朱頭山
無意邀眾賞，一心追殘陽
中國曆史上曾有一個荒唐的事，可以和現在的清零相比較，那就是全民土法煉鋼。土法煉鋼是發生在1958年底的一場失敗的群眾運動。在第二個五年計劃大躍進時期，中共中央政治局決定，鋼產量調整較1957年翻一倍，提出“以鋼為綱”的口號，號召全民煉鋼。在農村，也修建了土法的煉鋼爐，在田間煉鋼鐵。企圖以萬馬奔騰手段，達成農工生產突破。很多人把家裏的鍋子、鐵器、鐵門把手、窗旁的鐵框等金屬都捐獻出來煉鋼鐵，但由於技術不合規格，是用土高爐，柴火煉，溫度不能達到，隻是煉出大量的廢鐵，浪費無數寶貴資源，並對環境造成極大汙染。
但這些荒唐的方法，都是所謂的科學家提出來的。中央也曾找專家來評價，甚至找了蘇聯專家征求意見，但鬼使神差，這些專家都表示支持，也許是經過反右，知識分子都噤若寒蟬，外國人也多一事不如少一事，就像現在的清零政策一樣。於是，土法煉鋼的小高爐如雨後春筍，在全國遍地開花。1958年底，已有9000萬人參與鋼鐵生產，占當時全國所有勞動人口的五分之二。與此同時，全國各地建造了數百萬座土高爐。所謂高爐，就是用粘土和磚頭自己搭成爐子，將鐵礦石或各種鐵質物品來作原料，用山上的木頭燒成木炭，將鐵裏麵的過高的碳脫掉，使之含碳量降低而成為鋼。
煉鋼需要鐵礦、焦炭、燃料等材料。由於鐵礦不足，於是全民不下田耕作，全都上山采礦，當年大量糧食沒能收回，糧食產量大減。由於燃料不足，隻好上山伐林，而土法煉鋼的主要目的為達成鋼鐵產量增加一倍的指標，但煉出來的大都是粗鋼廢鐵，遠遠達不到要求，生產出來的鋼含很多雜質，煉出的有很大一部分是沒用的鐵疙瘩，造成人力、物力、財力的極大損失，但各地卻不斷虛報生產指標。原有企業的生產能力不斷追加投資，致使基本建設規模迅速膨脹，戰線越拉越長；商業銀行全力支持工業大躍進，以致拆東牆補西牆，打亂了正常的資金流通。這是造成三年後數千萬人餓死的慘劇主要原因之一！
因為此事，我想起來研究一下鋼鐵製造的曆史，發現這不但是人類曆史的一個重要部分，也和人類的綠色未來有很大的關聯。
人類的曆史，有按材料和生產方法劃分的：（新舊）石器時代，青銅時代，鐵器時代，工業時代，信息時.......也並非所有的文明都能經曆這些時代，南美的文明最終沒有發展到鐵器的冶煉和製造，當抵抗西班牙人入侵時，他們的武器是石頭做的(Obsidian)。
人類最早使用的金屬，都是自然的（如自然金，銅）， 自然的鋼鐵來自於隕石，是一種鐵鎳合金鋼。對我們的祖先來說，這種奇特的合金（隕鐵）是來自神明的饋贈。古埃及人稱它為biz-n-pt。在蘇美爾，它被稱為an-bar。兩者都可以解釋為“來自天堂的金屬”。鐵鎳合金具有一定的延展性，可以根據需要鍛造成各種形狀而不會碎裂。但這種“靠天收”的鋼鐵來源十分 有限，使得這種神靈的金屬在古代比寶石或黃金更有價值。
待到人類在自己腳下的岩石裏找到鋼鐵，又花了幾千年時間。公元前2500年左右，近東的部落成員發現了隱藏在地下的鐵金屬礦源。它看起來和“來自天堂的金屬”十分相像，但有些不同。鐵與石頭和礦物混合在一起成為鐵礦石。提取鐵礦石並不像撿起一塊自然金，銀或銅那麽簡單，第一批礦工在挖掘礦石之前需要進行儀式，以安撫內心的惶恐。那感覺就好像在開啟神明隱藏在地下的寶藏。但是，學會從地球上挖掘鐵礦石，隻能算是成功了一半。古代人類又花了700多年的時間，才弄清楚如何將鐵金屬與礦石分開。到那時候，人類才算真正進入鐵器時代。
從化學角度，鐵礦石中的鐵都是以氧化鐵的方式存在的。第一步，就需要在高溫下（>1200度）使用含碳物質（木材，炭）把鐵還原出來
Fe2O3+C---Fe+CO2
上述的產物是生鐵，含有2%以上的碳，非常脆，可以當鍋但無法當武器，需要降低其中的碳，這個過程叫煉鋼。碳降得太低了就成了熟鐵，太軟了。鋼是碳含量在0.2-2%之間的鐵，並因含有不同的微量元素而體現不同的性能。煉鋼不容易，現代的技術是把氧氣，焦炭，生鐵，其它元素按一定比例放一起加熱，氧氣足夠氧化出鐵裏麵的碳但不足以氧化鐵，有部分氧氣被焦炭使用了，據說該法控製碳含量非常精確，雖然是19世紀的技術，但大躍進裏的土法還是達不到那個水平的。古代亞洲是把生鐵鍛打和淬火降碳（不知什麽原理），日本製造刀的工藝世界一流，中國也有非常出色的刀具，可惜工藝失傳了。西方也多是鍛打和淬火，高端的是以下介紹的坩堝技術。古代多地都曾出現過非常出色的煉鋼的技術，因為那是決定一個民族生死存亡的絕技，屬於決定性的核心技術，可惜因為保密太好，多失傳了！
公元前400年左右，印度金屬工人發明了一種冶煉方法，恰好將完美的碳量與鐵結合。關鍵是熔融金屬的粘土容器：坩堝。工人們將小型鍛鐵棒和木炭塊放入坩堝中，然後密封容器並將其插入爐中。當他們通過風箱中的空氣衝擊升高爐溫時，鍛鐵熔化並吸收木炭中的碳。當坩堝冷卻時，純鋼錠就煉成了。印度鐵匠把“烏茲鋼”運送到世界各地販賣。在大馬士革，敘利亞鐵匠使用這種金屬鍛造了著名的，幾乎是神話般的大馬士革刀，據說它足夠鋒利，可以在半空中切割羽毛（像“權力的遊戲”中瓦雷利亞鋼鐵一樣的超級材料）。印度鋼鐵一直販賣到西班牙的托萊多，那裏鐵匠的鐵匠用烏茲鋼為羅馬軍隊鍛造刀劍。這鍛造了羅馬的霸權！
在整整二千年間，鋼鐵的製造就停留在一個低水平水平，鐵作為農具等工具，而鋼作為武器。當武器進入火器時代後，英國使用便宜得多的煤取代木炭，開發出大規模生產鋼鐵的工藝，當然其中的一部分用做製造槍炮，這成就了大英帝國的霸權！19世紀末期，美國取代了英國，成了鋼鐵產量最大的國家，也伴隨著發明了現代鋼鐵製造工藝。鋼鐵變得非常便宜，質量良好，也構成了飛機，汽車，摩天大樓，巨大輪船和坦克，軍艦等現代社會構成的物質基礎！這也是美國霸權的基礎，所以新中國1957年會那麽執著於鋼產量，以為有了鋼就有了一切，這才會有大躍進的荒唐！
到了現在氣候問題成了決定人類生死存亡的大事。從前麵的化學方程式可以看出，無論煉鐵還是煉鋼，都會產生大量CO2， 而產熱的煤或焦炭，也是排碳大戶。據統計，鋼鐵產業碳排放量占中國2019年總排放量的17%。如何降低鋼鐵行業的碳排放是綠色事業能否成功的關鍵之一！
基本的技術思路，一是在煉鐵過程中以氫代替碳作為還原劑
Fe2O3 +H2----Fe+H2O
而在煉鐵和煉鋼的過程中，用電爐而不是煤炭加熱，當然這裏的電必須是綠色電而不是煤電。另外，盡量使用廢鋼鐵回爐，減少生鐵的提煉。以廢鋼為原料的電弧爐煉鋼能夠提高二級生產和回收，降低初級鋼鐵生產造成的排放，同時能夠提高靈活性，滿足需求波動。
當然，中國的事容易一鍋上，就像以前的土法煉鋼和現在清零。綠色事業一鍋上，比如用的氫是煉焦炭產生的，用的電是燃煤產生的，那隻會加重碳排而不是減輕。但事實上，在中國的體製下，這是很可能發生的！
