工匠头领先不知所措地看了一眼太守陈实,然后连忙下跪:“右将军折煞老朽了,不敢称贵,老朽姓周名炳,右将军此问着实懂行呐,这生铁一物,确实不该如此炉温就能熔化。
不过,根据老朽冶铁三十年的经验,生铁此物愈是杂质繁多,熔为铁水所需的温度就会越低。往昔用优质木炭炼铁时,炉温烧到极致,也只是红热软化,并不流动。但用上无烟泥炭,或是带些硫磺的木炭来炼,出铁的质地较差,杂质生脆,但铁水确是更容易出。
老朽年轻时,大约是桓帝朝末年,在雒阳的荥阳炉也干过些年头,当时我师傅也是这般教我,后来我又摸索数年,才自己掌握了其中分寸。”
李素听了,微微点头,没想到这个姓周的老铁匠,还是个“高级人才”呢,是从雒阳周边的国家顶级工场混过的。
李素就忍不住岔开话题,先问他是怎么混到蜀地来的,后来才知道是刘焉入蜀的时候,重金挖了一些雒阳的军工技术人才。
李素心中忍不住吐槽:“看来刘焉这厮,当年刚入蜀时就有不臣之心呐,连朝廷中枢的军工技术骨干都挖角,而且还挺有眼光,那么重视相关产业。”
然后,李素又问了周炳各种混入杂质的燃料炼铁出铁水的难度对比,琢磨了好久,才总算是用前世的化学原理理解了这事儿:
初中化学课本上有一句基本知识点,那就是“纯质的金属熔点最高,合金熔点较低,合金中混入的杂质种类、分量越多,熔点也越低”。
汉末的熔炉没有一千五百度,炼不了纯铁,就指望掺杂、以牺牲铁的质量和纯度来降低熔化难度。
所以用木炭炼铁,让铁里残留百分之几的碳、磷、硅之后,熔点就能降低到一千两百多,差不多就烧成比较稀的糊糊了。如果用无烟煤,无烟煤还会混入少量的硫,进一步可能降低到一千一百五十度。
所以用无烟煤炼出来的铁质量其实是比木炭的铁还差的,因为有了更多煤里的硫杂质,铁更脆更弱。但好处是产量一下子能提升到二点五倍!
毕竟铁水越稀薄,还原反应效率就越快、铁水跟掺进去的还原剂反应速度也越快,矿石氧化铁里的氧被夺走地也就越快。糊糊一样的优质铁水要两天半时间反应完一炉,稀薄的像纯水一样的铁水一天时间就反应完了。
这是以提升到二点五倍的生产速度,来换取产出更劣质的铁!这也是为什么一直到唐宋,产量稀少的“闽铁”才是优质好铁。浙南地区从春秋末期那些铸剑大师,到后来福建地区的龙泉宝剑,都是用无硫木炭炼的,那里没有煤炭,绝对不沾染煤炭里的硫元素。
“闹了半天,宋朝人因为引入煤炭而让铁产量暴涨到几乎三倍,是以牺牲一定的铁的质量为代价的啊……这可不是好事儿,咱要兼顾质量和产量,用来造兵器的铁肯定还得除硫,要不就是在反应的最后环节加入别的工序……”
李素心中对这个问题很是警觉,他觉得不可以听之任之。
想来想去,李素发现最好的兼顾的解决办法,还是继续提升炉温。
毕竟,炼铁的铁水最后之所以凝固,其实就是一个煤炭等还原剂投入之后、氧化铁里的氧元素被还原出来,铁的纯度越来越高、熔点也越来越高,最后超过一千两百度了,于是在一千两百度的炉子里也就凝固了,没法继续以液态的高交换比快速反应。
而李素跟周炳了解之后,得知目前的“百炼法”,乃至初具雏形的“炒钢法”,其实目的就是一个,那就是“在粗铁不再是铁水状态后,依然尽量让铁与还原剂的接触面积和反应面积尽可能大,让还原反应继续进行,进一步反应掉里面的杂质”。
当然周炳的原话当然不是这么说的,这是李素根据工匠的经验、结合自己的化学常识脑内翻译的。
历史书上说过,唐朝到了“灌钢法”,炼钢的反应效率比炒钢法更好很多,原因就是液体铁水反应面积大、渗透率高嘛。
炉温高就可以让液态的高效率反应时间持续更久!搅动铁水还原一个时辰,除杂效果抵得上“液态还原剂淋灌在固态粗铁上”反应三四个时辰,抵得上“固体细颗粒还原剂撒在固态粗铁上”反应半天,更抵得上“固体大块还原剂砸在固态粗铁上锻打”好几天。
想来想去,李素想到了最朴素的一招:提升不了燃料的火焰温度,那就减少燃烧时的热量损失嘛。
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