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相比明朝那些容积最大只有10立方米的炼铁高炉,这座高炉在颜均和众铁匠看来几乎是庞然大物,而在李啸看来,不过是小儿科罢了,与后世的炼铁高炉,实在是不堪对比。
因为在李啸前世生活的二十一世纪里,中国国内基本上都是3000多立多米的大型高炉,200立方以下的高炉都必须强制关停,日本甚至已经二十世纪八十年代就已在使用5000立方米的高炉。
让李啸忧心的是,现代钢铁工业中,高炉的内部结构所用的构建砖均为高铝粘土所制的耐火砖,能保证高炉可以长期使用,而现在李啸实在没办法在附近找到高铝粘土,只能用普通的内燃砖代替。
这样一来,因为炉壁耐火砖主要成份是二氧化硅,当石灰等造渣剂加入炉中后,将与铁水中的磷等杂质产生磷酸,而这个磷酸会与酸性炉壁发生激烈反应。导致高炉内壁的侵蚀与破损。因此这座高炉内,必须贴上由高铝矾土制成的碱性耐火砖作为炉壁内衬才行。
现在这座高炉,很可能用个不到二十次就会有烧塌的危险。
这高铝矾土,李啸记得在中国矿产物志中记载过,在鲁南地区是有出产的,尤其是临沂地区更是极多。只是李啸现在只能控制这小小的雄唐所,无法伸手捞过界,让他颇有望之兴叹之感。
以后一定要想办法解决这个问题,力求让高炉安全使用时间达到临近现代工业的水平,李啸在心中暗暗下决心。
为了保证安全,李啸对铁匠们反复叮嘱,这样的一座高炉只能用上十五次,便要务必拆了重新搭建。
李啸为了安全起见,对于高炉附设的鼓风机做出了重大改进。本来在明朝的时候。炼铁鼓风所用的还是折叠皮革所制成的地风箱,外型象个大型的手风琴。使用地时候用脚一下一下地踩踏鼓风。这种鼓风机最大的问题就是容易在高温中老化,万一因为鼓风不力,而导致这种没有使用耐火砖的高炉炸炉崩塌,滚热的铁水能把附近的工匠瞬间汽化。
现在这种可拆卸的活动式推拉木箱鼓风机,便是李啸经熟思后所采用的。它象一个大抽屉一般,上面有木制把手,可推拉鼓风。而且一旦发现有破损。便可立即更换。
颜均与铁匠们用近乎崇拜的眼神看着李啸。如果说高炉让他们震撼的话,那高炉旁边修建了的那座炒铁炉则让他们惊奇不已。
颜均他们所知道的明代炒铁炉。也就是天工天物上面所记载的那种开放式炒铁炉,是一种完全用人力搅拌制作的设备,炉边总有一位身强力壮的大汉,拿着根柳木棍做的炒铁棒,挥汗如雨的来回搅动,极没效率也极损害工匠的健康。
其实。天工开物中的钢铁冶炼流程,已经到了规模化、量产化、生熟铁连续生产的地步。这是把炼铁炉与炒铁炉串联在一起,让由炼铁炉炼出的生铁液流入炒铁炉,用柳木棍搅拌,使生铁液中的碳氧化。而成熟铁。这种连续生产的工艺,已初具组合化生产的系统思想,既提高了生产效率,又减少了能耗。
让颜均与众铁匠惊奇的是,李啸设计的这座炒铁炉完全颠覆了他们对炒铁炉的原有认知。
这座李啸设计的炒铁炉的外形有点像功夫茶的茶杯,它用内燃砖整体建造,炉床底部中间凹陷,四周是拱形炉壁,下部为燃烧室,进风道在燃烧室底部。是一种前所未见的火焰与铁矿隔离的反射炉型。
它的结构可以看作上中下三层,顶层和次层互相隔离,中间是多个可翻动的铁栅栏。使用时铁水从高炉流到顶层,次层铺堆的煤炭平躺在铁栅栏上燃烧,加热楼上的铁水,煤炭烧过后翻翻铁栅栏,炭渣就掉进了底层的除渣室,铁栅栏放平,又能从斜向下45度的进煤道向它上面添加煤炭。
接下来,李啸设计了一个支架,安放在炒铁炉的正中央上方,支架下面安插着有三根熟铁棍子斜斜地伸向炉床,外面使用绞盘推用,有三个把柄向外伸出,可以由三个壮汉离着一段距离共同推动炒铁,这样改进后,虽然仍是人力推动,但可以有效维护工匠的身体健康,也可以使炒铁更有效率。
接下来李啸开始了共析坩埚的制作。这是制造上好钢材的关键步骤。
其实坩埚炼钢铁早在汉代就有了,在宋代达到一个高峰,明代少数地方亦有,称为方炉,只不这种古代的方炉,只能炼铁,不能炼钢。
李啸找来曾做过瓷器的廖全禄,给他画了一张草图,让他用做瓷器的方法,先把粘土粉碎加水过筛成细泥,再加入象石灰,炭粉之类用来进一步除渣增碳的配料,混合均匀后,再像塑瓷胎那样在飞速旋转的木盘上手工成型,最后放到专门的高温窑中烧制十个小时,坩锅就新鲜出炉了。
为了保持技术不外泄,石灰与炭粉的加入比例由李啸亲自配好,并且装模做样了加了一些无关的渣料与以上两种料混在一起。
一切准备工作都做好了,李啸突然想起明朝一些名人对各地炼铁状况的评价。
当时的铁以福建的最为闻名,崇祯年间方以智曾经在物理小识说过:南方铁以闽铁为最上,广铁次之,而楚铁只可做锄。
茅元仪在武备志中则在说:制威远炮用闽铁,晋铁次之。
赵士桢则在神器谱或问说:制铳须用福建铁,他铁不可用。炼铁,炭火为上,北方炭贵,不得已用煤代替,故迸炸常多。
李啸在心下暗想,我所制的雄唐所钢铁,这质量,定要在那明朝最好的闽铁之上。各位大贤,承让了。
第一百五十一章 顶尖之剑()
随后,让人激动的炼铁正式开始了。
一筐筐的木炭被塞入高炉的下方,一车车铁矿石被与木炭混堆放在一起。
当鼓风箱开始被铁匠们用力拉动后,在新鲜空气的劲力吹拂下,高炉内的优质木炭开始猛烈地燃烧,与木炭混堆的铁矿石立刻猛烈地发生了还原反应,矿石迅速变红,变软,液化,一股火焰冲天而起,从炉顶飘出。
颜均欣喜地发现,仅仅过了半天时间,这大大超出了他的原有估计,在明朝,一般最快出铁也要三天。
从高炉侧面的观察口就可以看到,铁水聚在炉底,呈现出迷人的橘红色。“大人,铁汁已成,可以开炉出铁了!”颜均一脸激动的神色。
李啸之所以出铁如此之快,关键密决在于,从鼓风箱鼓入空气进入高炉前,它的的温度是经过预热的,下方设有和进气道隔离地火池,内盛燃煤,空气在进炉前,就被加热到八百至一千度。而不是象明朝一样,直接朝高炉中鼓入冷风。
空气预热,这是现代钢铁生产中,提高炼铁效率地最关键一步。李啸印象中,这是英国人在十六世纪下半叶为提高钢铁产量而想出的招数,在以前全世界都没掌握这门技术。
有铁匠穿上了厚布衣作防护,又用湿巾蒙脸,手持长柄铁钳,把高炉下部出铁口的活门打开,顿时铁水跳跃着奔流而出。
这些铁水混合着炭渣,铁重而渣轻,炭渣大都浮在面上,大块点的在沟槽上就被一块生铁做的挡板挡下来,铁匠们拿着长铁棍子,把炉渣扒到一边。
铁水直接从通过沟槽流入已被烧得炉火熊熊的炒铁炉。三名壮汉缓缓推动炒铁炉上的绞盘把柄。三根熟铁棍子与铁水充分搅合,橘红的铁水迸飞,发出啵啵的声响。
高炉炼出的生铁水,含碳量在百分之三左右,生铁熔点约1100-1200摄氏度,纯铁则高达1535度。当碳与氧气结合。生铁水中的碳含量逐渐降低,它的熔点就逐渐提高了,于是炒铁炉中的铁水变得浓稠,由清汤到酱汁,由酱汁到果冻最后聚成一个个外形很可爱的铁团儿,颇有点像魔幻世界的怪物史莱克。
在场的工匠一阵欢呼,可用于打铁的熟铁终于炼好了。
这一次炼制,起码打造了一万三千斤熟铁,却只花了不到一天的时间。
在明朝。在福建漳州有最大规模的10立方米高炉,一次能出一万斤铁,这在当时已是顶尖水平了。而李啸这次试验性质的炼铁,却一下子就把产量提升了近三倍,而时间却缩短了一半不止!
其实李啸还没有让这座高炉产能最大化,30立方米的高炉有效容积,即时以较低的利用系数,比如23计算。每天最少也能炼出70至80吨铁。
颜均急不可耐地夹起一个怪物史莱克,一脸激动的神色。挥锤就要开始敲打。
他经验丰富,看得真切,这是块相当不错的高炭熟铁,可以打造成相当锋利的刀剑。
“且慢。”一旁的李啸伸手制止了他。
颜均颇为疑惑地望向李啸,不明白是何意,却见李啸脸上是神秘莫测的笑容:“我与你打个赌。看看谁造的剑更锋利,更难断。”
李啸说完,走了过去,很随意地用火钳夹起一块熟铁:“我就用这块料来做。”
所有有经验的工匠脸上都是震惊的神色,因为。李啸所夹的那块熟铁,材质极软,哪怕用来打菜刀,打锄头都不堪其用!
看来李啸要输定了。
颜均的脸色微微有点红:“主公,你这块铁”
“无妨,我就打这块。”李啸仍然是一脸笑容,他挥了挥手,让另一名铁匠过来,对他说道:“把我这块熟铁,先打成铁片,再拌入我配好的粉料,一起放入那个锅中(共析坩锅),搅拌均匀后,送入烘箱中重新烤化。”
这名铁匠犹犹疑疑地这样做了,将这盘犹如比萨饼一般的坩埚料,送进了耐火砖做的坩埚炉。
与此同时,颜均开始敲击他自已所选好的那块熟铁,他与另一名工匠配合,一个夹铁,一个挥锤,熟铁被锻锤敲成了薄薄的一片,温度降低,钢铁烧透的金红色消退了,颜均又把它放到锻炉上烧得红热,拿錾子敲了中间几下,铁钳一用力,就从中间折弯了叠在一起,再放到锻炉下敲打。然后铁片再次被敲薄,再次折叠,冷了就放到锻炉上加热颜均这种反复折叠锻打的方式,就是所谓制造百炼钢。这种方法里,指每回炉加热一次叫做一炼,回炉百次称百炼。当然,真正要达到百炼的程度,是相当少的,可以说基本不存在,因为所花的时间与精力成本实在太高。在明朝,一般普通士兵的刀最多打个10炼,甚至只有7…8炼,而将官的刀也只有20…30炼,只有高级将军的刀才有50炼以上。
再来看下李啸这边,坩埚炉在点火加热近四个小时后,铁片完全化作了钢水,和碳粉融为一体;造渣用的石灰粒浮在钢水的表面,把磷、硫等有害物质尽可能的吸附到自己身上。
等它自然冷却后,李啸命令工匠连锅端出来,把坩埚砸碎,敲掉钢渣,得到了非常纯净的钢饼。
这是碳含量被严格控制在0。77%左右的共析钢,它在红热状态下自然冷却,到723摄氏度时内部生成多边形珠光体组织,片状的铁素体和渗碳体平行排列,从金相学上看,其强度硬度和加工性能都很优秀,特别适合调质。
工匠夹起这块钢饼,准备象颜均一样折叠锻打,李啸却叫住了他:“直接打成剑,不用百炼法叠锻。”
周围的工匠几乎不相信自已的耳朵,这算什么方法,与百炼法相比,简直如儿戏一般。
怀疑归怀疑,这名工匠不敢违背李