和所有穿越者一样,刘威平时的自然对钢铁的冶炼技术特别上心。虽然在专业水平上恐怕练古代的铁匠都不如,不过在大规模炼钢的这个技术工艺上刘威可算是术有专精。
首先,想要练钢,我们必须要有以下几种物资:一是高焦耳的煤炭、耐火材料、石灰石等矿物添加物;二是高纯度的生铁原料;三是高科技的炼钢设备,比如说什么高炉、鼓风机、热轧、冷轧、冷却、热淬、回火设备等等。
至于很多穿越小说里长写得只要建造某某高炉,又或者按照什么什么方法就能炼钢,甚至某本书中还直接就告诉读者们,只要把生铁块和木炭一层层一成的交错重叠在炉子里烧上几天几夜就能制造出高碳钢了。咱就先不说这种方法的可行性有多高了,咱就光说木炭在有氧环境下能够连续烧上几天几夜的可能性吧。至于这种方法到底行不行,建议有条件的读者自己去实验一下就知道了。
其实所谓练钢,其关键技术就是要将生铁中的杂质和元素碳给去掉。生铁和钢的区别就在与两者之间的纯度和碳含量,而真正炼钢的关键点就是如何提高炼钢炉的温度。这一点是目前所有穿越小说中都不曾详细描写的,大多都是一笔带过,比如说今天主角找了某某古代冶金名人,稍微提点几下,明天这人就炼出了钢,到了后天就可以大批量的生产钢材造枪造炮了,或者主角又搞些什么旁门左道的技术来误导读者,总之主角就是知道怎么炼,就是炼出来了,不但炼出了钢,还大批量的进行生产,搞出了古代的冶金工业革命。
我们不能说这些作者都是文盲、白痴、混蛋加三级,不懂装懂的糊弄读者,实际上在这部分的作者当中还是有那么几个人知道如何炼钢的,不过大都是“只知其然,不知其所以然”,其他的部分人当中可能几有一半是真不知道。另外剩下的那一半却恐怕是真知道,但就是不告诉你,怕你掌握了炼钢技术以后也穿越了。
所以,今天咱们就来上一堂真正意义上的“练钢课”,如果列位读者当中真有那么几个人能有幸穿越回古代,千万不要忘记了兄弟啊!
众所周知,生铁或铁矿石的熔点在千度左右,杂质较少的纯铁或熟铁的熔点是则在一千五百度左右,而铁元素的沸点则是两千七百五十度。
如果要用比较简单的一句话来描述如何炼钢,那么这句话很简单:只要能让铁水沸腾,你就绝对能得到钢了。
足够高的温度足够烧掉任何杂质,任何物质燃烧到最后都将会被气化,不能气化得则都浓缩为中子。你看太阳烧上个几十亿年之后,终就会烧成一个只有原始体积亿万分之一的中子星。
不过,提醒大家一点,地球的核心温度不过六千,而火山喷发时岩浆的温度也不过一千到一千三百度,如果你真的能将炉温提升到能让铁元素沸腾的话,那么你用来炼制钢材的高炉会像原子弹一样爆开,并且以它为中心,方圆一公里内的大气都将被点燃,而你身处之地将成为一座伟大的——火焰山。
不过,基本上在古代这种情况发生的可能性几乎为——零!
前面提到,炼钢真正关键正是温度。不论是建造高炉也好,将煤炭练焦也好,其目的都是为了将炉温提高到足够高的温度。现代炼钢技术的发展关键在于人类掌握了电力这种强大的能源,练钢用的电炉为了避免带如杂质都是采用间接加热,分为高频炉和电弧炉,高频炉是通过高频交流电感应熔化钢,原理请参照电磁灶,电弧炉原理请参照电焊。
因此,现代钢铁厂的钢炉温度大多控制在一千七百度至两千三百度之间,也就是说只要能详细的分析铁矿石的成分构成,并且添加对应的消除杂质用的添加物,我们只需要一千七百度的温度就可以炼出钢来。
而在古代,想要使用木炭、煤、或者焦煤、油料来达到这个温度,基本上都是属于痴人说梦,因此古代人才不得不另外研究出了不需要达到如此之高的温度就能得到钢的办法,比如说早期冶炼的钢一般都是在低温还原冶炼后再经渗碳而成,整个过程约分两步:第一步先由矿石炼取块炼铁;第二步再由块炼铁渗碳成钢。
此渗碳过程中要不断地折叠锻打,以帮助碳的扩散。这样得到的钢便叫块铁渗碳钢。如若控制得当也有不经第二步而一次还原冶炼成钢的,这种钢便叫块炼钢或自然钢。这两种钢的强度和硬度均较块炼铁为高,不过这种古代自然钢的缺点首先是含碳量一般较低,碳分布往往不够均匀。钢中所含夹杂往往较多,生产率也不高。这种制钢工艺一直沿用到西汉中期,之后由于炒钢的发明和发展而渐被取代。
我国古代关于炒钢的记载始见于东汉中晚期。《太平经》卷七十二云:“今军师兵,不祥之器也……有急乃后使工师击治石,求其中铁,烧冶之,使成水,乃后使良工万锻之,乃成莫邪耶?”此“莫邪”指锋利兵器。“烧冶之”等三句所指即是炒炼及其制器的全过程。《太平经》系道家著作,基本上保持了东汉中晚期的原貌。
而对于炒铁过程的详细描述则有如下几则,其一说:“其炒铁则以生铁团之入炉,火烧透红乃出而置砧上,一人钳之,二三人锤之,旁十余童子扇之,童子必唱歌不辍,然后可炼熟而为镬也。”
又说:“将炼出之生铁加煤末烧之,使化为铁汁,冷后复置于炒铁炉内炒之,即成熟铁。”
总之,想要练出钢来,我们要做的事情目标明确:那就是提高炉温,去除生铁当中的杂质,降低碳含量,使金属材料的强度更高,密度更均匀。