近代冶金工程
1.轉爐煉鋼的誕生

18世紀，由于使用焦炭作為冶金的燃料，同時又發展了功率強大的鼓風機，在英國以至歐洲大陸出現了大規模的鋼鐵和機械加工企業。但在19世紀的前半期，鋼主要是用摻碳和坩堝兩種方法生產，因此無論是產量或是質量都受到局限。英國當時是主要產鋼國，1850年，它的生鐵年產達到250萬噸，而鋼產量只有6萬噸。這種局面在轉爐煉鋼和平爐煉鋼法誕生之后，得到徹底改變。鋼在19世紀下半葉可以大量生產，逐漸代替了熟鐵。

18世紀時人們已經懂得，一塊海棉鐵放入反射爐中加熱，由于生鐵中的碳和硅在高溫下被空氣氧化，其韌性可以得到顯著提高。但是19世紀中期轉爐煉鋼法的創造卻是從一件偶然的事件開端的。

貝塞麥(1813-1898年，英國）是一位很有才干的發明家。他在研制有來復線的的炮膛過程中，因鑄鐵質量不好，發生過炮身炸裂炮手炸死的事故，這件事促使他下決心煉制一種耐高壓的鐵。一次，當他加大風壓吹煉生鐵時，發現在風口處有一塊未熔的生鐵塊，明顯地表現出高溫脫碳的一些特征。這啟發他試驗用的強風吹鐵除去碳的冶煉方法。在試驗中他又發現除碳的過程并不需要燃料，只要二次強制吹風，就會由于雜質燃燒出現自然增溫，從而使鐵水脫碳轉化為鋼。

1856年，他在倫敦自己的工廠中，建立了一座固定式熔爐，用6個風口從底部送風一次能煉350公斤鑄鐵，結果使人確信這是一種高效的、冶煉純凈鐵或鋼的方法。同年，他發表了題為"不同燃料制造熟鐵和鋼的方法"的論文。隨后，他設計制造了一種容量為5噸的、可傾斜的轉爐。轉爐煉鋼只要10分鐘就可以把10噸左右的鐵水煉成熟鐵或鋼，而用攪拌法則需要幾天，木碳爐甚至需要幾個月，轉爐的高效率震驚了世界冶金業。

但是在進一步推廣中，卻證明了貝塞麥的轉爐根本無法使用，其原因是當時的生鐵多含硫、磷，而貝塞麥僥幸地使用了低磷、低硫的生鐵試驗，才得以成功，但貝塞麥并不知道這一點，他因此被人嘲笑，視為騙子。

1858年，冶金學家蓋蘭遜(瑞典）發現恰當地控制停風就能保持鋼中的含碳量，發明了碳的快速分析法，隨時可以分析出爐中的鐵的含碳量，從而保證了轉爐煉鋼的質量。同年，瑞典引進了轉爐的煉鋼法獲得成功。后來冶金學家馬謝特(1811-1891年）針對轉爐鋼過分氧化，質地疏松的弱點，加入一種含錳量較高的鐵，使鋼中的氧和硫的含量下降，并調整了鋼中的碳成分，使鋼錠堅實而光滑。但鋼中含磷的弱點長期沒有解決。

1864年，美國引進轉爐煉鋼，這是因為美國的鐵礦含磷、含硫量低，結果證明轉爐方法很成功，于是這種快速煉鋼方法在美國得到大規模的推廣。

2.平爐煉鋼技術

當貝塞麥在倫敦研究轉爐煉鋼時，威廉.西門子(1823-1883年，英國）和弗得里希.西門子兄弟從德國遷居英國。1846年起，他們開始研究一種改進攪拌爐熱效率的方法。1856年，他們利用廢氣的余熱給蓄熱爐加熱，再把熱傳遞給空氣和燃料，結果冶金爐產生了極高的溫度，甚至將試驗用的坩堝也熔化掉了。后來，他們將這一專利用在玻璃熔化技術和煉鋼爐上，以節約燃料。

1857年，他們的助手柯柏提出用這一方法加熱和熔化金屬。1860年，預熱溫度已達到620℃。1861年，西門子發明了煤氣發生器，建造了一個煤氣和空氣進行熱交換的預熱爐，用發生煤氣熔化金屬鋼料，同時對爐體結構也作了改進，防止爐體因高溫熔化。這些措施雖然節約了燃料，但并未徹底代替攪拌爐。

西門子的工作在英國并未受到重視，卻引起了法國冶金專家馬丁(1824-1915年，法國）父子的關注。1863年，他們發明了一種新型蓄熱爐，利用生鐵和廢鋼做原料在平爐上煉鋼成功。后來，西門子又在高溫操作中加入礦石，使之與碳、硅發生氧化，從而使平爐煉鋼工藝完善。兩年后，西門子兄弟與馬丁父子達成協議，把這種煉鋼法取名叫"西門子-馬丁平爐煉鋼法"。1867年，平爐煉鋼法獲巴黎萬國博覽會獎金。

平爐煉鋼法是先使燃料燃燒，然后讓爐內的空氣預熱達到高溫，再把高溫氣體吹入熔煉室使生鐵中的雜質氧化，只要預先調整好生鐵和廢鋼的比例，就可以改變鋼的含碳量。因此，這是一種經濟實用的煉鋼方法，受到各國的重視，發展很快。第一座平爐只有1.5噸，后來逐漸發展到4噸、50噸、100噸。1868年，美國引進了該項技術。1870年，俄國也引進了該項技術。到19世紀末，平爐煉鋼超過了轉爐煉鋼，成為當時首屈一指的煉鋼技術。

不論是西門子平爐煉鋼還是貝塞麥的轉爐煉鋼，都必須配以酸性爐渣，否則易使爐壁腐蝕。但是酸性爐渣不能除去鋼中的高磷、高硫雜質，使鋼的質量受到影響，這一難題困擾著當時的冶金學家和化學家。1877年至1878，托馬斯(1850-1885年，英國）證明用堿性爐襯和堿性石灰石熔劑可以除去生鐵中的磷。他后來找到一種鎂礦石作爐襯，能經受堿性爐渣的侵蝕。1879年，他的方法在大型平爐上試驗成功，到80年代在歐洲迅速得到推廣。

轉爐和平爐煉鋼法的逐步改善，大大推動了19世紀鋼的產量。1870年，世界鋼產量只有50萬噸，20年后，鋼產量競提高到2800萬噸，平均年增長率為28％，增長速度之快是前所罕見的。

3.電爐及軋鋼技術

由于普通的碳素鋼的性能不能盡如人意，人們就在煉鋼過程中加入一些少量的特殊元素，例如鉻、鎳、錳、鎢等金屬，就能得到具有某種獨特性能的合金鋼。最早研究合金鋼的是法拉弟，但主要的發明者是馬謝特、海德費爾德(英國）和約翰.費西爾(瑞士）。

1863年，馬謝特用鏡鐵、鑄鐵、三氧化鎢和瀝青的混合物制造可以鍛造的合金鋼，其耐用程度為碳素鋼的兩倍，可用來制造切削刀具，他后來把這種鋼命名叫瑪謝特鋼。后來，海德費爾德將這種鋼中錳含量增加到12-13％，在1000℃下淬火處理，得到一種極硬的鋼，這種12.5Mn-1.2C鋼用于高度耐磨的零件，成為合金鋼史上的里程碑。

1824～1825年，費西爾在瑞士生產由法拉弟研制的鎳合金鋼。到1889年，雷利在鋼中加入不同比例的鎳，得到鎳鋼系列，其中當鎳達到4.7％時強度最高，延伸率最小。后來在英國又發展了鎳-鉻不銹鋼系列。

合金鋼的溶煉要求很嚴格的工藝條件，當時都用小型電爐熔煉。1878-1879年，西門子開始制造一種新式電爐。這種電爐具有可調節電弧距離的裝置；同時把電極做成中空的，以便在熔煉中導入其它氣體。

1887年，德法蘭梯在電爐中引入高頻交流電，借助線圈在爐內產生渦流，這種方法是利用電磁感應方法給爐料加熱，因而取消了電極，后來叫高頻電爐。至此，各類型的煉鋼爐已大體形成。

鋼鐵的大量生產，帶動了鋼材軋制技術的革命性變化。19世紀初，已出現了用蒸汽機帶動的單向雙輥軋機。1866年，英國有人創造了逆式軋機；加熱后的工件可以來回在三軋輥間往返軋制。后來又增加了連續軋輥和一系列支持輥，以減少尺寸和壓力。

1865年，巴哈.曼勒斯曼(德國）發明了軋制無縫鋼管的工藝和設備，它包括兩個轉向相反的彼此成角度的軋輥和一個燒熱的金屬圓桿。彼此傾斜的軋輥使工件產生向外張開的力，熱的圓桿從工件的中央的裂縫中進入，使它從中劈開，形成無縫鋼管。無縫鋼管的誕生填補了鋼材加工的一個空白，在當時引起過轟動。

19世紀末，鋼鐵工業的冶煉、軋制技術已初具規模，為現代鋼鐵工業的大發展奠定了基礎。