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50个孩子一定要知道的世界科学奇迹

admin 河南在线 2020-10-18 01:03:23 2 0
原标题:50个孩子一定要知道的世界科学奇迹-3.生铁冶炼

3.生铁冶炼

奇迹概览

在人类历史上有很多原材料发挥过重要的决定性作用,而在这其中,铁应该居首位。无论在世界哪个地区,冶铁技术的发明都是划时代的重大事件。最早的生铁冶炼技术出现在我国的春秋中期(约公元前6世纪),比欧洲掌握这项技术早了2000多年的时间。中国冶铁技术的发达程度在世界冶炼史上处于绝对领先的地位。生铁冶炼技术的出现,对封建社会的作用可以与蒸汽机对资本主义社会的作用相媲美。铁的发现和大规模使用,是人类发展史上一个光辉的里程碑,它把人类从石器时代、铜器时代带到了铁器时代,推动了人类文明的发展。

⊙奇迹探秘:

1.世界上最早的铁器是在哪里出现的?

世界上最早的铁器属于我国春秋时代,江苏六合县春秋墓出土的铁条、铁丸,以及河南洛阳战国早期灰坑出土的铁锛,都是迄今为止我国最早的生铁工具。战国中期以后,出土的铁器遍及当时的七国(秦、楚、燕、韩、赵、魏、齐),被广泛应用到社会生产和生活的各个方面,在农业、手工业部门中已占居主要地位。楚、燕等地区的军队,装备基本上也以铁制武器为主。战国时期的铁器还经由朝鲜传入日本。西汉时期,应用铁器的地域更为辽阔,器类、数量显著增加,质量又有提高。东汉时期铁器最终取代了青铜器。

我国古代劳动人民制造出来的铁器也是世界闻名。河北沧州的铁狮,建于五代时期,距今已有1000多年的历史。而位于河南开封的北宋开封铁塔,更是有“天下第一塔”的美称。

走近奇迹

中国是最早发现和掌握炼铁技术的国家。在我国,最早的人工冶炼的铁是在春秋战国之交时期出现的。可见,从很早的时候开始,制铁技术就已经在我国流行开来。遗憾的是,中国最早开始使用铁器的年代目前还没有确定。

生铁冶炼采用的是“高温固态还原法”,是使它的炉温达到1150℃-1300℃,在这种炉温下,通过被还原生成的固态铁吸收碳,降低其熔点,从而得到液态的生铁,液态生铁可以直接浇铸成器。

在古代,世界上冶炼生铁的技术由于炼铁炉容积的限制,鼓风力弱而只能炼出海绵状的块状铁。而从春秋晚期开始,中国在炼铁技术上开始有了自己的发展,并迅速走在了世界的前列。当时,竖式炼炉开始成为生铁冶炼的主要设备。为了改善生铁的性能,中国在战国早期还发明了生铁柔化技术,从而得到高强度可锻铸的铁。特别是到了汉代,由国家专门设立的冶铁作坊,其冶铁的技艺一天比一天精进,使生铁得到了大量的生产。冶铁技术在我国秦汉时期得到了进一步的发展。高炉炼铁已成为一种经济而有效的炼铁方法。而且在汉代还出现了球墨铸铁。待到了宋代,人们更是发明出了水力鼓风机,使得冶铁高炉的鼓风设备达到世界先进,为生铁的大规模生产提供了强有力的动力。

到了13世纪,铸铁术开始传入西欧。但直到17世纪欧洲才开始大规模地制造和使用铸铁。最初,欧洲的铸铁被用于制造大炮的炮弹,后来才开始被用来制作墓板和炉壁。到了1709年,英国人亚伯拉罕·达比通过将焦炭引入炼铁技术,冶炼出了硬度较高的“达比铁”,使铁的硬度比早期更为坚韧。后来,法国人又冶炼出了一种延展性很强的铸铁,因其耐热的性能而被用于固定砖石墙和支撑烟囱,再后来,铁也被广泛应用于铁轨的铺设和摩天大楼的构建。

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在古代世界各项技术尚不发达的时代,冶铁业的发展无疑是生产力进步的明显标志,它有力地推动着社会的变革和进步,为社会的发展和人类生活的改善做出了巨大的贡献。

⊙奇迹探秘:

2.我国古代的炼铁方法都有哪些?

我国古代,生铁的出现是因为中国烧陶窑和冶铜炉炉温较高,具备了高温冶铁的条件。铁矿石在温度较高的炼铁炉中高温还原并渗碳,得到含碳达到3%-4%的液态生铁。而我国古代的炼铁方法是块炼铁,冶炼块炼铁一般采用地炉、平地筑炉和竖炉3种。在掌握块炼铁技术后不久,我国劳动人民就炼出了含碳2%以上的液态生铁,并用以铸成工具。战国初期,我国已掌握了脱碳、热处理技术方法,发明了韧性铸铁。战国后期,又发明了可重复使用的“铁范”(用铁制成的铸造金属器物的空腹器)。战国时已用叠铸方法(古代一种金属铸造技术,是将许多范片层层叠合起来进行浇铸,可以一次铸出多个铸件)生产铜钱,汉代以后,叠铸方法进一步发展,并大量生产车马器件等。西汉时期,出现坩埚炼铁法和炒铁法。同时,炼铁竖炉规模进一步扩大。

3.目前世界上发现的规模最大、时间最早的冶铁遗址是哪里?

1975年,在我国河南省郑州市西北27千米的汉代荥阳城(今郑州惠济区古荥镇)西墙外,发现了河南郡铁官(我国秦汉时期管理铁的冶铸事业的机构)的一号作坊遗址。这座遗址南北长400米,东西宽300米,总面积为12万平方米,是目前世界上发现的规模最大、时间最早的冶铁遗址。

在此遗址中有两座规模较大的炼铁高炉残迹东西并列,相隔14.5米,炉基深3米,炉缸为椭圆形,面积为8.5平方米,炉壁厚1米。其中一号椭圆形竖炉容积可达50立方米。这是目前我国发现的古代容积最大的炼铁炉,日产量估计为0.5-1吨,也是当时世界上最大的高炉。古荥冶铁遗址反映了我国汉代冶金技术已达到最高的黑金属冶铸技术水平。

相关链接

【高炉炼铁的过程】

高炉炼铁的任务是把铁矿石炼成生铁。铁矿石在高炉中经过还原作用(排除氧化铁中的氧)、造渣作用(将铁与杂石分开)、渗碳作用(铁吸收碳素)等一系列复杂的变化,最终形成铁水和炉渣。铁水可以直接用来炼钢或铸成铁锭(或铸件);炉渣可以作为水泥、渣砖等的原料。从高炉炉顶放出的高炉煤气(主要含一氧化碳二氧化碳和氮气、灰尘和某些有害气体)经过净化处理,可作为气体燃料。

知识百科

【铁器时代】

铁器时代,是继青铜时代后的又一个时代,它以能够冶铁和制造铁器为主要标志。位于小亚细亚(今土耳其境内)的赫梯人是世界上最早锻造出铁器的人,在公元前1400年左右,他们最早进入了铁器时代。而实际上所说的铁器时代是指的早期阶段,在晚期各国都已经进入了有文字记载的文明时代,也就多以各国的朝代来称呼其时代。不同地区进入铁器时代的时间有所不同,即使同在一个地区,比如欧洲,其中的日尔曼和罗马进入铁器时代的时间也各不相同。

虽然各地区进入铁器时代的时间不尽相同,也很难以准确的年份标示,但铁器时代与之前时代的区别仍是十分明显的。其主要区别在于农业发展、宗教信仰与文化模式。铁器时代是指已经能运用很复杂的金属加工来生产铁器。铁的高硬度,高熔点与铁矿的高蕴含量,使得铁相对青铜来说价钱更便宜,并且可在各方面运用,所以人们对铁的需求很快就超过了对青铜的需求。

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