焦炭炼铁的发明与英国工业革命.doc

焦炭炼铁的发明与英国工业革命 工业领域的技术创新是导致18世纪英国工业革命的根本因素，而人们最先想到的技术创新是纺织机和蒸汽机。但在经济学家眼里，18世纪发生的由木炭炼铁向焦炭炼铁的变革，其意义不小于纺织机和蒸汽机的发明，甚至更为深远。 早在17世纪最初的10年，英国的木材资源供应已经非常短缺，燃料的饥荒成为阻碍炼铁业发展的关键问题，解决问题的唯一途径就是找到一种合适的燃料替代木炭炼铁。当时，煤炭作为燃料已在玻璃、制砖等行业得到广泛应用，因此用煤代替木炭便成了唯一的选择。 用煤作为燃料替代看起来十分简单，但该过程却花费了大半个世纪的时间。期间许多人进行了各种尝试，其中最为著名的是英国人杜德利（Dud Dudley，1599-1684)。杜德利出身于贵族，受过良好的教育。20岁时他掌管了其父杜德利勋爵的三家铁厂、一座炼铁炉和两座锻造炉，并开始试验用矿煤代替木炭炼铁。为此，杜德利申请到了两项专利（1621年和1638年），但实际上并未获成功，因为用厚煤块和煤屑做燃料，煤块所含的硫会导致生铁的热脆性，使之无法锻造成形。 将煤炼成焦炭是解决杜德利遇到的问题的最终办法。 17世纪后半期，虽然英国已有人开始尝试用焦炭来炼铁，但将其真正实现的是18世纪初的亚伯拉罕·达比（Abraham Darby，1676-1717）。达比早年在伯明翰的一家麦芽糖厂做学徒，1699年他学徒期满后搬到了布里斯托尔（Bristol），在那里他和别人一起开办公司制造家用的铜锅。后因铜的成本高，达比决定尝试用铁铸锅并获得成功，还申请了专利。 1708年达比离开了布里斯托尔的公司，来到希罗普郡（Shropshire）的科尔布鲁克代尔（Coalbrookdale）创办了自己的铁厂。在麦芽糖厂的经历让达比有使用焦炭的经验，他租下了一座已经废弃多年的炼铁炉，进行焦炭炼铁的试验。其试验的详情已无记载，但他一定是发现了焦炭不如木炭那么容易燃烧，有必要改进鼓风设施和调整炉内结构以获得更充足的空气。因此，他改进了高炉的内径使之适应焦炭炼铁，并为高炉安装了一套新的鼓风设施。改进后的高炉于1709年成功用焦炭炼出生铁[1]。值得一提的是，这不是一个能事先预设的成功，而是一个不断试错的过程，这也是英国工业革命时期技术创新的重要特征。由于无法看到炉内发生的情况，因此只有出铁后才能知道事前设定的调整是否可行，若结果不理想，只能在停炉后再进行进一步调整和试验。除了对炉子的调整外，在炉子工作时还需进行其他方面的试验，如风压的调整、焦炭和铁矿石的配比等。因此，达比的成功必然是在复杂而漫长的试错中实现的。 达比的成功还体现出，在英国工业革命时期，技术创新主要来自于企业家或工程师为解决生产问题和盈利的欲望，这就是我们现在所说的“企业家精神”（entrepreneurship）。在近代，由“企业家精神”导致的技术创新往往先于科学发现而成为工业化的引擎，推动工业革命在各生产领域全面展开。 焦炭炼铁的成功只是英国炼铁业革命的起点，它使炼铁业开始摆脱对木材的依赖，科尔布鲁克代尔因此成为18世纪英国重要的炼铁中心，达比的公司成为英国各种大型铸铁件的主要供应商。但其他问题也随之而来，首先是动力问题，达比的高炉是以上下水池的水的落差形成动力来鼓风的，但在干旱的夏天上水池蓄水不足，需将水运送到上水池。1732年，达比二世修建了用马车来输送水的轨道，到1742年，马车被纽克门蒸汽机代替，此时的蒸汽机仅用于将水提升到上水池，高炉鼓风的动力仍然来自水轮机。直到1776年，在希罗普郡研制出了直接将博尔登－瓦特蒸汽机用于鼓风的方法，蒸汽机因此代替了水力鼓风在高炉炼铁中得到应用。至此，炼铁业不仅摆脱了对木材的依赖，也摆脱了对水力的依赖，从而获得了充分的发展空间。机械化大大扩大了市场对铁的需求，包括铸铁和熟铁。更重要地是，焦炭炼铁引发的冶铁业革命在带来铁业繁荣的同时，使英国冶铁业迅速向中西部和南威尔士产煤区集中[3]，并拉动英国煤矿业进一步繁荣。廉价的铸铁和熟铁使新型的动力机械得以大规模生产和应用，并使铁构件在工程建筑领域代替木材而得到广泛应用。不仅如此，价廉质优的熟铁使铁路建设的大发展成为可能。焦炭炼铁的发明引发以钢铁业及相关行业的巨大发展，人类也由此被带入了“钢铁时代”，英国的工业革命因此得以全面展开。