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但取精铁锻之百余火,每锻称之,一锻一轻,至累锻而斤两不减,则纯钢也,虽百炼,不耗矣。--沈括《梦溪笔谈》
吴元建和胡思远,则留在军械司,好好看看这个代表着帝国军事工业最高水平的工厂。
军械司的工厂占地极为广阔,一个个职责不同的厂房,不满了整个山谷。
这里包括了炼铁、炼钢、锻造、铸造等一系列功能,能够制造帝国陆军现在使用的所有武器装备,包括盔甲、军刀、骑兵矛、步兵矛、盾牌、军刀等等各种各样的军事物资。
胡思远在这里,了解到了帝国目前的工业水平,当然是军事工业这种跟钢铁工业关系最密切的工业门类。
胡思远对现在的帝国钢铁工业发展程度很不满意,炼钢方法倒是很多,主要还是用灌钢法和坩埚炼钢发,再辅以水力锻锤加持下的百炼法,要说这开国皇帝也不是完全不懂工业,至少他让手下人把这个石墨坩埚搞出来了,不然的话胡思远的玻璃工厂也建不起来。
坩埚炼钢法是使用石墨黏土坩埚,将渗碳铁料碎块置于封闭的黏土坩埚中,在坩埚外面加热,将金属料直接加热到一千六百度以上,铁料继续吸收石墨中的碳而熔化成为高碳钢水,浇铸成小锭后锻打成所需的形状。钢在坩埚中熔化时,石墨碳还能起还原剂作用,让金属溶液发生还原反应。
钢中的氧可以去除,各种夹杂物也能从液态钢中上浮去除,所以钢的质量优一般的钢料,可用来制造加工金属材料的工具,比如钻头之类的工具。
想获得更加好的钢,就需要对钢进行脱碳处理,要等待坩埚冷却后,把坩埚从火中移开,并将其打破,取出半球形的钢锭。将它放在铁砧上进行锤打,作硬度试验。经正常铸造的钢锭很硬,经锤打后也不会有凹痕。需要用特别含有铁锉屑或粉末状铁矿石之粘土混合物覆盖,从而强化钢锭的脱碳。
坩埚法的优势在于能够直接获得液态钢,但是产量太小,所得的钢也不是直接就能用,需要不断的进行锻打,把杂质去掉之后,才能打造各类工具,好在帝国有水力驱动的锻锤,这个过程才显得不那么艰难。
不过这个坩埚炼钢法和百炼法,效率还是太低了。帝国当然还有其他的炼钢方法,包括在中国历史上都大大有名的灌钢法。
灌钢又叫团钢法,或生熟法,是早期炼钢技术一项最突出的成就。以前,炼钢一般都是采取熟铁低温冶炼的办法,钢铁不能熔化,铁和渣不易分离,碳不能迅速渗入。灌钢法,成功解决这一难题。
灌钢法以生铁和“熟铁”为原料,将它们加热到生铁熔点以上,合炼而成钢。其中生铁是指由矿石冶炼得到的液态铸铁,含碳量和杂质很高,性脆易碎;熟铁是指将生铁经过“炒”或“蒸”等工艺而脱碳后的铁,柔软可锻,虽然碳量降下来了,但氧化物等杂质并未减少,故需要经过反复加热锻打,以去除夹杂物,同时渗碳而增强刚硬性,成为钢。
灌钢工艺是将高碳含量的生铁液浇灌到红热的低碳含量的熟铁中,相互熔融混合,直接获得刚硬的钢。
坩埚法和灌钢法所获得的钢,都需要经过不断的加热和锻打之后,才能够达到制作兵刃的标准,而在制作兵刃的过程,还要经过锻打,要不是帝国有水力锻锤,只是军刀一项,军械司再多十倍的工匠,也未必能完成工作。
胡思远现在在想,如何才能获得一种适合这个时代的炼钢方法呢?但是想来想去也不得法,帝国现在的钢铁工业,在胡思远看来,还处在一个非常原始的阶段。
各地的矿山还在用非常原始的方法冶炼矿石,规模虽说有大有小,但是方法都是大同小异的。
军械司内就能够炼铁,李铁成带着胡思远去看了看炼铁的过程,胡思远绝望的发现,帝国的冶铁工业居然连高炉还没有搞出来。
工人们准备堆砌熔炉的黏土,将黏土细细的打成泥浆,混入碎草,做成泥条,这样做可以保证熔炉壁受热均匀,加入碎草能够让提高炉壁的抗涨缩性能,主要就是避免炉壁开裂和崩塌,这个过程不能马虎,否则这一炉的铁就全完了。
然后在平整的地面上挖一个坑,夯实基础,用泥条一点点的将熔炉垒起来,把内壁抹光,一点儿缝隙也不留,在底部的侧面开一个口,用来鼓风,也用来将炉渣排出,磊好的炉坯在阳光下晾干,填入燃料,主要是木炭木炭,先点燃燃料,检查炉壁是否有缝隙,然后将炉坯烧结。
然后就是准备矿石,不同种类的铁矿石含铁量是不同的,在冶炼之前,需要选好矿石,将矿石粉碎,再与作为助燃剂的灰石粉,按照一定的比例搅拌均匀,成为原料粉。
将鼓风机链接到送风口上,将送风口密封好,然后从炉顶开始填燃料,点火开始鼓风,等炉内的温度达到一定高度,就可以填原料了,当炉底的燃料烧尽,上层燃料下落,工人就在炉顶填进新的燃料,然后填进原料粉,如此往复。鼓风的工作更是一刻也不能停,好在有水力机械,可以不停的送风。
矿石粉和燃料,在炉内进行着复杂的化学反应,在助燃剂的帮助下,最终将矿石中的氧化铁还原成铁,杂质也形成了可以分离的钙盐。
在熔炼的过程中,铁矿石中含有的其他一些金属和杂质,会形成岩浆一样的矿渣,可以在熔炉底部的开口,让这些东西流出来,而不能完全融化的铁,则被融化,凝结成块,留在炉子里。
当熔炉底部的铁和炉灰越来越多时,就可以打破熔炉,将海绵状的铁块取出,这时的铁块很软,在水里锻锤的帮助下,可以轻松塑性,打成铁锭,这就是生铁。
生铁虽然坚硬耐磨,但是比较脆,做铸造件还可以,做个铁锅什么的都没问题,做兵器那是绝对不行的。
生铁在铁匠炉中用再次加热,然后用水力锻锤不断的捶打,折叠,捶打,折叠,那些没有被去除的杂质和氧化物就在捶打中在铁锭的表面凝固,然后剥落,一些杂质在高温中也会逸散,最终含碳量被不断地锻打和煅烧降低到百分之零点零二以下,就是熟铁,如果含碳量被控制在百分之零点二到百分之二之间,那就是钢。
但是帝国的工艺现在并不成熟,能够直接获得钢的办法就只有坩埚法一种,产量还小的可怜,只好用灌钢法和百炼法一起上,才能基本满足需求。
胡思远现在是一个头两个大,感到无从下手,因为钢铁工业不是动动嘴皮子就能弄起来的,他现在面临的第一个问题,就是如何来制造出耐火砖,同时要解决燃料问题,也就是焦炭。
不解决焦炭和耐火砖,就不能制造高炉,没有高炉,就不能连续不断的炼铁,胡思远没打算一步就搞出能够自动供料的高炉,他现在要是能够搞出一天出铁五吨左右的高炉,李铁成都得乐歪嘴,至少比熔炉炼铁的效率高出不知道多少倍。
“元建,搞焦炭吧,没这个啥都白说!”胡思远跟吴元建说道。
焦炭是用来炼铁的,至于为什么不用煤,主要还是因为煤炭燃烧的温度没有焦炭高,煤炭中含的硫,会让铁变得更脆,还不如用木炭呢。
吴元建也被帝国现在落后的钢铁工业给刺激到了,咬着牙恶狠狠的说“搞,必须搞,就是一个焦油,也值得搞焦炭,有了焦炭,就有焦油!还能获得硫酸铵,最重要的是能够获得氨水,这可是好东西,硝酸铵炸药可就指望它了,奶奶的,必须搞。”
胡思远也被激发出了点凶性,点了点头道“必须搞,先搞耐火砖,在搞焦炭,然后就是高炉,最后搞平炉炼钢,三年之内,必须搞成功!”
两个人相视一眼,然后伸出手,握了握之后,又郑重的点了点头。
李铁成不知道这两个小家伙在参观了自己的军械司之后,是受了什么刺激,一个两个表情凝重的向自己告辞,然后在卫士的陪同下返回京城。
吴元建在返回皇城后,就去找皇帝,然后让皇帝一定要给自己的化学实验室开绿灯,皇帝禁不住他软磨硬泡,终于在城外离胡硕家庄子不远的地方,给吴元建寻了一处庄子,让吴元建在那建一座实验室。
吴元建在得到皇帝的承诺之后,吴元建开出了长长的采购单子,采购实验室所需的一切材料,找来胡思远,两人连夜画设计图,准备尽快把实验室的架子搭起来。
方向确定下来之后,自然有人帮吴元建跑腿,吴元建就跟胡思远一头扎进皇家图书馆里,说是去翻找资料,准备开始弄耐火砖,设计煤炭干馏工厂和高炉。