2015/1/14 16:06:26 From: 悟空
炼铁
制造刀具和剪刀用的主体材料是钢,钢的主要成分是铁。铁来源于大自然的铁矿石。从铁矿石中分离出的生铁,是通过对铁矿石加热到一定温度(炉内平均温度为700至1350度。纯铁的熔点是1538度,但矿石及燃料中往往都含有碳及其它降低铁的熔点的元素,因此铁的成分不同熔点而不尽相同。),由氧气化学反应成一氧化碳(CO)作为还原剂使铁从铁矿石的氧化物中还原出来。矿石中存在其他元素的氧化物,如氧化硫、氧化铝、氧化锰及焦炭燃料中的灰分等,是通过向炼铁炉中与矿石混合加入石灰石、白云石等熔剂,形成熔点低、比重小的熔渣将矿石中的其他氧化物和燃料灰分熔结并分离出来。
人类进入铁器时代,炼铁制刀及其他工具大多是工艺一体化的。很长一段时期的炼铁工艺产出的生铁产品都属于直接还原铁(DRl),又称海绵铁(因内部存在大量气孔,含碳量低,杂质多)。这种炼铁方法即是采用木炭或煤炭等燃料混合矿石装炉,通过鼓风供氧燃烧,使矿石低于纯铁的熔点还原出来的生铁产品。再从生铁中分拣选取出进行烧结锻造成刀具或其它钢铁工具。目前这种工艺在制作工艺刀剑的作坊还在应用。特别日本的传统刀匠,执着于传统冶炼及锻造工艺制作高性能的收藏刀具。另外,工业化生产如果使用低档矿石和缺乏焦化煤等高炉燃料的地方也还在采用这种工艺炼铁。
而经历近代钢铁技术的发展,炼铁工艺及设备技术都不断提高。熔化还原法、等离子还原法、和碳化铁等先进的工艺。使生铁产品质量不断提高,为炼钢提供了质量保证。同时大装炉量自动化和计算机控制工艺的现代炼铁设备的应用,先进的高炉技术、液态金属的预处理技术等大大提高纯铁或液态钢(铁水)产品的产量,同时降低成本,减少污染。为刀剪制造的主体材料钢材提供了优质的基础材料。
炼钢
铁和钢的分别是它们的性能不同。而其性能是取决于它们的化学成分、工艺路线及由此形成的材料显微(内部)组织相关的。选用钢铁为主体材料制造的刀剪产品,为对应不同的使用需求而具备的各种性能及程度,必须对钢铁提出能提供的可转化为刀剪性能的材料特性。
炼钢是将生铁或废钢通过各种方式加热至1700度左右(各种不同成分的钢材有不同的熔点及工艺制度)使之熔化后,再通过不同来源的氧(空气中的氧、工业纯氧等)去除氧化铁水中不符合钢种要求的碳、硅、锰、磷等元素。使之达到所炼钢种规定的范围。炼钢的基本工艺过程是:原料熔化-杂物元素氧化-造渣-除硫-脱氧。在这个过程中调整控制成分,使钢液符合成分的要求。这个工艺过程只为钢种实现其基本性能提供了成分的基础。而要获得最终的性能,还须在后续的冶金过程按照钢种的加工特性精确控制。利用铸锭、轧制、热处理等工艺手段,使钢的显微组织符合性能要求。才能完成整个钢材冶金的工艺过程。
人类进入铁器时代至19世纪前3000多年以来,所生产的刀具、农具、兵器和日常铁器用品是在作坊中由铁匠以手工的方式生产加工的。工艺过程基本是从炼铁至制成品。到18世纪未发生了产业革命,生产力获得蓬勃发展的推动下,钢铁材料逐步建立起了相应的理论,钢铁冶金开始由手工操作发展为工业生产。1855年,英国人贝塞麦发明了酸性炉衬空气㡳吹转炉炼钢法,标志着现代炼钢法的开始。1863年,英国人索比发明了金相技术,为研究合金中的相组成和显微组织提供了有力工具。1868年,俄国人切尔诺夫观察到钢必须加热到超过某个临界温度才能淬火硬化,提示了相变的存在和作用。1887年法国人奥斯蒙利用差热分析法系统地研究了钢的相变。1899年英国人罗伯茨-奥斯汀提出钢在临界温度以上的相是固溶体,并绘制出第一张铁碳相图。1900年德国人巴基乌斯-洛兹本在此基础上应用吉布斯相律修订了铁碳相图。相图的出现,是物理冶金学发展的一个里程碑。