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炼铁需要的温度大概是一千一百到一千三百度,足以让铁矿石熔融成生铁;但炼钢不同,要去除生铁中多余的碳、硫、磷等杂质,最起码需要一千五百度往上的高温,甚至要达到一千六百到一千七百摄氏度——这样的高温,才能让杂质充分与氧气反应,形成炉渣排出。
而遵化铁厂以往的旧炉,靠人工拉皮囊鼓风,最多只能把温度升到一千两百度,连炼铁都得反复添料、耗时耗力,炼钢更是想都不敢想,就算勉强尝试,炼出的也只是脆硬不堪的“伪钢”,根本无法使用。
事实上,历朝历代的冶铁业都长期受含磷量过高的困扰。
这问题根源有二:一是铁矿质量,北方铁矿多伴生磷矿,开采时很难完全分离,导致原料本身就含磷;二是铸铁技术,旧炉冶炼时无法精准控制温度和反应过程,磷元素不仅没被去除,反而会融入铁水中,形成“冷脆铁”。
第522章巨大成功!大明工业的未来!
北方的冬天尤其寒冷,气温低至零下十几度,高含磷量的铁器在低温下会变得异常脆弱,稍一弯折就会断裂——边军曾试过用旧炉铁打造盔甲,结果冬天行军时,盔甲铁片被寒风一冻,竟能徒手掰碎,严重制约了铁器在军事、民生上的发展。
而冶铁业里比磷更可怕的杀手,那就是——硫。
硫在铁水中会形成硫化亚铁,这东西熔点极低,只有一千一百九十八度,比铁的熔点低了足足五百度。
用含硫量高的铁打造器物,高温下会变得极易碎裂,也就是俗称的“热脆”;就算在常温下,也会因硫元素的存在变得疏松多孔,根本承受不住外力冲击。以往旧炉用原煤炼铁,原煤中本身就含有大量硫分,这些硫会随着燃烧融入铁水,导致炼出的铁十有八九是“热脆铁”,能用来造农具就不错了,想造兵器、火炮更是天方夜谭。
所以,在朱高炽看来,用原煤直接炼铁,是一个完完全全的错误,相当于把整个冶铁行业带上了歧途!
其实解决含硫量超高的办法并不复杂,核心就是炼制焦炭——将原煤隔绝空气高温加热,让煤中的硫分、水分、挥发性杂质充分燃烧或挥发,剩下的焦炭不仅含硫量极低,还能提供更持久、更稳定的高温。
用焦炭来冶铁,既能避免硫元素污染铁水,又能让炉温稳定在一千五百度以上,从根源上解决“热脆”问题。
解决了硫的问题,再利用高炉内的氧化还原反应——通过鼓风装置向炉内输送充足氧气,让氧气与铁水中的磷、碳等杂质反应,磷会形成磷酸铁进入炉渣,碳则会生成二氧化碳排出,最终得到去除了硫、磷等有害元素的纯净铁水。
这才是冶铁炼钢最正确的做法,也是后世工业化冶铁的核心原理。
而想要高效实现这一步,最常见、最成熟的方式就是——高炉炼铁。
高炉凭借庞大的容积和稳定的热循环,能让焦炭充分燃烧,持续维持高温,同时通过分层布料(上层铁矿石、中层焦炭、下层石灰石),让原料与焦炭、氧气充分接触,最大化提升反应效率。
更关键的是,高炉可以通过水力、机械等动力驱动鼓风,摆脱对人工的依赖,保证炉温稳定,这是旧土炉完全无法比拟的优势。
说起来,高炉的建造并不复杂,甚至可以说是“接地气”。
在后世的五十年代末“***”时期,华夏曾号召全国人民参与炼钢铁,彼时不仅工厂建造大型高炉,连偏远地区的小学学生、农村生产队的村民、城镇副食品商店的售货员,都能组成一个个简易炼铁小组,用砖块、黄泥、铁丝网等简易材料,搭建起一两米高的小型高炉,靠着简单的鼓风装置,就能炼出铁水。
虽然当时的“土高炉”存在技术粗糙、产量低等问题,但也从侧面证明,高炉的核心原理并不复杂,只要掌握“高温、密封、持续鼓风”的关键,就算是普通人也能搭建并使用。
放在技术条件更成熟的明初,有朱高炽提供的精确图纸,有经验丰富的工匠把控质量,有石墨这种优质耐火材料做内衬,建造高七丈五尺、容积二十立方米的高炉,更是水到渠成。
遵化铁厂的工匠们或许不懂“氧化还原”、“含硫量”这些理论,但他们能通过实践感受到——用焦炭、靠高炉炼出的铁,比旧炉铁更韧、更硬,能轻松打造出以往造不出来的兵器、农具。
这种肉眼可见的差距,比任何理论都更有说服力,也让他们对新高炉、新工艺愈发信服。
朱高炽走到李铁匠身边,拍了拍他的肩膀:“李师傅,这只是开始。等所有高炉、炒铁炉都运转起来,咱们一天能炼出的精钢,能武装一小支军队!”
李铁匠用力点头,手里紧紧攥着那块精钢,眼眶都红了:“殿下放心!从今往后,咱们遵化铁厂,定能炼出更多好钢,为大明打造最好的兵器!”
这么好的精钢,还能炼不出神兵吗?
夕阳的余晖洒在炒铁炉上,炉内的铁水还在继续炒炼,锻锤的“哐当”声与匠人的欢呼声交织在一起,回荡在遵化铁厂的上空。
这一炉精钢的诞生,不仅打破了旧工艺的局限,更让所有人看到了大明工业的未来——有了这样的技术,这样的产能,大明的铁脉终将贯通,大明的疆土,也终将因这一块块精钢,变得更加坚固。
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