05
铁与煤
世界上第一台高炉看起来像个沙漏。
位于如今的德国莱茵河流域，古代金属工人发明了一种大约10英尺高、底部有两个风箱的高炉设备（图6），可以容纳大量的铁矿石和木炭。燃烧后高炉变得非常热，铁吸收的碳比以往更多，二者的混合物变成了容易倒进模具的铸铁。
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图6 高炉示意图
这是中国人已经实践了1700年的炼铁工艺，只是他们采用的是一口相当大的锅。工人们在铸造厂的地面上挖出沟槽，从一条长长的中央通道分叉出来，为液态铁的流动腾出空间。这些沟槽就像一窝吃奶的小猪（图7），因此有了一个绰号：pig iron(生铁)。
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图7 生铁pig iron得名铁的创新正好赶上了西方世界的战争。13世纪大炮和14世纪火枪的发明刺激了对金属的渴求。而生铁可以直接倒入大炮和枪管模具中，欧洲开始以前所未有的方式生产武器。
但炼铁热潮带来了一个问题，随着欧洲列强开始在全球范围内扩张他们的势力，他们消耗了大量的木材，用于造船和制造用于冶炼的木炭。根据布鲁克·c·斯托达德所著的《钢铁:从矿山到工厂——造就美国的金属》一书，一座英国熔炉每年需要消耗大约240英亩的树木。大英帝国转向新大陆未开发的资源寻求解决方案，并开始将在美国殖民地冶炼的金属运到大西洋彼岸。但是，殖民地炼铁破坏了英国炼铁厂的生意。
解决英国燃料困境的答案来自一位铸铁锅制造商——亚伯拉罕·达比(Abraham Darby)。他童年的大部分时间都在麦芽磨坊工作，在18世纪初，他想起了他研磨大麦时的一种技术:烘煤（一种可燃的岩石）。其他人也尝试过用煤冶炼铁，但达比是第一个在冶炼前把煤烘焙的人。烘过的煤保持高热的时间比木炭长得多，这使得铁匠们可以制造出更薄的生铁——非常适合倒进枪模里。今天，在科尔布鲁克代尔铁博物馆可以看到达比的大型高炉。
英国发现了用煤冶炼的威力。但他们仍然没有炼钢。
06
钟表匠与坩埚
本杰明·亨茨曼对铁感到沮丧。对于这位来自谢菲尔德的钟表匠来说，需要用的合金变化太大了，尤其是在要制作精致的弹簧时。
亨茨曼是一名未经训练的眼科医生和外科医生，在业余时间，他对铁矿石进行了实验，并测试了不同的冶炼方法。最后，他想出了一种与古印度使用粘土坩埚非常相似的方法。然而，亨茨曼的技术有两个关键的区别：他使用的是烘过的煤而不是木炭，而且他没有把燃料放在坩埚里，而是将装有铁和碳的混合物的坩埚放到了煤堆上方。
从冶炼厂出来的铸锭更加均匀、坚固、不易碎——这是欧洲乃至全世界所见过的最好的钢。到18世纪70年代，谢菲尔德成为全国钢铁制造业的支点。七十年后，整个国家都知道了这个过程，英国的钢铁厂大放异彩。
1851年，世界上最早的博览会之一在伦敦举行，这就是“万国工业产品博览会”。水晶宫是用铸铁和玻璃建造的，里面几乎所有的东西都是由钢铁制成的。机车和蒸汽机、饮水机和灯柱，任何可以用熔化的金属铸造出来的东西都在展出。这个世界从未见过任何东西像钢铁这样受欢迎。
07
贝塞麦的突破
亨利·贝塞麦是一位英国工程师和发明家，他以许多不相关的发明而闻名，包括一种金色黄铜颜料、排字机的键盘和甘蔗粉碎机。当19世纪50年代克里米亚战争在东欧爆发时，他制造了一种新的细长炮弹。他向法国军方提供了这种炮弹，但当时传统的铸铁大炮太脆弱，无法发射炮弹。只有钢能承受这种可控的爆炸。
坩埚炼钢的过程太昂贵，无法生产大炮这样大的产品，所以贝塞麦开始寻找一种大量生产钢铁的方法。
1856年的一天，他决定把生铁倒进一个容器里，而不是让它流进沟槽。一进入容器，贝塞麦就会通过底部的穿孔吹气。据《钢铁:从矿山到工厂》报道，一切都保持了大约10分钟的平静，然后突然火花、火焰和熔化的生铁从容器中喷出。当混乱结束时，容器中留下的物质是无碳的纯铁。
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图8 ·f·斯金纳的油画，展示了南约克郡Penistone钢铁厂用贝塞麦工艺生产的钢铁。这次熔炼爆炸事件的影响怎么说都不为过。当贝塞麦直接在熔化的生铁上使用风箱时，碳与空气中的氧气结合，留下纯铁。而对于纯铁来说，通过添加含碳材料，如镜铁这种铁和锰的合金，可以很容易地变成优质钢材。
贝塞麦制造了一台机器来完成这个过程：贝塞麦转炉（图9）。它的形状像一个鸡蛋，内部是粘土衬里，外部是实心钢。在顶部，当空气进入炉子时，一个小开口会喷出30英尺高的火焰。
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图9 贝塞麦转炉
然而，几乎与此同时，英国的炼铁厂出现了问题。事实证明，贝塞麦使用的铁矿石含磷很少，而大多数铁矿床都富含磷。旧的炼铁方法可靠地将磷除掉，但贝塞麦转炉没有除掉，生产出的钢很脆。
这个问题困扰了冶金学家20年，直到25岁的英国警察职员兼业余化学家西德尼·吉尔克里斯特·托马斯(Sidney Gilchrist Thomas)找到了解决磷问题的办法。托马斯发现这个装置的粘土衬里不能与磷反应，所以他用石灰衬里代替了粘土。这招很管用。
这种新方法可以在20分钟内生产出5吨钢，此时可以在整个英格兰的钢铁厂使用。旧的亨茨曼坩埚工艺在两周内只能生产区区60磅的钢，已经过时了。贝塞麦转炉是新的钢铁之王。
08
美国钢铁
在大西洋彼岸，美国荒野之中有大量的铁矿尚未开发。
1850年，美国的铁产量仅为英国的五分之一。但内战结束后，实业家们开始将注意力转向贝塞麦工艺，催生了一个比1849年加州淘金热创造的财富多得多的钢铁工业。在城市之间要修公路，在河流上要建桥梁，在蛮荒的西部腹地要铺设铁路。
安德鲁·卡耐基想要建造这一切。
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图10 安德鲁·卡耐基
没有人能像卡耐基那样践行美国梦。这位苏格兰移民12岁时来到美国，定居在匹兹堡的一个贫民区。卡耐基从十几岁时在电报局当送信员就开始了他的事业。一天，宾夕法尼亚铁路公司的一位高级官员对这个勤奋的少年印象深刻，聘请卡耐基做他的私人秘书。
这位“星光熠熠的苏格兰人”练就了敏锐的商业头脑，在铁路行业一路高升，并在此过程中进行了一些精明的投资。他在一家造桥公司、一家铁路厂、一家火车头厂和一家炼铁厂都有股份。1865年南方联盟投降后，30岁的卡耐基将注意力转向建造桥梁。多亏了他的工厂，他可以大批量生产铸铁。
但卡耐基知道他可以在铸铁的基础上更进一步。要建造一座耐用的桥，需要钢材。大约在西德尼·托马斯用石灰质衬里改进贝塞麦转炉的十年前，卡耐基把贝塞麦转炉的工艺带到了美国，采用无磷铁来炼钢。他在宾夕法尼亚州的霍姆斯特德建立了一家钢厂，为一种被建筑师称为“摩天大楼”的新型建筑制造合金。1889年，卡耐基所有的资产被合并为一个名称：卡耐基钢铁公司。
此时卡耐基单枪匹马的钢铁产量是全英国的一半之多。更多的钢铁公司开始在全国各地涌现，创造了新的城镇和城市，其中包括康涅狄格州的一个铁矿小镇，以古代炼铁族群的名字命名为“卡吕贝斯”。
美国突然间在钢铁工业中占据了主导地位。但卡耐基的霍姆斯特德钢铁厂的情况却不太顺利，就在匹兹堡与莫农加希拉河的对面。
为了降低制造成本，工资水平很低。1890年，每周工作84小时的工资还不到10美元(相当于今天的250美元)，而且还是在炼钢厂里辛苦劳作的工资。事故司空见惯。在匹兹堡，空气污染严重到《大西洋月刊》(the Atlantic Monthly)的一名作家称钢铁城为“没有盖子的地狱”。
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图11 从联合车站的屋顶向西北望去，匹兹堡的长街区。1892年7月，卡耐基钢铁公司和代表霍姆斯特德工厂工人的工会之间的紧张关系激化了。公司主席亨利·克莱·弗里克(Henry Clay Frick)采取了强硬立场，威胁要削减工资。工人们绞挂弗里克的肖像示威，弗里克让人在工厂周围围上了三英里的铁丝网作为回应，预料会有敌对行动。工人们投票决定罢工，随即被解雇，因此这座被围起来的工厂有了一个绰号：“弗里克堡”。大约3000名罢工者控制了霍姆斯特德，迫使当地执法部门撤离。
弗里克从平克顿侦探事务所雇佣了300名探员来守卫工厂。1892年7月6日上午，一场内战爆发了。人们聚集在河岸上，向试图乘船上岸的平克顿侦探投掷石块并开枪。
罢工者利用他们能找到的任何东西作为武器，推出一门旧大炮，点燃炸药，甚至把一节燃烧的火车车厢推到船上。
当一个8500人的国民警卫队营进入该镇并将霍姆斯特德置于戒严令之下时，秩序才得以恢复。10人在冲突中丧生。弗里克后来在办公室遭一名听说过罢工的无政府主义者射击并刺伤，但幸免于难。不久之后，他离开了公司。1897年，卡耐基聘请了一名叫查尔斯·m·施瓦布(不要与查尔斯·施瓦布公司的创始人混淆)的工程师担任新总裁。1901年，施瓦布说服卡耐基以4.8亿美元的价格出售他的钢铁公司。施瓦布的新公司与其他钢厂合并，成立了美国钢铁公司。
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图12 宾夕法尼亚州的民兵来平息敌对行动。进入20世纪，美国钢铁工业继续迅猛发展。1873年，美国生产了22万吨钢铁。到1900年，美国的钢铁产量达到1140万吨，超过了英国和成功的德国工业的总和。新成立的美国钢铁公司是世界上最大的公司，生产全国三分之二的钢铁。
这是全球从未见过的生产速度，但钢铁铸造厂其实才刚刚开始热身。
本文原作者：Jonathan Schifman
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