发现铁的。最初的产量很少，极为贵重，只供装饰用。据考古发现的铁制指环推算，约在纪元前5000年左右就有铁器的出现；不过正式由铁矿石初步提炼生铁，则大约始于纪元前1400年。最初采用的方法极为简单，只是将初掘的铁矿石块堆上多量的木柴，点火燃烧；以后渐渐进步用木炭代替薪柴，用兽皮来鼓风。但比较新的炼铁方法用木炭作燃料及用石块堆砌熔矿炉，是到了十四世纪初才出现的。当时，把铁矿石及木炭由炉上部加入，同时由炉下吹送空气，已略具近代制铁高炉（Blastfurnace）之雏型。至18世纪英国达拜父子（Abraham Darby Ⅰ 1677～1717； Darby Ⅱ 1711～1763）发明以煤代替木炭。炉体设计几经改进，后来又以焦炭代替煤，终于渐渐演变确立了近代以铁矿石及焦炭大量炼制生铁的方法。由这种方式炼成的铁，含有较多的杂质，如碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）等，称为生铁（Pig iron）、铣铁或简称为铣。铣的含碳量一般在2％以上，含纯铁量只有94％（纯粹的铁，炼制困难且实用性亦少），大部分用作炼钢原料，一部分则作为铸造铁器之用。

至于我国，生铁的炼制为时甚早，远在夏禹之前已知使用铁制农具。中国古代炼钢亦均用鼓风的炼铁熔，炉是用盐拌和泥土砌成。周初以后由于风箱的发明，炼铁业趋于兴盛；不过大规模采用新式高炉为时较迟。清末督抚张之洞倡设铁政局，直到光绪十六年才创办汉阳钢铁厂，冶炼大冶矿。到光绪廿一年，中国第一座日产生铁一百吨的新式炼铁高炉才于汉阳钢铁厂正式生产，此亦为我国新法炼铁的开始。

2.生铁的炼制

传统的高炉制铣法

Ⅰ 高炉简介

传统上炼制生铁，是于高炉中进行。高炉（英文Blast furnace或称鼓风炉），为一略似保龄球瓶的垂直筒状，外部为钢板焊接而成，内部则砌以耐火砖，作为内衬（Lining）。高炉内部自下而上，划分为炉床（Hearth）、炉腹（Bosh）、炉腰（Belly）、炉胸（Stock or shaft）、炉喉（Throat）等部分，及其顶端另装有炉顶设备（见图五-1）。炉床底部有出铁口，在其上方之适当高度处有出渣口，但两口位置并不在同一垂直线上。在炉床上部，炉腹下缘之下的一圈，均匀地围绕着许多个鼓风口（Tuyere），与热风炉（Hot blast store）的热风管相连。鼓风口的个数视炉床内径大小而定，鼓风口之中心约在1米2左右。炉喉之上即为炉顶，一般设置一双层或三层的钟型炉盖及料斗（Double orthree bell and hopper）用的防止炉内气体泄漏，并可使装入原料均匀分布于炉内。靠近炉盖下方，炉壁周围有四支炉顶气排气管，此四支排气管于炉外最后合而为一降流管（Down commer）而与除尘器相衔接。图五-2为实际高炉之外观图，炉之支架亦有数种型式，如图五-3所示。炉之高度假若不计炉顶装置，大型者约高30米～40米。整个高炉结构，可达90米～100米高，相当于30层以上的高楼高度。炉床内径，近年新建者多在9米以上，深度约3米半至4米半。高炉之内容积（Inner volume）普通由1800立方米至2000立方米不等，最大型者可达4000立方米以上。至于高炉的「容量」或生产率是以每24小时所生产的铁液量而定，大者可达一万吨以上，小者只有百吨而已。

由于整个高炉本体耐火材料内衬（Refractorylining）一直处于高温状态下，故须以水在外部冷却之，以延长高炉之使用寿命。一座高炉内衬的寿命，在良好的操作情况下，一般可达六百万吨的总出铁量，更高者可达一千万吨。届时，须完全停工，重行修砌炉内的耐火内衬。

Ⅱ 高炉制铣之主要原料

加入高炉中炼制生铁之主要原料为：铁矿石、焦炭与石灰石。普通使用的铁矿石，主要为赤铁矿（Fe2O3）、磁铁矿（Fe3O4）、及褐铁矿（2Fe2O3.3H2O）。现代加入高炉内之铁矿石，含铁量约在60％左右。一般对铁矿石品质上要求为（1）含铁分高，（2）还元易，（3）有害的杂质要少，如硫、磷、铜等含量低，（4）有适当的粒度及强度。为达到上述各项要求，及避免由于多量石灰石在炉中分解吸热，近年各国之高炉已很少以大量铁矿石直接加入炉中，多已大比例地配用矿石经过烧结处理（Sintering）的烧结料（Sinter）或选矿及特殊处理的团矿料（Pellet）加入高炉中。这些加入料，统称为含铁料（Iron-bearing material）。至于每生产一吨生铁所需之含铁料多寡视所含铁分之高低而不同。对含Fe 55～60％者而言，大约须1700公斤的含铁量。亦有随含铁料加入少量之碎铁屑及炼钢渣作原料的情形。

高炉加入焦炭主要的作用为供给反应及熔解所须的热量并作为还元剂；此外尚具有支持加入料（Burden）加强炉内透气性的功用。高炉焦灰一般要求含较高的固定碳：（Fixed carbon），较低的水分、灰分、杂质（硫分及挥发物）含量，并有适当的粒度（Size）与强度。每炼制一吨生铁所耗用的焦炭量称为焦炭比（Coke rate），视操作情况与辅助燃料喷入的多少而定。因之各国情况不同，日本高炉平均焦炭比约在500公斤以下，西德约为560公斤，苏俄为574公斤，英美两国则达620公斤。

高炉所加入的助熔剂（Flux）主要为石灰石（CaCO3）。视加入料的不同，有时亦配用白云石（CaCO3.MgCO3）。其功用主要在收集铁矿石中所含之脉石，主要为二氧化硅（SiO2）与焦炭中之炭分，并降低其熔点，使生成炉渣（Slag）而排出。大约炼制每1吨生铁，其总耗用量需200公斤至250公斤。

除了上述三种主要原料外，炼制生铁尚须在高炉鼓风口处鼓入大量之空气，藉空气中的氧气与炉中的焦炭反应，以供给热量及还原性气体。鼓入高炉之风（Blast）须有足够的压力与体积，使足以透入炉中各部分，并阻止由炉顶装入的原料过速下降。近代鼓入高炉之风皆已采用预先热过的空气，其预热温度有时高达1000℃以上。

Ⅲ 高炉操作简介

一座现代化的炼铁厂主要由加料设备高炉、热风炉、鼓风设备、除尘设备等构成。一般钢铁厂为易于取得原料多建于临海地区，或交通便利地区，或靠近矿区。图五-4为一典型之临海炼铁厂，侧面外观图。原料由码头运至原料堆存场，经处理后运到原料库储存。由于高炉为一连续24小时不停操作的炼铁炉，所需原料量极大，故原料须有充分的库存量。高炉炼制生铁的流程及操作情形，可参考图五-5，五-6。

高炉操作时，铁矿石、焦炭、石灰石等原料由原料处理场或储存库经秤量后以原料输送设备，主要为运送带（Conveyer）或加料车（Skip），直接送到炉顶部料斗，顺次自动分层由炉顶通过钟型炉盖，加入高炉中。此时由鼓风机送来的冷风通过热风炉被加热而为热风，立刻由炉下部各鼓风口连续吹入炉中，而与炉内下降至炉腹（Bosh）下缘的焦炭发生燃烧作用，生成大量之还原性的一氧化碳气体及热能。此种高温的还元性气体上升而与下降的铁矿石发生间接还原，由炉顶加料线（Stockline）以下反应渐次加强，至炉腹部熔融带（Smeltingzone）装入料（Burden）大部熔解，体积锐减。生成的熔铁液（Molten iron）则滴流聚集于炉床内。铁矿石所含的主要杂质——二氧化硅（SiO2），焦炭中残留的灰分（主要成分为SiO2,Al2O3）等与由石灰石在炉中分解出的氧化钙（CaO）相作用化合而成熔点较低，比重较轻的炉渣而浮积于炉床中铁液之上。

当炉床内熔融的生铁与渣量积存至相当量后，即由出铁口及出渣口分别排出大型高炉。每日出铁的次数大约10～12次，至于出渣的时机则一般于出铁前视渣量之多寡而定之。

由出铁口排出的生铁液经铁水流道，流入特制的盛桶，直接将生铁液运至炼钢工厂，例入混铣炉（Mixer）保温，或流入鱼雷型之保温车（Topedocar）运往炼钢工厂供作炼钢用之原料，或将铁液运至铸铁机注入铁模内，以冷水喷洒冷却，铸成块状的生铁。图五-7为近代新式的铸铁机。

高炉之渣亦经另外之渣流道流至渣坑（Slag pit），洒水造成块状渣，或以高压水柱急速喷激冷却而成较细的粒状渣。炉渣压碎后可供填土，铺路或作为水泥之掺合料。如以高压力的蒸汽或空气处理熔融之炉渣，使凝成细长纤维状的结晶，更可作为绝热的隔热材料。

至于高炉操作时由炉顶排气管排出之气体，一般称为炉顶气（Top gas），其主要成分由高炉中未完全反应之一氧化碳气体（CO gas）与生成的二氧化碳气体（CO2 gas）及热风中不起反应的氮气（N2gas）所组成。其排放量甚大，一般每生产一吨熔铁，由炉顶排出之气体与鼓入高炉中之风量有直接的关系，体积约有2000立方米。炉顶气含尘量很高，尘埃之组成主要为细粉状的铁矿（Fine ore）、石灰石以及细的焦炭粒（Coke breeze）等等。对于一日产生铁量3000吨级的高炉而言，每日由炉顶气排出的尘埃就有70公吨左右，用大卡车来运也得运上十几趟。由此可以想象得到如此高的尘量如不加处理利用，一定会造成极大的原料损失以及严重的污染问题，而且对炉顶气的再利用极有妨碍。因此炉顶气须在最经济的原则下，尽量除去其所含尘埃。一般高炉工厂皆多采用除尘器连合次级气体清净设备（Secondary gas-cleaning）以处理此项炉顶气体。处理过的清净炉顶气其含尘量一般可低至0.01g/nm3以下。又由于炉顶气尚具有相当高的热值量约在800kcal/Nm3左右，可供再燃烧生热。一贯作业钢铁厂通常收回此项气体作为加热热风炉及锅炉之用。

Ⅳ 高炉制铣之基本原理及炉内反应

制炼生铁之基本原理，就是设法将铁矿石中氧化铁的氧还原除去，使成为激离状的金属铁。利用高铁炼制生铁，就是藉炉内赤热的焦炭及其发生的CO气体作为还原剂在各种浓度，压力与温度下与氧化铁进行还原反应。

下面为简明起见以图五-8表示，高炉内上升气体与下降物料间所起之最主要的变化。当然实际上高炉内的反应并非如此简单，下面我们将就高炉内之重要反应大略地分别区域，进一步加以说明：

（1）燃烧带（Combustion zone）

在鼓风口前部，热风吹入后立刻与赤热之焦炭先发生燃烧反应：

C+O2=CO2+94.3kcal (放热反应)

生成的CO2气体立即与其周围多量的焦炭再反应而生成CO气体：

C+CO2=2CO－41.1kcal (吸热反应)

因此主要的燃烧带反应可总合上两式而为：

2C+O2=2CO+53.2kcal

加入炉中之焦炭大约有85％以上是在各鼓风口前燃烧生成CO气体，火焰温度的理论值可达2000℃以上，为整个高炉中温度最高区。吹入热风中的N2气体在炉内并不起反应，被加热后随着CO气体上升，而热风中之水分与焦炭亦起下述反应，分解而放出H2气体，为吸热之反应：

C+H2O=CO+H2－31.38kcal
（2）熔融带（Smelting zone）

于高炉炉腹部分，除焦炭外，其它加入料全部都开始熔融。此区之温度高约在1350℃～2000℃，各种直接还原反应皆发生于此处。由于已发原之铁吸入C,Si,Mn,S,P等元素，熔点降低，生成熔铁液，滴下集聚于炉床，渣亦开始生成，此区之主要反应式为：

FeO＋C→Fe＋CO（固体C素之直接还原）

3FeO+5CO→Fe3C+4CO2

Fe＋MnO＋C→Fe－Mn＋CO

FeS＋CaO＋C→CaS＋Fe＋CO

SiO2+2C+Fe→Fe－Si+2CO

3CaO.P2O5+3SiO2+5C+6Fe→3(CaO.SiO2)+5CO+2Fe3P

CaO+Al2O3+SiO2→硅酸监(Silicate)

（3）下部还原区（Lower zone of reduction）

在炉胸下部，炉腰等部分，由炉腹上升之炉腹气（Bosh gas）迅速与下落之铁矿石起间接与直接的还原反应，将氧化铁还原为固态之海绵铁（Spongiron）。石灰石亦快速进行分解，生成CaO而于此处之下部开始与铁矿石中之脉石结合。本区之温度约可达900℃以上，主要之反应式为：

（4）上部还原区（Upper zone of reduction）

在炉胸上部以上至加料线部分，亦可称为预热及预还原区域。高炉之加入料首先被预热至200～300℃，水分与结晶水被蒸发排出，铁矿石渐次下降而与上升之CO气体起间接之还原。主要反应式如下：

3Fe2O3+CO→2Fe3O4+CO2

Fe2O3+CO→2FeO+CO2

Fe3O4+CO→3FeO+CO2

2CO→C+CO2

以上之分区只为供方便说明而已，实际上高炉内有很多反应并不只限发生于某一区，受操作情况各项因素之影响而变化。高炉内情况详细的讨论，因涉及热力学与反应动力学的问题，为免置于繁杂，在此从简不作介绍。

Ⅴ 高炉的大型化与设计上的变迁

钢铁工业为一种资本密集的工业。一座钢铁厂其生产容量（Capacity）愈大，成本愈低。以高炉为例，炉的内容积愈大，其每吨生铁生产费用愈低。

由于碱性氧气转炉炼钢法（B.O.F or LDProcess）的广泛采用，及世界钢铁需要量的急增，熔铁液的需求大为增加1960年全世界粗钢产量为3.41亿吨，但到1970年10年之间产量倍增，已达到5.95亿吨；1971年又增为6.32亿吨。据预测在本世纪末转入下一世纪之际，世界粗钢产量，依保守的估计也将达15亿吨以上。要维持此项钢产量所须的生铁量就须在10亿吨左右，因此最近新设立的高炉，生产规模，显著增大，设备趋于大型化。少量的生产已不符经济亦不足应急。近年各国炉床内径10米以上的高炉纷纷出现，目前世界上各国以日本为钢铁厂大型化的先驱者，其拥有之大型高炉数目较多。

高炉的大型化已为无可避免的趋势。不过在此还要加以说明的，就是炉内容积，炉床内径的增大，与炉高之间的关系并不是相对于原比例增高。高炉内容积之高度与炉径之比，我们可以由图五-9看出，有日渐减小的趋向。

此项改变主要是由于高炉操作技术的改进，原料处理的改善及求达到更佳的炉内还原情况所致。

Ⅵ 高炉制铣的新技术

由于富矿（指含Fe％高之铁矿石）及良好的冶金焦炭不易以低廉价格获得，而生铁的要求日益庞大，所以在基于需求增加，减少焦炭消耗，以降低成本的原则下，钢铁工程人员不断的研究，高炉制铣技术近年来已有重大的进步。高炉效率大为提高。兹就较重要者，简介其原理及发展情形如下：

（1）原料处理的强化

此部分在上一章「钢铁的原料」（注：科学月刊第期四卷第十期」，已有详细的介绍。在此所要特别指出的就是加入料对高炉之影响及其趋势。

高炉之加入料，其粒度大小，强度与还原性都直接影响到高炉内原料之分布，透气性及操作情况。一般采用于高炉加入料之粒度大约为：铁矿石8～30mm，烧结料5～75mm，焦炭15～90mm，粒度愈一致愈好。为求炉内分布之均匀与透气性之良好, 近年已有逐渐减少其范围之趋势，如铁矿石，日本多已改用10～25mm，焦炭也改变为22～65mm，烧结料的配合率也大为增加。近代各国多已采用自熔性烧结料（Self-flux sinter），使大部分应加入高炉的石灰石在烧结机（Sintering machine），烧结过程中烧成为石灰（lime CaO），而减少直接加入高炉之CaCO3量，因石灰石在炉内分解为吸热反应增加焦炭之消耗。目前配合率一般已可达70％以上，视烧结料之盐基度（Basicity）而定。除烧结料外，亦有配用团矿料（Pellet）者，且有增加之趋势。

（2）高温鼓风（High temperature of blast）

增加鼓入高炉中空气的温度，可以减少焦炭的消耗，增加生铁产量。其原理甚为简单。因为加热空气，空气的显热（Sensible heat）增高，于鼓入高炉后，利用空气中之显热可以取代一部分由焦炭燃烧所发生之热量，亦即减少炉中碳（Carbon）之消耗量。自1817年J.B. Neilson首先采用热风以来，至1955年热风温度已升高到500～800℃。近年大型高炉更多将用热风温度1000℃以上；更配合水蒸汽的添加，辅助燃料的喷入，以求大量节省高炉焦炭的用量。（3）调湿鼓风（Moisture addition for blast）

由于鼓风的温度近年已有相当程度的提高，因此在鼓入高炉中的热风中添加较多量的水蒸汽已成为可能。

当热风鼓入高炉后，热风中之水分，在鼓风口附近高温区，急速被周围的焦炭所还原而分解，为一吸热反应。就此而言，焦炭的消耗量增高，但生成多量的还原性气体CO及H2；尤其是H2气体在高温时为比CO气体更强之还原剂，能使铁矿石之还原加速，高炉的生产能力增加。故就整个高炉而言，每吨生铁所消耗的焦炭量反而可以减低，单位时间的生铁产量增加。当然为了补偿鼓风中水分在鼓风口前的分解吸热，送风的温度也应对应提高。

一般鼓风中的水蒸汽添加量大约在20~35g/Nm3之间。

（4）氧气富化鼓风（Oxygen enrichment）

氧气富化鼓风于二次大战之后迅速发展。由于氧气炼钢方法的发展，导至氧气生产的大量化，伴随氧气价格的下降。空气中原含有约79％的N2气体，21％O2气体，而事实上鼓入高炉热风中真正发生化学反应的只是氧气。如增加氧气在热风中的比例，则在同一气体发生量下CO气体浓度大，一氧化碳还原效率增加。虽然在单位时间内，焦炭比例增加，但就总结果而言，因生产率提高，单位生铁所须之焦炭反稍可减低。根据日本高炉实际操作报告，热风中，氧气富化率每增加1％，产量约平均可增加4.8％。至于目前高炉操作氧气富化的添加量大约在2％以下。

（5）辅助燃料的喷入（Injection of Auxiliary fuel）

高炉热风温度的提升，及冶金焦炭的缺乏，导致高炉中喷入辅助燃料技术的发展。理论上在高炉鼓风时，于鼓风口附设一喷管（Injecting lance）将含氢的辅助燃料伴随热风一起吹入高炉燃烧带中反应生成大量的还原性气体CO+H2可节省焦炭之消耗。目前世界各国所采用的辅助燃料大都为重油，煤焦油、天然气、炼焦炉气（Coke-oven gas）、粉煤（Pulverized coal）等。一般多采用重油喷入，通常每喷入一公斤的油，大约可节省1.0～1.6公斤的焦炭，视操作条件及喷入量多寡而不同。理论上最大的喷油量，对每生产一吨生铁而言约为300公斤左右。也就是说，所有鼓入高炉中的热风中的氧气全部只用来气化燃油生成CO及H2。但事实上在高炉操作中，此为不可能达到的，因燃油喷入在燃烧带造成强吸热现象，喷入量过多，炉内温度大降，此时反将耗用更多的焦炭来维持高炉熔解区必需之温度。今日世界上各新式高炉燃油喷入量，通常亦仅在20～80公斤/吨生铁之间。

（6）高顶压操作（High top pressure operation）

所谓高顶压操作就是提升高炉顶部逸出的炉顶气的压力。因高炉内由下部上升的气体受炉内加入料之阻力，压力逐渐下降，压力下降差的高低随气体速率之增加而增高。提高炉顶气的压力，亦即使炉内气体流速减缓，密度因之加大，气体在炉内滞留的时间较长，分布亦较均匀。同时由于压力之改变使气体与矿石间反应平衡常数改变，造成炉内气体的利用率（指间接还原的增加，气体与加入料间热传导良好，而使耗焦率降低，增加生铁之产量。

二次大战前一般高炉操作炉顶气压大约在0.1公斤/平方厘米，以后渐提高至0.7公斤/平方厘米。以高炉制铣技术较进步的日本为例，新建的高炉，炉顶气压多在1.0公斤/平方厘米以上。近年更有所谓超高顶压操作（Supper top pressure operation）出现，如日本室兰（Muroran）4号高炉（1969年6月建立），名古屋（Nagoya）3号高炉（1969年5月建立），其炉顶压更高达2.0公斤/平方厘米及2.5公斤/平方厘米。今后此气压尚有再增高的趋势，不过此项炉顶压力之提高须配合炉顶装料设备的构造，材质及高炉炉壁冷却系统的改善，才能达到。

3.其它生铁炼制的方法

历来生铁的大量制炼，绝大部分采用高炉法，亦有受其它条件影响，因地制宜，而采用别的方法炼制生铁。下面我们就介绍二种比较常被采用的方法：

（1）电气还原炉炼制生铁

使用电力作为热源炼制生铁，起源于1889年E. Stassano在高温鼓风口安装电极以加速铁矿石之熔融还原。以后渐渐改良，至1920年TyslandHole型电气还原炉（Electric ruduction furnace或称为电铣炉）出现，才造成了炼制生铁用电炉的大革新。电气还原炉通常用来生产较特殊的合金铁或生铁。

电气还原炉之结构如图四-10，有点像炼钢用的电弧炉（Electric-arc furnace）。

电气还原炉之炉顶部有开口供连续加料用。如炼制生铁加入炉中之主要原料为粉矿（ore）、焦粉（Coke breeze）、或煤、石灰石。此炉之操作原理为利用电能转变为热能，使炉中铁矿石的氧化铁在高温下被焦炭或煤中的碳直接还原为铁，及生成CO气体，而由炉顶下侧逸出，如连续加入原料，矿石的还原与熔解亦连续于炉床内进行。铁液与渣则由炉床下侧流出。有关电气还原炉制炼生铁时炉内状况可参考图五-11。

此种电炉炼铁的最大利益在（Ⅰ）可使用较低品质的原料，尤其是可使用未经焦化（Non-coking）的烟煤或无烟煤作为还原剂，（Ⅱ）生成的生铁液含硫量较低，（Ⅲ）炉气有甚高的热值（Calorificvalue）可再供利用。

电气还原炉一般所用者多日常生铁100吨左右，最大者也不过200吨而已；与高炉日产生铁数千，一万吨相比之下，生产性及生产规模都显得太少，而且耗用电力亦高。大约每生产一吨生铁需要2000～2500瓦度的电力，因此在特殊情况下采用此法来炼铁。

（2）Krupp-Renn直接还原制造海绵铁法

自1911年E. Sieurin首次以Höganäs法，生产海绵铁（Spongeiron）以来，直接还原法（Directreduction process）遂大为盛行，但迄今其发展，在工业化经济性的观点上，尚无法与高炉炼制生铁的主流相抗衡。

直接还原法炼制海绵生铁所根据的理论为，当小颗粒状、干燥的纯氧化铁（Fe2O3或Fe3O4）存在于多量的还原剂中时，在低于其熔点（Melting point）的温度下反应，将被直接还原为多孔质、固态海绵状的铁。此项产物一般称作为海绵铁，含有部分的渣；冷却压碎后，以磁性选矿的方法可以将渣与还原铁分离，作为炼钢之原料。下面我们就介绍一种较常见的直接还原制造海绵生铁的Krupp-Renn法。

此种Krupp-Renn法之操作，为将粒度小于10mm的铁矿石，与粉煤、焦粒等燃料及还原剂混合后装入于回转炉窑（Rotary kiln）。此转窑略呈倾斜，在其末端（Discharge end）以粉煤，燃料油与过量的空气混合吹入回转窑中燃烧加热。此炉最高温度约1250℃，此温度足以使铁矿石中之脉石（Gange主要为SiO2）改变为粘性非常高的高硅渣（High silica slag），但不足以使由铁矿石被还原所得的海绵铁。熔融还原铁形成圆粒状（冶金学名称为Luppen）与糊状的半熔融渣相混而结合。由炉中取出后使其急速冷却，再压碎，最后用磁选法可将Luppen与渣分离；其含铁量高，约在94～97％之间。

Krupp-Renn法之设备简图及炉内各部主要反应如图五-12所示。

4.结语

未来炼制生铁方法的展望

本篇的介绍，特别着重于高炉制炼生铁方法的说明。主要是因为传统性的高炉加上碱性氧气炼钢这条路仍是今日世界各主要钢铁生产国生产钢铁的主流。

至于新的直接还原炼铁法，有人预测即将可能成为未来钢铁冶炼的新路线，造成另一种新的主流。他们所根据的论点为，高炉目前所占的优势，现在正受到用以炼焦的焦性煤（Coking coal）供应不足，冶金焦炭日渐短缺，富矿缺乏，以及钢铁需求量不断的增加等因素影响。未来炼钢的方法，可能就必须要采取能处理固态加料的方式，如此将来可能发展以「直接还原法接续以传统性电弧炉炼钢法」，使固态铁直接炼成钢，进而与传统上一贯作业钢铁厂以「高炉加碱性氧气转炉」的路线相竞争。

根据图五-13，从钢铁冶炼过程的观点上来看，由铁矿石炼铁再提炼成钢，直接还原法加电炉法，就理论上来讲是比较有利的。不过目前直接还原法制生铁要与高炉法制生铁相竞争，仍是障碍重重；除了每吨生铁产量的投资费用上和操作费用上难与高炉制生铁相比外，电力的供应，电价的高低也将直接影响到采用直接还原炼体加电炉炼钢路线的发展。

当然直接还原制铁法的研究不会停滞不前，将来总会发展出一种较目前更能符合工业化经济性生产的方法来。不过近年来高炉制生铁的技术也有重大的进步，也因此才能使过去20年中发展出来的其它由铁矿炼制生铁的方法尚无法与高炉法相比。

因此我们可以相信，未来十数年之中，生铁的制炼，仍将以高炉法为主。

世界十大名刀-日本武士刀

世界十大名刀：日本武士刀

简介：

日本武士刀锋利而轻便，极适合日本人矮小的体型，招式单间明了，一学即会，却又凌厉辛辣，讲求一刀必杀，长度也明显短于太刀，实战中动如泼风，形同鬼魅，令人防不胜防，虽属一路，却也是兵中神器。日本军人在执行任务失败时还经常喜欢用稍短的武士刀来切腹自尽，以谢罪。

历史：

早在中国唐代时期，中国的冶炼锻造技术和经济得到空前发展，造价高昂的唐刀传入本已经得到汉刀冶炼技艺的日本，但是当日本天皇看到性能优越做工精湛唐刀时，也惊叹地说：只有中原才能铸出如此精良的刀剑。日本随即学习唐刀的锻造之法，并加以改进，就成为了今天所见到的世界名刀之一的日本刀。

而到唐代之后，中国的唐刀锻造技艺逐渐失传。而日本刀以其优良的性能在世界冷兵器中占有一席之地，并享有良好的口碑和名誉。

锻造：

武士刀用的是平面碎段复体暗光花纹刃，分为边花、腹花、小暗斑、粗暗斑等名目。刺刀由冶铁、制刃、淬火等过程组成。

冶铁日本人用自炼钢料，在熔炉中炼出钢、生铁、熟铁等不同品种。这样铸出的钢材送到刀工手中，还不能直接制刃，还要入炉进行脱碳或渗碳处理，并熔铸为条形。制刃将条形钢加热进行锤锻，反复折迭，将原料中杂物析出，并使钢质匀称，花纹也在这时显出。

冶锻过程中师傅执钳并观察火候，另一手用小锤指点应锤打之处，徒弟用大锤奋力锤订，往往一天挥锤2000次。这种锤法并不是次数多就好，因钢的合碳量在生熟铁之间，捶过头就成熟铁了。

古代没有现代测试设备，故是否成钢全凭经验与感觉，这样锤过的钢已减少到原重的三分之一。这种钢已经可以制刃了，但日本人还要将钢料与熟铁组合为刀体。因为钢虽坚硬，但服而易折，必须用柔软的熟铁辅护，叫复合刃，这一工艺也是与罗马焊纹钢的区别所在。

淬火刀剑淬火先要加热，因为日本刃是不同性质钢铁组合而成，所以加热技术极为复杂，须在不同质地上合盖不同质地的土、这种敷土技术因各家流派不同而呈现不同花纹。

在夜色中，铸刃师凝视炎炎炉火，当刃体烧到所需赤热度时，他迅速抽出刃体，除去刃上敷土，投入水中振动数次，经此淬火后，刃体硬化完成。淬火卤水温是很有讲究的，淬火后还要回火，即将刀在火上烧至水滴上去如圆珠转动的程度，再慢慢冷却，这样可提高韧性。

磨砺刀剑淬火后，由煅冶工用砺石开出锋刃，锋刃的厚薄与使用需要有关。锋刃开出后，由专门的研磨师研磨，再将刀装上试验柄进行试刀和鞘之类装饰由专门的鞘师完成。

中国古刀不逊任何日本刀

中国古刀不逊任何日本刀

应运而生的日本刀祖先

在唐代的墓葬壁画中，也看到了类似的刀剑形象。唐代懿德太子墓壁画仪卫图中，几位仪卫的腰间挂着一种刀剑，从复原画面来看，这种刀似乎无镡，或有个很小的镡，通体修长挺直。

中国的刀一直都是环首刀形制，也就是在刀柄上有一个圆环，这一圆环可用于配重、防止脱手、缠裹织物等等作用。不管是日本正仓院唐大刀还是懿德太子墓的壁画上刀，刀柄上都没有那个圆环，         这么明显特色很自然让人想起某些传承关系。

再想想之后的日本刀的样子一样没有环首啊，要知道青铜时代的日本刀可也是有环首的，这突然变成没环首的样式了……可不就是学中国的嘛！

既然样子是学中国的，那造刀技术没得说也肯定是学中国的了。于是现代的中国刀商们心安理得的将日本刀锻造的覆土淬火等等技术从“徒弟”那取了回来，堂而皇之的用在了现代的唐刀上，这样唐刀工艺上就不比日本刀差了。 易仁企业网

日本刀之所以后来变弯，是因为技术达不到唐人老祖宗的水平，淬火控制不好所以日本刀就变成弯的了，而弯刀虽然割肉厉害，却不能破甲，而直刀唐刀那是和突厥什么的游牧铁骑作战的战场上的刀，那挺直的刀条和特殊的刀头造型都赋予了唐刀强大的破甲能力，相比之下，大抵日本刀只能算是黑社会混混的玩物。

如果说懿德太子墓的仪卫图证明了无环首刀的存在，那么更多壁画、雕塑还有稀少的出土实物都反过来证明着另外一件事——环首刀才是唐代佩刀的绝对多数，这种无环首的直刀反而是凤毛麟角。我们可以从李寿墓壁画、章怀太子墓壁画、长乐公主墓壁画、韦贵妃墓壁画、乾陵翁仲像、顺陵翁仲像等等唐代遗产上看到，其中仪卫、武士以及翁仲们拿着的都是环首刀。

在至今考古出土的唐刀实物中，都能发现刀柄上依然装着圆环。而和传说中的这种无环首唐刀类似的，反而只有某私人收藏家手里的一把来历不明十分可疑的唐刀……

然而在宋代官方修订的军事百科《武经总要》中，我们没有看到这种无环首直刀的痕迹，有的依然是演变后的环首刀。唐刀消失的理由是制造成本太过昂贵，然而既然唐朝都能造的起，那么经济方面更加繁荣的宋朝就绝无理由反而造不起了。

宋朝《武经总要》所收录的八款宋军用刀，唯一一款短兵手刀是有环首的宽刃弯刀。

在唐刀的神话中，切刃是一个重点概念，始作俑者将唐刀刀尖部分的款式称之为“切刃”，就好像刀条被斜着切了一刀，切出了个刀尖来。

“切刃造”一词本是日本造刀行当的名词，所指的刀条截面的一种造型，也就是你把刀条掰断，在断面看见的形状，根本就不是刀尖的造型名称。 而抛开这种名称上的谬误，这个刀尖造型本身也并无特异之处。

中日锻冶南辕北辙根本性差异

如果说，上面关于环首的讨论，关于传说中不靠谱的内容都只能动摇神话而无法推翻祖宗论，那么冶金技术的根本性差异就决定了日本刀制造技术绝然不是继承自中国。

我们知道中国是最早大规模应用铸铁文明，因而整个铁器生产技术都是基于铸铁而成的。在制造刀剑时，中国需要从铁矿石冶炼出铸铁，将铸铁炒炼成熟铁和低碳钢，熟铁和低碳钢锻打成刀条后，再渗碳提高硬度，从而形成刀剑外层高碳坚硬内层低碳柔韧的效果。

而日本刀的制造从一开始就和中国不同。要制造一把日本刀，首先需要冶炼出造刀的铁料，日本的冶炼方法可以称之为“塔塔拉”法。

简单的说就是矿石在炉火中烧出的是海绵铁，一种生铁熟铁钢还有各种杂质渣滓混杂在一起的的东西。日本著名的制造刀剑的“玉钢”其实就是海绵铁中含碳量1%～2%较为纯净的高碳钢部分。

塔塔拉法在日本的历史可以追溯到至少公元10世纪，而这个时代中国早已全面应用铸铁高炉千余年了，直到到了火器时代，需要开始铸造大炮后，日本才开始使用铸铁。

而塔塔拉法的产物有较多炉渣类夹杂，同时选取的中碳钢、高碳钢等材料也更硬，因此对锤锻排杂、造型的要求就更高。锻造法需要合适的温度和力度、频率，适合熟铁的模式套在高碳钢上，就很容易就出现裂纹，导致整块钢料变成废物。

同时日本刀常常使用夹钢工艺，以较软的低碳钢夹着会作为刀刃的高碳钢。

显然，由于原材料的不同，最终导致中日制刀技术有着本质上的差别。到后世中日交流变多，尤其是贸易往来更加密切之后，日本刀进入中国，中国人并没有老师看学生的感觉。

就不说“宝刀近出日本国”这类诗人赞叹了，在明代技术著作《天工开物》中就说到“倭国刀背阔不及二分许，架于手指之上，不复倾倒，不知用何锤法，中国未得其传”，宋应星在《天工开物》中详细记载了中国铁器从冶炼生铁开始的整个制造过程，自然不是外行，但依旧对日本刀的技术感到羡慕。

覆土淬火的问题

自从认定唐刀是日本刀祖宗后，许多人就把日本刀的覆土淬火技术也心安理得的“拿回来”安在了唐刀身上，当然由于该方法成本过高，市面上的唐刀基本没有真用这个工艺的。

覆土淬火就是在刀条上用特制的粘土覆盖住一部分，把刀刃露出这样进行淬火时，刀刃冷却快硬度提升就大，而刀背等因为泥土阻隔冷却慢，硬度提升就没那么高，韧性也得到较好的保留，从而构成刀刃坚硬锋利刀背柔韧的效果而覆土淬火除不同程度提升硬度外，由于刀刃刀背冷却速度不一，也就自然的让刀条产生了弯曲，从而诞生了弯曲的日本刀。

到了明朝，中国也出现了覆土淬火的记载，明末技术著作《物理小识》中记载过钢刀经过蘸水淬火后，用虎骨硝酱或羊角碎末等等敷在刀上，烧红后再淬。

能看到烧红说明用虎骨之类做成的敷料并非完全包裹刀身，只是局部使用而已，或者至少是某些部位敷料较为单薄，应当属于一种覆土淬火技术。但此时距离日本有此工艺已经过了数百年，说不定反而是因为戚继光学习制造日本刀等，导致覆土淬火这一日本技术传到了中国。

那么就算技术不是学中国的，这种窄身直刀的造型总是跟唐朝学的了吧？然而，从已知的考古文物来看，日本类似形制的窄身直刀早在唐以前就存在了。

日本有两把作为国宝的圣德太子佩刀，分别是丙子椒林剑和七星剑，虽然叫做剑但其实是刀，其形制亦是这种窄身直刀，刀尖造型也是一致。然而圣德太子主要生平都在唐朝建立之前，这两把刀也很难说是唐代才有的东西。

无环首直刀来自西域

无环首直刀在中国南北朝时代已经出现，在唐朝时也有少量存在。那这种东西究竟是怎么来的？是中国自己发明的吗？我们再去看看作为唐刀铁证的日本正仓院所藏金银钿装唐大刀，除了直刀、无环首这些特点之外，我们还能看到其刀鞘上有两个附耳，是用来方便人佩戴的装置，把两个附耳穿绳后挂在腰带上，就能稳固的佩戴刀剑了。这一点也为后来的弯曲的日本刀多继承。

但，就是这个地方，透露了这类刀剑的来历。双附耳佩戴法并非中国原有，在这之前，中国的佩戴刀剑方法都不是通过刀鞘上的附耳，而是采用璏式佩戴法。

璏的样式和作用，就类似需要裤腰带的裤子上的环，是一个安装在鞘上的环状物，腰带穿过其中从而将鞘固定在腰间。一直到汉朝及以后，璏式佩戴法都是中国唯一的刀剑佩戴方法。

5、6世纪的萨珊无环首直身刀剑，鞘上有双附耳但附耳式与此不同，附耳式是从西亚，随着南北朝时期的游牧民族大移动而被引入中国的。过去中国学者在讨论这一问题时，一般都以四、五世纪的波斯双附耳佩戴法为源头。比如汉代器物史权威孙机就持此说法，并认为在萨珊波斯晚期，从单附耳变成了双附耳式。

但实际上这种附耳式既非萨珊首创，双附耳的诞生时间也远比此为早。这类附耳目前已知最早存在与古代游牧民族斯基泰人处，时代为公元前3～前2世纪。到波斯人时，将之和直身刀剑结合，形成了我们所知的“唐刀”的这种样式。而后，这一形制随着游牧民族又来到中国，前面所述的已经有了这种无环首直刀的北齐娄睿，就是鲜卑人。

再考虑到南北朝到唐无环首和有环首长期共存且有环首为主流，唐之后环首也依然长期存在的现实，《中国古代军事工程技术史》中作出了这样的结论：“在南北朝时受萨珊波斯的影响，短柄铁刀又出现新的式样，其突出特点柄末端没有圆环。”双附耳和无环首都是外域进口来的，甚至直刀也不是中国独有，那么这样的刀，与其称之为“唐刀”，不如叫做“胡刀”才更贴切些。本来南北朝和唐代就是北方游牧民族和汉族大融合的时期，唐代贵族崇尚胡风也是历史记载清楚的现象，那么我们就很有把握的确定，这种无环首双附耳“唐刀”实际上是来到中原的胡人贵族和喜好胡风的汉人贵胄们一个小范围的流行而已，其产量并不很大，也很可能只是依靠西北外域进口而中原并不生产，在中国人们使用和生产的主流，依然是延续自汉代的环首刀。日本刀在形制方面要寻宗问祖，只怕只能去找西亚，中国就排不上队了。

日本刀诞生有些影响并非祖先

无环首、双附耳是日本刀的两大特点，结果这两大特点都并非源于中国，而是源于西域世界，那这日本刀形制来自中国刀的说法还有几分站得住脚呢？古代西亚到日本的交流路线，除了经过中国这一路外，还有来自南亚海路和从北方草原到朝鲜过去两条路径，考虑到西亚最早产生冶铁技术，并且也是块炼铁模式，和日本塔塔拉法本质上相同，

虽然唐刀、中国刀并不能作为日本刀的祖先，但这也没什么好自卑的事实上，古代各个文明的刀剑，在顶尖水平上差距都微乎其微，欧洲剑也没有进入三大名刀，但性能比起来也完全不会逊色，中国出土的一些高质量刀剑也不惧任何日本名刀。

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