第82章 炼钢

作品:《风雨大宋

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    看着制钢的小炉,苏颂道:“万没想到,炒钢的时候其实不用烧炭,只要鼓风即可。若不是真地试出来,谁能够相信?世间万物,有其自然之理,不详细推敲,却不敢妄下断言。”

    杜中宵点了点头。以前在永城的时候,炒钢的规模较小,用的是这个时代最常见的方法。前些日子这里建炒钢炉,为了充分利用能源,自然建在冶炉旁边,炒钢与炼铁串连在一起。冶炉里出来铁水,直接送进炒钢炉里面,如此一来便就少用许多燃料。

    炒钢的原理杜中宵还是清楚的。无非是炼铁时是在还原气氛下,以致铁水含炭量太高,出来的是生铁。到了炒钢炉里,要降低炭含量,炉里是没有炭的,只加石灰石和白云石之类的造渣剂,是间接加热而不是直接加热,是在氧化气氛下。既然是氧化气氛,氧气就应该充足,不然效果不好。

    这是中学化学的内容,非常简单。为了保证充足的氧气,这里建的炒钢炉,特意加了吹管,一样有大风箱向里面鼓风。万万没想到,炒钢炉里鼓风,里面的铁水迅速沸腾,如同火山喷发一般,温度明显比以前下面烧炭高得多。由于难以控制,不断减少下面的炭火,结果效果还是不明显。到了最后,干脆炒钢时不烧炭了,仅仅鼓风,炉里面的温度就足够高,可以降低铁水的炭含量,炼出钢来。

    杜中宵纳闷了一段时间,最终只能认为是铁水里面的炭,或者还有其他一些元素,在高温熔化状态下吹入空气,迅速发生放热反应,让铁水保持沸腾。这实际上就是后世的吹氧炼钢,不管是转炉还是平炉都是同样的原理。

    鼓风之后,由于铁水沸腾得厉害,为了控制反应速度,就试着向里面加生铁,加废钢,偶然又发现不同的温度,出来的钢性能不一样。不同的出钢温度,会炼出不同含炭量的钢来。

    这是个精细活。既不能测量温度,又不能精确控制时间,只能用肉眼观看铁水状态,以及表现出来的颜色,来控制出来不同的钢。杜中宵测试了很多人,来做这项工作。不断训练,现在大约有二十多外人勉强找到状态,是炼钢这里的宝贝疙瘩。他们现在刚刚上手,出来的钢性能不稳定,不过对这个时代来说足够了。反正出来的是中低炭钢,打造刀剑能性足够,后面就靠工匠的手艺了。

    能不能尽量精确地测量温度?其实办法还是有的。比如用金、银、铜、铁等金属,或者一些已经知道的化合物,制成测片,利用他们不同的熔化温度,放进铁水里面探测,看熔化程度决定炼钢过程。只是这项工作精细而复杂,杜中宵只能提供一个思路,让下面的人去做,短时间内是做不到的。

    测温不一定用温度计,可以用一些特殊的物理化学反应,比如熔化沸腾,比如分解化合,都可以得到固定的温度。但选择合适的测量物质,选择合适的测量方法,需要大量的实践。

    高碳工具钢还是不能用这种炉子来炼制,而是尽量炼出碳含量低的铁,与生铁一起用石墨坩埚炉炼制。这种高性能的钢炼制不易,性能优越,可不是炒钢炉出来的大路货可比。

    用吹空气的方法,炒钢的效率提升了许多,炼出一炉钢,远比以前下面烧炭快捷。这件事让苏颂觉得新奇不已,明明不用燃料降低了成本,效率还大在提升,世间之事实在神奇。他用了很多时间研究,最终只能同意杜中宵的说法。生铁里面有碳,炒钢炉里没有过剩的碳保护,这些碳便燃烧。

    实际的化学过程当然远比这复杂,碳还会形成一氧化碳,再形成二氧化碳,有过量的碳这些气体就形成还原气氛。一旦氧气过量,铁水中的碳便就继续氧化,从而降低含碳量,生铁变成了钢。

    炼铁到炼钢,就这么一个简单的过程,认真研究下去,其实就能开启化学之路。

    杜中宵要做的事情太多,每个行业都不可能深入研究,哪怕知道是怎么一回事,也没有精力系统总结。这处铁监里的人才,将来不知道会是谁,会是什么时候能够打开这扇门。

    原理很重要,知道了原理,能够积极应用到实际中,中学的数理化知识,就足以推开工业革命的大门。大宋的经济实力是天下第一,这是朝廷直辖的官营铁监,有杜中宵这个有后世知识的人,条件比当年英国的那些小作坊不知道好了多少倍。从钢铁到机械,踏实做下去,工业的发展比历史上容易得多。

    比铁水出炉的时间短得多,用不了多少时间,第一炉钢就完成了。只见不大的炉子倾倒,钢水从里面流出来,流进旁边早已建好的冷却池里。略冷却一段时间,被一边的工人舀入铸范,成了钢锭。大部分的钢锭将凝未凝的时候,被输送到下一道工序,进入不远处的锻造之处。

    附近的一条小河早已经被截段,建了一座小水库,河水引到这里带动锻锤。锻造的工人观察着钢的颜色,合适了取到锻锤上,进行锻造。

    这样炒出来的钢,工艺所限,里面有很多气孔,也会有少量杂质,不能直接制造器具,必须锻打过之后才可以。巨大的锻锤打在或红或白大小不一的钢锭上,配合着早已经制好的钢模,有的成了钢条,有的被打得极扁,乘着红热的时候,送入后面的轧辊,慢慢轧成钢板。这样制出来的,是热轧钢板。

    高炉下的池浩早已经看得呆了,他简直无法相信自己的眼睛,怎么也想不出冶铁会成这个样子。再看那边高炉,输送带一刻不停,不住地上料,每隔不久,便就开口引出铁水来。从铁水出来,炉里的状况稳定之后,上料便就不会再有间断了,如此会连续不停地出铁十个月。

    见一切顺利,杜中宵长出了一口气。其实自己有些贪心,过于追求效率了。准备时间这么长,除了高炉难建,还有后面的工序太多,从制做工具到培养人才花了太多时间。不管冶铁炼钢,这个年代的产品其实都是钢锭铁锭,杜中宵却想直接出型材。这处铁监,最后出来的产品是以钢条和钢板为主。至于后世最常见的圆钢棒,因为锻打有些困难,反而没有,只有正方形的四角钢棒。

    这样的过程虽然复杂,但大大提高了效率,也减少了燃料消耗。如果出钢锭,后续还要经过烧红锻打,平白浪费燃料。这个道理就跟炒钢炉建在冶铁炉旁边一样,不必重新加热。

    见身边的池浩的目瞪口呆的样子,杜中宵觉得有些成就感,笑着道:“殿侍,我们到后面去,看看你要的铁片。若是合你的意,便就开始制了。”

    “好,好,下官与运判前去观看。”被震撼了心神的池浩连连点头,话都说不利索了。

    走过一座一座锻锤,到了最后面,便看见几排钢辊。锻过的钢板被送入钢辊里,依次下送,被压得一次比一次薄,最后成了一张一张钢板。压的次数不同,钢辊间隙不同,钢板厚薄不一。

    这些钢辊同样是由水力带动的,只有工人来回巡查,与适才炼钢的地方比,清静了许多。

    到了最靠边的一排钢辊前,杜中宵指着地上的钢板道:“殿侍,如此厚可合意?”

    池浩看这钢板厚薄均匀,微微泛着青光,忍不住弯下腰,要翻起来看。

    一边的工人看了,急忙喊道:“不可,小心烫手!”

    话音未落,池浩便就惨叫一声,蹦了起来。再看手上,已经烫出了几个水泡。

    那边的工人看着杜中宵,一时吓住,说不出话来。

    杜中宵摆了摆手,示意他干自己的活,对池浩道:“殿侍,这铁板则则出来,摸不得!”

    池浩点了点头,捂着手,一时不知道说什么才好。好在钢板的温度并不特别高,只是起了水泡,并没有把指头烫熟,不然就成了铁板烧了。

    捏着指头,池浩道:“运判,这样厚足够好了。只是我们要用铁片浸入铜里,若是裁了更好。”

    杜中宵道:“这个容易。后边有裁切的机器,你要什么样的,便裁成什么样的。其实,你们直接运铁板回去更加容易,我们送你几把大铁剪,回去自己裁就是。”

    池浩道:“那便每样一半,我运回铜监之后,看知监官人意思,以后照做。”

    铁片的价钱可比钱贵得多了。铜监要把生铁锤成铁片,倒是并不用炒成钢,依现在工艺,是先进行退火,等生铁可锻之后,进行锻打。不说费的燃料和人工,锤成铁片之后,最少损耗一半甚至更多。看过了这里的生产过程,池浩便就知道,天下不会再有比这里更加便宜的铁片了。以后铜监用的铁,很可能就从这里打购。虽然路途远了些,但一来江南少铁,二来加上运费也比自己锤制便宜。

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