焦炭炼铁的发明与英国工业革命 文/方一兵 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 。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 ，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。 参考文献 Gale W K V. The black country iron industry: A technical history . London: The Iron and Steel Institute. 1966. Tylecote R F. A history of metallurgy . London: Metals Society, 1976. 卡洛M奇波拉(意). 欧洲经济史(第三卷) . 北京: 商务印书馆, 1989. （责任编辑 王芷） 刊载于2009年第21期
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