亨利·贝色麦

在现代工业生产中，钢铁的重要性尽人皆知。曾有人把钢铁形象地比喻成工业生产中的元帅。而让这位元帅升帐的人，是19世纪英国的发明家亨利·贝色麦爵士。

贝色麦是英国哈福德郡人，于1813年1月19日出生于该郡的查尔顿。这里离伦敦不远，经济比较发达。在工业革命时期，以伦敦为中心的英国东南部地区，机器工业发展得特别迅速，贝色麦就生活在这个地区，从小就受到了工业化生产的熏陶。

贝色麦的父亲原籍法国。法国大革命爆发后，迁到英国定居。关于他父亲的情况，诸书说法不一。有的说他是个发明家，有的说他是一位工程师，还有的说他是工厂主。不管怎么说，他的父亲熟悉工程技术，这是没有疑问的。

正是因为生活在这样一个家庭里，所以贝色麦从小就具有接受技术教育的有利条件。贝色麦一生中没有受过多少教育，只上过小学。他后来的知识，都是在实践中自学的。贝色麦的父亲开办了一家工厂，父亲的工厂就是他学技术的学校。他一生中有许多发明，为完成这些发明所需要的技术和知识，大部分都是在他父亲的工厂里学到的。

贝色麦生性聪颖，爱动脑子。还在很年轻的时候，他就表现出了从事发明创造的才能。18岁时，他离开故乡，只身一人到伦敦去谋求职业，独立生活。这时，英国的工业革命已经进入完成阶段，科学技术方面的各种发明，不断涌现出来。这种时代环境，为贝色麦提供了一个大显身手的机会。据说，他在伦敦工作期间，就已经有了多种发明。

不到20岁时，他就发明了一种机械冲压法，可以用冲压的方法在邮票上自动加盖邮戳。他的这一发明引起了英国政府的注意，很快就被采用了。由于使用这种机械，不仅邮局工作人员减少了很多麻烦，而且政府每年可以挽回50万英镑的经济损失。不过，英国政府没有因此给他以奖赏，不少人觉得他只不过是个毛头小伙子，而那项发明看上去也算不上复杂，用不着给他奖励。这件事对贝色麦刺激很大，他终生都念念不忘。从那以后，他再从事各项发明时，总要设法获得专利证书，以此来保护自己的权益。

贝色麦还发明过一种制造铜粉的机械。铜粉俗称“金粉”，由铜锌合金的黄铜加工制造而成，是一种金色颜料。铜粉因为用途很广，而加工制造又颇费功时，所以在市场上售价很高。贝色麦了解到这一情况后，决心对当时制造铜粉的方法加以改进。

他一方面钻研有关的技术书籍，一方面进行研究和实验，发明出了一种结构简单的制造铜粉的机械。可是，起初用这台机械制造出来的铜粉，既不平滑，又无光泽，同市场上出售的铜粉比较起来，相差很远。于是，他又对这台机械做了多次改进，终于制成了性能完善的机械。贝色麦用这台机械制造的铜粉，完全达到了市场上出售的同类产品的质量。

贝色麦发明了铜粉制造机械后，为了不让外界知道，并没有立即申请专利权，而是把它藏在家里，自己制造铜粉。贝色麦这时的想法是，利用这台机械制造铜粉出售，将获得巨额收入；然后利用这些钱财作为经费，从事研究和制造，以便取得更多的发明。他的这种做法和想法，是可以理解的。

除了以上两种发明外，贝色麦还对排字机做了一些改造。他还研究过玻璃制造工艺，并加以改进，提出了新的制造方法。对于青铜合金，他也进行过较多的研究。青铜既可以通过铸造的方式来生产一般机械零件和艺术品，也可以通过压延的方式来制造板材、棒材、管材等各种半成品。贝色麦经过研究，对青铜片的压延工艺进行过许多改进，获得了人们的认可。

19世纪50年代初，俄罗斯与土耳其之间爆发了战争，战火很快蔓延到整个克里米亚，史称克里米亚战争。接着英法联盟也卷了进来，1854年，英法两国向俄罗斯宣战，并派兵进入克里米亚。英国整个国家的注意力都转向了这场战争，贝色麦也不例外，他很想为战争做点什么事情。

首先，他对战士们手里的武器做了改进，发明了一种新式步枪，叫来复枪。这种步枪的枪膛里刻有来复线，它发射出去的子弹以旋转方式向前运动，弹道比较稳定。用这种步枪进行射击，不仅射程远，而且命中率高。实验结果表明，来复枪是一种性能优良的步兵作战武器。

发明了来复枪以后，他又把注意力转向了大炮。当时士兵所用的大炮性能不太好，炮弹出膛以后，因为空气的阻力等因素，常常在空中翻滚，不能保持稳定的弹道，从而影响射击的准确性。贝色麦擅长机械技术，他决定用自己的智慧帮助国家解决这一问题。

从物理学上我们知道，旋转中的物体在运动时，会保持沿转轴方向的稳定。如果枪弹在飞行过程中，能够以飞行方向为轴线旋转，那么它就会避免翻滚现象，保持稳定的弹道。贝色麦就是根据这一原理，发明了来复枪，效果很好。现在，他还要沿着这一思路，制造出来复炮来。

那么，如何才能让炮弹在飞行时旋转起来呢？当然应该像来复枪一样，在炮膛里边刻上来复线，并使炮弹与炮膛密切吻合，这样火药在燃烧时，推动炮弹沿来复线运动，炮弹自然就旋转了起来。大炮装上这种炮弹，就可以打得更远、更准确。

根据这一设想，贝色麦设计出了新型的大炮。他兴致勃勃地把这一设计递交给了英国陆军部。

让贝色麦颇感失望的是，英国陆军部相当保守，对他的发明不感兴趣。于是，他想到了法国。一方面，法国是当时英国的盟友；另一方面，他本人是法国人的后裔，他父亲是法国革命爆发时移民到英国去的。所以，他对法国从内心里有较强的亲近感。就这样，贝色麦带着他的设计，来到了法国。

统治法国的拿破仑三世对他的设计很感兴趣，鼓励他做实验。实验的结果，新式大炮确实打得又准、射程又远。于是，这种炮很快被用来装备部队。可是不久，问题接二连三地反馈了回来：有时炮弹发射出去后力量不足，有时发生卡膛现象，后来还发生了几起炮膛爆炸、炮手伤亡的重大事故。新式大炮不但没有杀伤敌人，反倒毁灭了使用武器的人。军方不得不将这种炮从战场上撤了下来。一时间，人们对新式大炮议论纷纷，而且对贝色麦也产生了怀疑。

贝色麦面临巨大的压力，但他相信自己的设计无误。在他及有关方面的要求下，军方对这些事故进行了仔细的调查。

调查报告不久就出来了。在法国一位大炮专家的介入下，调查报告对事故原因做了正确分析：当时法国和其他国家一样，大炮都是用铸铁制造的。用这种方法铸造的炮膛相应来讲不够规整，很难满足来复线对炮膛的要求。而新式大炮的关键之处就在于对炮膛与炮弹之间的间隙有严格要求：当炮弹与炮膛之间间隙偏大时，火药爆炸后的气体会向外泄露，导致弹丸旋转力量不足，效力不大；当炮弹与炮膛之间间隙偏小时，火药爆炸使得炮膛内压力猛增，炮膛内外温度分布不均匀，而铸铁本身坚韧性不够，不耐高压，这就容易导致炸膛。因此，问题出在铸炮所用的材料上。如果能炼出耐高压的坚硬而又有韧性的铁来，新式大炮就不会出问题。

调查报告虽然公布了，但人们对贝色麦大炮造成的事故仍心有余悸，没人敢再按他的设计去制造大炮。他费尽心血研制的新式大炮，转眼就成了一堆毫无用处的废铁。

耐人寻味的是，英法没有采纳贝色麦设计的新式大炮，可他的设计思想却被德国人接受了。1855年，在巴黎举行的万国博览会上，德国工程师克虏伯展出了贝色麦梦寐以求的钢质来复大炮。大炮试射的结果，发射3000发炮弹，炮身安然无恙。事实证实了贝色麦的设计是完全正确的。

面对在法国的挫折，贝色麦没有气馁，他想，只要突破材料这一关，新式大炮就能起死回生。于是，他开始把注意力转移到冶炼工作上来，下决心炼出高强度的铁来，彻底解决新式大炮炸膛问题。

贝色麦所要炼的那种坚硬而又有韧性的铁，实际上是钢。可当时，他对冶铁一无所知，于是，他便从头学起。首先，从冶铁的基本常识出发学起。在短短两三年时间内，贝色麦几乎读遍了有关冶金问题的所有书籍。与此同时，他还到英国各地的炼铁工厂去进行参观，详细考察了当时的炼铁方法。为了把书本上的理论知识与钢铁生产实践更多地结合起来，他还建立了工厂，以之为基地进行实验。经过刻苦的钻研，他终于掌握了有关冶铁的基本知识。

在贝色麦做实验的年代，制造业用的铁，基本上只有两种。一种是铸铁，也就是生铁。它的含碳量高，很坚硬，但也很脆，抗张强度小，主要用于熔化后铸造发动机的汽缸、机座以及其他产品等。生铁因为质地坚脆，所以容易断裂，这是它的一大缺陷。贝色麦设计的新式大炮，就是用生铁铸造的。

另一种是抗张强度大得多也柔韧得多的熟铁。熟铁因为比较软，所以可用锻、压和其他成型方法，来制造铁轨、船壳、桥梁和各种机器部件。这种铁因为质地柔软，在高压情况下容易变形，因此其用途也受到较大限制。

直接从炼铁炉里炼出来的铁是生铁，生铁的含碳量很高，在2％以上。设法把生铁中所含的碳去掉，就得到了熟铁。熟铁的含碳量一般在0.04％以下。含碳量介于二者之间的，是钢。相对于生铁和熟铁而言，钢的性能非常优越，既坚硬又有韧性。但在当时情况下，钢的制造非常困难，因此它很昂贵，被人们视为珍贵金属。要用它来铸造大炮，显然是不现实的。当然，如果能找到廉价快速制造钢的方法，则又另当别论。现在，贝色麦所做的，就是要找到这种方法。

传统炼钢方法是先把生铁炼成熟铁，然后再往其中加入适量的碳使其变成钢。要把生铁变成熟铁，当时采用的是氧化法，即向生铁中加入氧化剂（一般是铁矿石），加热使其处于熔融状态，这时生铁熔液中的碳就会与氧化剂起反应，从而被脱去。

贝色麦认真研究了把生铁变成熟铁的方法。他把经过仔细称量的铁矿石加进生铁中，然后将混合物加热，使其处于熔融状态。铁矿石的主要成分是氧化铁，在高温条件下，氧化铁中的氧原子与生铁中的碳原子结合而生成一氧化碳，一氧化碳进一步燃烧变成二氧化碳逸出。这时，炉子中留下的就是熟铁。

根据实验结果，贝色麦想到：既然把生铁中的碳原子氧化就可以得到熟铁，为什么不能用别的加氧方法把碳烧掉呢？例如用鼓风机直接向生铁熔液吹风，这样空气中的氧气就会与生铁熔液中的碳原子反应，使其脱碳，从而得到熟铁。

贝色麦的建议遭到了一些专家的反对。这些专家认为，用鼓风机向生铁熔液吹风时，吹进去的冷空气会使铁水冷却、凝固，从而导致整个冶炼过程停止。

贝色麦没有盲目听从专家的意见。他觉得，自己的建议是否可行，应该通过实验来做出鉴定。实验的结果与专家们的意见正好相反，鼓进去的风不但没有使铁水降温，反而因为其中的氧原子与生铁中的碳起反应燃烧放热，而提高了铁水的温度。

第一次实验时，当鼓风机向生铁熔液中吹风时，本来已经平静的炼铁炉中突然燃烧起来，反应进行得异常激烈，几乎失去控制。这使他非常紧张。他没想到铁水中的碳和其他杂质氧化时居然会放出如此大量的热。好在这一过程只进行了十几分钟。氧化完毕，他才如释重负。实验证明，鼓风法不再需要附加外界燃料，它降低了成本，而且简便易行，确实是一种熟化生铁的好方法。

随着实验的深入，贝色麦进一步想到，在熟化生铁的过程中，如果让反应在适当的时候就停下来，不让生铁中的碳完全脱去，而是让它保留在2％～0.04％这样的范围之内，那就直接得到了钢。用不着像传统的方法那样，先由生铁炼出熟铁，再经过熟铁阶段得到钢。当然也就不用再花钱去买进行这些中间过程所需的大量燃料。

为了验证这一设想是否可行，他在伦敦的圣潘克利斯自己开的工厂里，建起了一座固定式的大熔炉，熔炉高约1.2米，可以装进350公斤生铁，炉底有6个风口。贝色麦用它认真做了实验，实验结果证明他的想法完全可行。于是，1856年8月，在切尔滕哈姆南不列颠科学振兴年会上，他作了题为《不用燃料制造熟铁和钢的方法》的报告，介绍了自己的炼钢法，同时还把精心写成的论文送到杂志上发表。从此，他的鼓风炼钢法正式公布于世。1860年，经过改进的第一个可移动的转炉建成投产。人们一般把这种熔炉称为“贝色麦转炉”。由于它以酸性材料做炉衬，因此这种炼钢法又被称为“酸性底吹转炉炼钢法”。