朔风中的暗夜,偏偶街角的昏暗灯光下,打铁炉中此起彼伏的火焰随着风箱的阵阵拉动,忽明忽暗地向着夜空散发着红光。铁匠铺那个穿着汗津津单挂子,仍然满头大汗的师傅,在炉火通红中夹过红彤彤的铁坯子,叮当叮当地在铁砧上,使劲地敲打着,一会儿这烧红了的柔软铁傢伙,在铁匠的满意目光中成了型。

当然,这场景只不过是上世纪五六十年代,乃至于更早岁月中一些城镇夜晚中走进我们视野的一种景色,这场景告诉我们,这就是"趁热打铁"!

现实生活中,"趁热打铁"这一成语,十分干脆告诉我们, 凡事都要敢于把握住有利时刻,尽快出手,稍一迟滞就有可能失去最佳时机。成语中再也没有什么能比"趁热打铁"这样的的寓意,使人一目了然。

"趁热打铁"的概念从科学角度告诉我们,金属材料强度与温度有着直接关系,因为,温度越高,金属强度就越低,所以锻打金属器件,都是在烈火熊熊的高温下进行,赋型性好的同时,金属制品的质量也就能够得到充分的保证。如果鍛造时温度偏低,金属的软化程度显然会带来抗变形能力过大,不容易鍛打出合适的形状,同时也会影响到成品的最终质量。尤其是冷兵器时代,金属武器的硬度,往往决定了战士们生死和一场战斗的胜败。

古代的钢铁技术

说到打铁,远非只有上面这些,说到底还得从原始炼铁说起。

要知道,古时候最初的炼铁工艺,是将铁矿石和木炭一层夹一层放到炼铁炉中,加热到800-1000℃,利用木炭不完全燃烧时产生的一氧化碳,使铁矿石中的氧化铁通过还原反应生成了铁。但是,由于当时炼铁技术的温度最多只能达到1200℃左右,不可能使熔点为1535℃的铁熔化得到液态铁水。人们只能等到炼铁工作完成,炼铁炉冷却后取出生铁块,用这种原始炼铁方法得到的铁叫做块炼铁。

由于采用这种方法得到的块炼铁,存在质地较为疏松,更夹杂许多来自矿石中的氧化物以及木炭中杂质,在应用上价值不大。古人们在实践中发现,如果继续利用木炭作燃料,加热直至烧红块炼铁,并反复不断地加以锻打,就可以把夹杂在其中的氧化物以及硫、磷等其他杂质逐渐地排除掉。

将块炼铁加热到较高温度,直至烧红,在空气中反复不断地加以锻打,铁片也就在逐渐中得以延长,然后将其多次折叠在一起再继续反复加以鍛打,铁片在加热鍛打过程中,局部由于受到强大的冲击,和延伸时两层铁片之间摩擦所产生的高温,以至于熔合成了一体(但折断后仍可看到断面上有着层状的组织)。同时也使得硫、磷等其它杂质同步得以脱除。只是由于当时的技术水平,只能依靠赤热状态下固态铁反复不断加热鍛打的方法,来达到一个对块炼铁不断除杂的纯化过程。

高温条件下反复鍛打,之所以能除去块炼铁中的杂质,是因为鍛打时,局部高温使其中多余的碳成分,和空气中的氧发生氧化反应,生成二氧化碳。同时,鍛打产生的冲击力,以及铁块在延伸过程中内部晶体之间的挤压,都有利于挤出晶体之间多余的碳,和硫、磷等其它杂质。当鍛打至杂质基本除尽,得到也就是钢以至于纯铁了。

绝对纯净的铁,在工业上没有多大的实用意义,钢其实就是铁与碳的合金,其中碳含量应控制在0˙02~2˙11%之间,而作为铁碳合金的生铁,它的含碳量往往超过了2˙11%界限,可见生铁中含碳量确实是太高了,加上生铁中含有较多的其它杂质,尤其是过多的硫、磷等其他杂质元素,使得生铁性能大大地打了个折扣,所以,今天生铁通常只能用作炼钢的原料。

既然生铁在炭火中通过长时间反复加热鍛打,可使铁中碳的含量降低到0˙02~2˙11%的范围內变成了钢,那时人们的思路也就打开了。西汉时,为了提高块炼铁脱碳成钢,人们就有目的地逐渐增加加热锻打的次数,由十次,三十次,五十次,甚至增加到了上百次,以至于在这样的 "千锤百炼"过程中,得到了所谓的"百炼钢"。

随着岁月进展,人们常常以此来比喻一个人经过长期锻炼,变得非常坚强,这就是成语"千锤百炼"和"百炼成钢"的由来。

现代的钢铁工业

我国古代的钢铁冶炼技术,在当时世界上的确遥遥领先,据有关考古发掘证实,我国上述的炼铁炼钢技术要比欧洲早了一千多年。

但是,随着时代发展,科技的进步。现代钢铁工业早已不是小打小闹的作坊形式了,日新月异中飞跃般发展的现代钢铁工业,早已形成炼铁高炉—转炉炼钢—连铸连轧一条龙的生产方式。

一代高炉(从开炉到大修停炉为一代)能连续生产几年直至十几年。生产时,从高炉炉顶不断装入铁矿石、焦炭和熔剂,高炉下部风口吹进1000~1300℃的热风,同时喷入油、煤或天然气等燃料。直至炉内温度达到2300℃。由于铁矿石主要成分是铁和氧的化合物。高温下焦炭和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来,得到了铁,这个过程在化学上属于还原反应。高炉中铁矿石正是通过高温下的还原反应炼出了生铁(铁水),铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中灰分,与加入炉内石灰石等熔剂结合则生成炉渣,二者各自从出铁口和出渣口分别排出。

与科学有关的成语(趣谈成语学科学)(1)

高炉炼铁示意图(来自网络)

现代钢铁工业发展形成的炼钢技术,同样也在突飞猛进中发展出多种形式的新工艺新方法,主要有平炉、电炉、转炉炼钢三大方式,以及由它们派生出来的各种炼钢新工艺,新方法。

与科学有关的成语(趣谈成语学科学)(2)

平炉炼钢示意图(来自网络)

与科学有关的成语(趣谈成语学科学)(3)

电炉炼钢示意图(来自网络)

其中应用最广的转炉炼钢技术,就是直接将来自于高炉的铁水,经混铁炉混匀加入转炉中,并按一定比例装入废钢,然后降下水冷氧枪进行吹氧冶炼。当达到吹炼终点,测温和取样化验成分,达到标准范围就出钢。否则,降下氧枪继续吹炼。

与科学有关的成语(趣谈成语学科学)(4)

转炉炼钢示意图(来自网络)

在出钢过程中,还要向钢包中加入脱氧剂和铁合金进行脱氧处理及其合金化。然后,合格钢水送模铸场或连铸车间用于铸锭,直至轧制。

通过上面介绍,可见我们今天所讲的钢,其实都是铁与碳的合金,即碳素钢;当然还有铁和其他合金元素形成的合金钢,如不锈钢、硅钢、锰钢、钨钢、钒钢等。现代钢铁工业将铁炼成钢的原理,说的就是高温下把生铁中过量的碳降低、同时去除硫、磷等有害元素,得到普通碳素钢,要想进一步得到五花八门的合金钢,那就要在冶炼过程中,加入一定比例的不同合金元素,如硅、锰、镍、钒、铬、钼、钨、硼等……,从而得到相应用途的合金钢。

没有趁热打铁,哪来的百炼成钢!自古至今的钢铁生产都是这样,今天的人才想必也是同样的道理。

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