在历史学家们看来，工业变革的革命性突出表现在18世纪最后20年中棉纺织业的机械化及其迅猛发展上。实际上，早在一个世纪前左右，就曾有过两项创新，只是其重要性直到多年后才体现出来，对工业化进程的影响也许更大。其中之一是焦炭炼铁的发明，它改变了炼铁业只依赖木炭的局面；另一项创新是蒸汽机的发明，它提供了一种新型的原动力，对风车、水车等非人畜力动力装置是一大补充，而且最终替代了后者的地位。

人们曾经尝试过很多方法，用煤代替木炭作为鼓风炉的燃料，均因原煤中杂质含量过高而以失败告终。1709年，希罗普郡科尔布鲁克代尔（Coalbrookdale）当地的一个铸铁厂厂主、贵格会教徒亚伯拉罕·达比（Abraham Darby）采用了类似于烧制木炭的方法，改良了获取煤炭燃料的工序。他在一个密闭容器中将煤块加热，使杂质变成气体排逸，所得残留物质即为含碳量极高的焦炭，可用作高炉炼铁的燃料（图7-7和图7-8）。

图7-7　科尔布鲁克代尔夜景。地处希罗普郡乡间，至今田园风光盎然，因最初利用焦炭熔炼铁矿石而在工业史上占有一席地位。现在当地建有一座著名的工业史博物馆。

图7-8　铁桥。位于科尔布鲁克代尔附近的塞文河上，建于1779年。由亚伯拉罕·达比三世（Abraham Darby Ⅲ）建造，其祖父就是用焦炭炼铁的首创者。铁桥桥身用连锁榫和楔构建成，没有螺栓和焊接。图片为一旅游者于1986年拍摄的风景照，铁桥至今屹立原处，风貌依旧。

尽管达比实现了技术上的突破，但这项新技术的普及速度却相当缓慢。迟至1750年，英国的生铁产量中以焦炭为燃料炼制的铁仅占5%左右。然而，1750年后木炭价格持续上涨，再加上亨利·科特（Henry Cort）于1783—1784年发明的搅拌法和滚轧法（科特采用的方法是将条状生铁熔于反射炉而不直接与燃料接触，熔化后的铁水用长钎搅拌，使多余碳分得以燃尽，然后使半熔化的铁块经过带槽轧辊，在排出剩余杂质的同时将熟铁锻造成型（见图7-9），使炼铁行业彻底摆脱了对木炭的依赖。铸铁厂厂主往往将所有生产作业集中在同一地点进行，以达到规模经济的效益，所选地点通常邻近煤矿产区，遂使铁的总产出水平和其中以煤炭炼铁的比例均出现大幅增长。到18世纪末，铁产量已逾20万吨，且几乎全部采用焦炭熔炼，英国成为金属铁与铁制品的净出口国。

蒸汽动力的使用始于采矿业。随着对煤炭、金属的需求日益增加，尝试从离地表更深的矿床中采掘的努力也在不断进行。当时虽已发明许多灵巧的装置用于排除矿中积水，但是淹井问题仍很严重，并已成为进一步扩大产量的主要障碍。1698年，军事工程师托马斯·萨弗里（Thomas Savery）申请了一项蒸汽泵的专利，他形象地把它称之为“矿工之友”。18世纪最初的10年间，康沃尔郡的部分锡矿安装了萨弗里发明的蒸汽抽水泵。但这一新式装置在使用中有不少缺陷，甚至常常有爆炸的隐患。托马斯·纽科门（Thomas Newcomen）是一个五金商人兼修理匠，熟悉采矿，经过反复试错实验后，他找到了弥补上述缺陷的办法，并于1712年在斯塔福德郡为一家煤矿成功地安装了第一台大气式蒸汽泵（图7-10）。

图7-9　科特设计的搅拌炉。搅拌炉（和滚轧机一起使用）的作用在于将高碳的生铁炼成低碳的条形铁。搅拌机和滚轧机使炼铁业摆脱了对木炭燃料的依赖。

图7-10　纽科门蒸汽机。该机器被称为是“开发英国矿藏的关键要素，从而为英国的工业发展奠定了基础”。

纽科门蒸汽机的蒸汽从锅炉压入汽缸，汽缸备有活塞，活塞通过T形摇杆与抽水泵相连。蒸汽把活塞推至汽缸顶部后，缸内会喷射出一股冷水使蒸汽冷凝，形成真空，活塞被大气重力往下压，从而带动水泵运转。这也是“大气式”蒸汽机得名的由来。纽科门蒸汽机体积庞大（须用一整栋楼房安置它），既笨重又昂贵，而且热效率很低，但仍不失为一种实用有效的动力机械。至18世纪末，英国建造使用的大气式蒸汽机已达数百台，欧洲大陆也开始部分使用这种装置。这种蒸汽机主要用于煤矿的开采（因煤矿产区燃料价格低廉），其他采掘工业也有应用。另外，蒸汽机还用于自然落差不足时抽升水位，以此驱动水力磨，或是为一般公众输送用水。

纽科门蒸汽机最大的不足之处在于燃料的消耗量很大。18世纪60年代，有人邀请格拉斯哥大学一位名叫詹姆斯·瓦特的“数理教具制作员”（实验室技术员）修理一架在自然哲学课上供演示用的纽科门蒸汽发动机小型工作模型。出于好奇，瓦特对这种发动机做起了实验。1769年，他获得一种分离式冷凝器的专利，该装置可使发动机汽缸无需再进行交替的加热与冷凝过程。但新的发动机仍存在一系列技术难题尚未克服，包括如何使汽缸表面足够光滑以防止蒸汽溢出，因此在推延几年后才投入使用。其间，瓦特与马修·博尔顿（Matthew Boulton）建立了合作关系，此人是伯明翰附近的一位事业亨通的五金制造商，他给瓦特提供了进一步实验所需的设备和时间。1774年，格拉斯哥附近的铸铁厂厂主约翰·威尔金森（John Wilkinson）为一种用于炮管加工的新型镗床申请了专利，此项技术同时也适用于发动机汽缸的制造。翌年，瓦特获得了25年的专利权延长期，博尔顿与瓦特合开的公司开始生产商用蒸汽机。首批顾客中就有约翰·威尔金森，他将这种发动机用于高炉鼓风装置的操作。

博尔顿与瓦特早期生产的蒸汽机，大都用于矿井排水，尤其是康沃尔郡的锡矿所在地，由于当地煤炭价格昂贵，新式蒸汽机与纽科门蒸汽机相比，节约燃料的效果十分显著。除此之外，瓦特还做了其他一些改进，使用调节器调节引擎速度，并将活塞的往复运动改为旋转运动。尤其是后一项改进，为蒸汽机开辟了众多新的应用领域，包括面粉生产和棉纱纺织。随着第一家直接以蒸汽机为动力的纺织厂于1785年投入生产，一场蓄势待发的变革大大加快了步伐。

早在实行工作分包制的前工业时代，英国纺织业已经占据极为突出的位置。毫无疑问，其中最重要的是毛织品与精纺制品的生产，但与在英格兰和威尔士不同，在苏格兰及爱尔兰，亚麻的地位超过毛织品（在英格兰，法律规定尸首入殓须裹以毛料裹尸布，而在苏格兰享此“殊荣”者却是亚麻）。18世纪早期引入英国的丝织业以模仿意大利人为主，多采取工厂制，使用水力机器。但由于成本高昂，兼之有来自欧洲大陆的竞争，市场对丝织品的需求受到极大抑制。

与丝织业一样，棉布生产亦属英国比较新兴的行业。自17世纪大陆移民引入兰开夏后，18世纪早期颁布的“棉坯布法令”进一步刺激了棉纺织业的发展。起初，棉纺织业所用的是业已在毛纺与精纺工业中采用的手工加工，但由于棉纱强度太低，故以亚麻为经线，所织布料被称为粗斜纹布。作为一个新兴产业，棉纺织业所受限制性法规与行会规章的制约相对较少，也很少受阻碍技术变革的旧式惯例的约束。早在18世纪30年代，就有人致力于发明能节约劳动力的纺织机械。早期的纺纱机并不成功，但在1733年，兰开夏一位名叫约翰·凯（John Kay）的机修工发明了飞梭，使一个织工能够完成过去两人的工作量，一时对棉纱的需求压力骤增。1760年，英国皇家艺术协会悬出赏金，奖励成功制造出纺纱机者。这一举动进一步增强了市场创新的动力。之后短短几年内，数台机械纺纱机相继问世。首先是詹姆斯·哈格里夫斯（James Hargreaves）于1764年发明的珍妮纺纱机，但直到1770年才获取专利权。珍妮纺纱机的机械构造比较简单，实际上就是在普通纺车的基础上将原先的一个纱锭改为多个。这种纺纱机不使用机械动力，在纺纱工人的小屋内即可操作，却可以使一个人完成原先数人的工作量。

理查德·阿克莱（Richard Arkwright）于1769年申请专利的水力纺纱机影响更广。阿克莱原先是理发师兼假发制造商，水力纺纱机极有可能不是他本人的发明，由他申请的专利也随即废止。但他却是早期所有纺织业创新者当中最成功的商人。水力纺纱机需用水力驱动，体积笨重，造价不菲，由此直接促使棉纺业模仿丝织业开始采用工厂制。但这些工厂大多在乡间或小村庄傍河而建，因此未能形成城市工人的大量集中；又由于早期工厂以水力驱动机器，故需要的成年男性熟练工人和监工相对较少，大多数劳力由妇女、儿童组成，后者更为廉价，易于管教。

纺纱行业最为重要的创新是塞缪尔·克伦普顿（Samuel Crompton）发明的走锭纺纱机，人称“缪尔机”或“骡机”。其得名的由来是因为综合了珍妮纺纱机与水力纺纱机两者的主要特点。这种纺纱机在1774—1779年期间日臻完善（但从未申请专利），所纺纱线匀净坚韧，超过当时任何其他机器和手摇纺纱机，并于1790年左右开始采用蒸汽机驱动，迅即成为棉纺业最受欢迎的机械。“骡机”与水力纺纱机一样，需要大规模雇用妇女、儿童作为劳动力。但它与水力纺纱机不同，更适用于在煤价便宜、劳动力充裕的城市建立大型工厂。曼彻斯特在1782年时仅有2家棉纺厂，20年后已有52家。(www.daowen.com)

新式纺纱机器的发明使原先对于纺纱与织布行业的需求压力发生了逆转，这促使人们为解决机器织布的难题进行坚持不懈的探索。1785年，有一个名叫埃德蒙·卡特赖特（Edmund Cartwright）的传教士，从未受过机械和纺织业方面的培训，也没有相关经验，仅凭借其非凡智力就解决了这一基本问题，并为一台动力织机申请了专利。但机器织布在现实中的发展为众多枝节问题所困扰，直到19世纪20年代夏普（Sharp）与罗伯茨（Roberts）在曼彻斯特的机械工厂建成经过改良的动力织机后，机器才开始大举替代使用手织机的织布工人。

伴随一系列技术革新浪潮而来的是棉花需求的急剧增长。由于英国国内并不种植棉花，因此可以从原棉的进口数字上窥见棉纺织工业发展的速度。18世纪初，英国的原棉进口量不足500吨，18世纪70年代革新浪潮前夕约为2 500吨，到1800年时已突破25 000吨。最初的棉花产地主要是印度和黎凡特，但这两个地区的产量仍跟不上需求的快速增长。之后，英属加勒比海诸岛和美国南部也开始引种棉花，但美洲产短绒棉很难将棉籽与棉纤维分离，即使使用奴隶劳动，成本依然十分高昂，该地区的棉花种植因而受挫。直到1793年，来自新英格兰地区的伊莱·惠特尼（Eli Whitney）在逗留美国南部期间，发明了一种轧棉机，经改进后极大地满足了棉花生产的需要，美国南部一跃成为英国棉纺织业最大的原料产地，棉纺织业不久也成为英国的主导产业。1860年，英国进口原棉数量超过50万吨。

纺织行业的革新创造以及轧棉机的发明，是改变棉纺织业面貌的最主要因素，但同时还有其他一些创新也功不可没。生产过程中包括纤维原料的准备到漂白、染色、印花等各道工序都涌现了一批局部环节的改良。随着生产成本的下降和产量的提高，产品中的很大一部分开始用于出口，并且出口比重越来越大；到1803年棉纺织品的出口额超过了毛纺产品，棉纱、棉布等棉制品有一半以上销往海外市场。

棉制品价格的大幅下降虽影响了对羊毛和亚麻布料的需求，但同时也激励毛、麻两大产业进行技术创新，并为其提供了革新的榜样。但与棉纺织业不同，两者尚受到传统因素和规章制度的严重束缚，其原料的物理特性也加大了机械化的难度。19世纪以前，毛、麻行业还难觅技术革新的踪迹，直到19世纪下半叶才完成整个行业的转变。

发生在棉纺织业、制铁业等领域的技术变革，连同蒸汽动力的采用，构成了早期英国工业化的核心。但工业化影响所及并不止这些领域，也并非所有的技术变革均涉及机械动力的使用。正当瓦特致力于蒸汽机的进一步完善之时，他的著名同胞亚当·斯密在《国富论》中提到一家扣针厂仅靠专业化和劳动分工就使生产率得到极大提高。从某些方面看，斯密笔下的扣针厂可视为众多消费品产业的一个缩影，这些产业中既有锅碗瓢盆之类的简单器皿，也有像钟表这样高度精密的产品。

陶器制造是另一个具有代表性的行业。来自中国的精美瓷器令富人们趋之若鹜，纷纷以此代替金银餐具，这也启发了更多实用型陶瓷器的出现。同时，随着茶和咖啡饮料的日渐风靡，比起木制和锡制的茶碗与餐具，富裕起来的中产阶级更喜用国产“中国瓷器”。与制铁业一样，炭价的不断提高也促使制陶业集中在煤炭供应充足的地区。斯塔福德郡成为最主要的陶瓷产地，聚集了数百家小作坊，产品供应全国市场。作坊师傅大多依靠广泛详尽的劳动分工提高生产率，但也有像约西亚·韦奇伍德（Josiah Wedgwood）这样比较先进的匠师，已经开始使用蒸汽机完成原料的研磨和搅拌。

化学工业也经历了大规模的扩展和产业的多样化过程。取得的工业成就，部分得益于化学科学的进步，尤其是法国化学家安东尼·拉瓦锡（Antoine Lavoisier, 1743—1794年）及其学生对这门学科的贡献，但更多的是来自肥皂、纸张、玻璃、油漆、染料以及纺织品等制造商为解决原料短缺而进行的实地试验。在18世纪，化学家们从化学制品的工业使用者身上学到的，大概不会少于后者从化学科学中得到的裨益（其他科学领域也与此相似）。硫酸作为一种用途广泛的化学物质，就是很好的例证。尽管炼金术士们早已知道硫酸，但因其具腐蚀性，生产过程不仅所费不赀，而且充满危险。1746年，一位兼通化学的实业家约翰·罗巴克（John Roebuck）设计了一种使用铅室、较为经济的生产工艺，随后又与另一位实业家塞缪尔·加贝特（Samuel Garbett）合作，开始硫酸的商业化生产。他们生产的硫酸除了一些直接的用途外，还用作纺织行业的漂白剂，代替原先使用的变质牛奶、乳酪及尿液等天然物质。到18世纪90年代时，硫酸本身被淘汰，起因是苏格兰的几家公司根据法国化学家克劳德·贝托莱（Claude Berthollet）的发现，开始采用氯气及其衍生物作为漂白剂。不过，此时硫酸早已实现了多种其他工业用途。

碱是另一种在工业生产工艺中广泛使用的化学物质，尤其是苛性钠和碳酸钾。18世纪时，这类物质主要通过海草灰和苏打灰等植物的燃烧制取，但由于所需海藻的供给缺乏弹性，人们不断寻找新的生产方法。另一位法国人尼古拉·勒布朗（Nicholas Leblanc）于1791年发现了用氯化钠（即食盐）制碱的方法。跟贝托莱的氯气漂白剂一样，勒布朗的生产工艺首先在英国投入商业化应用。这种被称为“人造苏打”的产品在肥皂、玻璃、纸张、油漆、陶器及其他工业品制造过程中有多种用途，另外还附带生产如盐酸等有价值的副产品。

煤炭工业最初的发展动因是弥补木材燃料的稀缺，产业本身又推动了蒸汽机的诞生，其生产虽然需要投入大量资本，大体而言仍然是劳动力高度密集的产业。煤炭工业也提供有用的副产品。煤焦油是炼焦工艺的副产品，在拿破仑战争期间，来自波罗的海地区的天然焦油和沥青供给被切断，遂由煤焦油取而代之，成为英国海军的补给物资。煤气灯则早在1812年就开始为伦敦的街道提供照明。

轨道首次在英国出现也应归因于煤矿。随着拥有很长地下隧道的煤矿不断深入挖掘，煤块便由妇女与男童（通常即为矿工的家小）用滑橇拉到用于提升的主井处。到了18世纪60年代，某些矿井将矮种马用于地下作业，不久即用该类马匹在金属板条铺成的道路上拉动轮式马车，最后便采用以铸铁或锻铁所造的轨道。早在17世纪，尽管马还是主要的役畜，但是煤矿附近区域已敷设铁轨与轨道以便利拖运。在泰恩河口纽卡斯尔一带著名的煤矿产区以及南威尔士，铁轨从矿井延伸至河畔、海边的码头，而运煤车则凭借重力下滑至码头处，再用马匹拉回煤矿，到了19世纪才开始用固定式蒸汽机通过缆绳拉送空车。当第一台机车顺利运行时，英国已经拥有长达数百英里的铁路。

蒸汽机车是一系列复杂改进过程的产物。在其众多前身当中，最主要的当然是经瓦特改良的蒸汽机，但是瓦特蒸汽机过于笨重，不够灵活，而且单位重量产生的功率太低，不适于作为机车。不仅如此，鉴于火车机车潜在的危险性，瓦特本人也持反对态度，也并不鼓励自己的助手参与实验。在瓦特所取得的分离式冷凝器的专利权到期（1800年）之前，任何实质性的进展被迫中止。除了蒸汽发动机以外，机车发动机的设计与制造还需要高精度、大功率的机床。约翰·威尔金森是一位才华横溢的工程师和机械制造师，由他设计的镗床曾帮助研制出瓦特的蒸汽机。另外还包括约翰·斯密顿（John Smeaton，1724—1792年），他是土木工程领域的开创者，其倡导的技术革新将水轮与大气式蒸汽机的效率发挥到了极致。另一位著名工程师是亨利·莫兹利（Henry Maudsley，1771—1831年），其于1797年左右发明一台带滑动刀架的螺纹切削车床，可用于加工精细金属部件。

理查德·特里维西克（Richard Trevithick，1771—1833年）是康沃尔郡的一位煤矿工程师，被公认为于1801年建成第一台可以运转的机车。特里维西克使用了高压蒸汽机（不同于瓦特蒸汽机），所设计的机车原本预想能在普通道路上行驶。这在技术上虽然可行，但由于道路无法承受机车重量，导致这种机车在经济意义上并不成功。1804年，他在南威尔士的煤田建造了另一台机车，用于在短程煤矿铁路上运行；但是和上次一样，虽然机车本身大获成功，但以生铁浇铸的轻型铁轨不堪重负。又经过多次尝试后，特里维西克转而为康沃尔郡的矿井安装机械泵，这次倒是一帆风顺。

尽管包括约翰·布伦金索普（John Blenkinsop）等在内的众多工程师都对铁路机车的发展有所贡献，但独占鳌头的却是一位名叫乔治·斯蒂芬森（George Stephenson，1781—1848年）的自学成才者。斯蒂芬森原在纽卡斯尔矿区受雇制造发动机，1813年，他建造了一台带缆绳的固定式蒸汽机，可将空煤车从货运码头拖回煤矿。1822年，他说服了从斯托克顿至达灵顿矿工铁路的发起人，使用蒸汽机代替马匹牵引。在1825年的通车典礼上由他亲自驾驶自己设计的发动机。公认的世界上第一条民用铁路于1830年在利物浦与曼彻斯特之间开通，所用机车均由斯蒂芬森设计、制造，而其“火箭号”则刚赢得上一年在“雨丘”（Rainhill）举行的机车竞赛。