第四零一章 大商炼铁进行时

　　如在反复加热过程中，块炼铁同炭火接触，碳渗入而增碳变硬，则成为块炼渗碳钢。

　　李陵参观视察之后，非常满意，大赏众人，赐钱财，并表示铸成铁犁之后，还会赐爵。随后李陵便吩咐下去，可以推广炼铁之法了。

　　“不要骄傲自满，要刻苦钻研，让炼铁之法每天都能有进步！”李陵离开前最后叮嘱道。

　　当然，最重要的不在炼出块炼铁，而是锻造和铸造。

　　铸造就是先加热成铁水，浇注到事先铸造成的胚模中，冷凝成型，然后再经过锻造成各种用具。锻造就是所谓的打铁，另外再加上一些细加工，像磨光了什么的。

　　李陵不知到，他今日所作所为，将是一场科技革命的开始，在他的鼓舞下，炼铁研究所从地炉炼铁开始，又发明了平地筑炉炼铁，在是在地面上搭建炉子而不是深挖。

　　随后不久又开始学会用竖炉炼铁，这是一种在竖炉内用高还原性气体预热并还原高品位铁精矿，在固态下还原制取海绵铁的直接还原炼铁工艺。

　　一它包括由炉墙组成的炉膛，设于炉膛下端的锁风卸料装置，炉膛上部的球团料进口和设于炉膛内中部的破碎辊，炉墙下部设有供风喷口，炉膛内设有与炉膛内外相通的燃料管道，所述燃料管道炉膛内部分设有燃料喷嘴。

　　它结构简单，燃料直接在炉内燃烧，炉宽方向温度均匀，热效率高，焙烧带供热足，球团产量高，质量均匀。

　　这样块炼铁的三种炼铁方法，大商已经全部掌握，便是地炉、平地筑炉、竖炉3种。

　　很快，在大商掌握块炼铁技术的不久，就炼出了含碳2%以上的液态生铁，并用以铸成工具。甚至是战国初期，我国才掌握了的脱碳、热处理技术方法，也陆续被大商的能工巧匠们发明创造出来。

　　这样，大商的炼铁水平进一步提升，可以很好的生产韧性铸铁了！然后便走上了发展的快车道，开始运用可重复使用的“铁范”，这是一种用铁制成的铸造金属器物的空腹器，历史上它是战国后期的产物。

　　然后是西汉时期出现的坩埚炼铁法在大商提前出线了，同时，炼铁竖炉规模进一步扩大。

　　坩埚炼铁法实际上就是类似坩埚炼钢法，后者是指在石墨黏土坩埚中熔化金属料成为钢水的方法。将渗碳铁料切成小块置于封闭的黏土坩埚中，在坩埚外面加热，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，钢中氧可以去除，各种夹杂物也能从液态钢中上浮去除，所以钢（工具钢）的质量优于当时的各种金属材料，可用来制造加工金属材料的工具。

　　坩埚法是人类历史上第一种生产液态钢的方法。但是生产量极小，成本高。

　　在李陵的大力支持下，尤其是重赏之下，西汉时期才发明的“炒钢法”，即利用生铁“炒”成熟铁或钢的新工艺，产品称为炒钢，在大商朝歌应运而生。同时，还兴起“百炼钢”技术。

　　中国古代将炒钢经反复折叠锻打变形而制成的钢及其工艺。其特点是反复加热锻打，多次反复锻打可排除钢中夹杂物，减少残留夹杂物的尺寸，从而使其成分趋于均匀，组织趋于致密，细化晶粒，改善钢的性能。

　　古代工匠把“精铁”加热锻打一百多次，一锻一称一轻，直到斤两不减，即成百炼钢。魏晋时期是百炼钢的鼎盛时期。唐宋之后，因灌钢工艺的发展等原因，百炼钢有所减少。

　　随后便是水力鼓风炉接踵而至，历史上这是东汉(公元25～220年)，光武帝时的发明，即“水排”。我国古代水排的发明，大约比欧洲早1100多年。

　　鼓风设备叫“橐”（音tuó），是一只皮制的鼓风机。这种橐，在历史上汉代时作了进一步的改进，由皮革制作的风囊和木架构成，有入风口和排风口，把几个橐连在一起的称为排橐或排，它可以增大进风量，增强燃烧的火力，把炉温迅速提高到炼铁所需要的1200多度。

　　最早，橐用人力畜力带动。据史书记载，当时的炼铁，需要上百匹马拉动大型排橐鼓风，加上装运矿石的成百上千的工人，真是人强马壮。

　　但是，无论人力还是畜力鼓风机都不能满足日益发展的炼铁的需要，炼铁业呼唤更有力的鼓风机的出现，于是功率更强大的水力鼓风机水排应运而生了。

　　宋代的王祯在《农书》中详细记载了水排的结构和工作原理，并绘图说明。水排是在湍急的水流之滨竖立起的巨大的木轮，靠水流的冲击力带动木轮转动，再由传动机构带动橐排的转动，从而将强大的风吹入高炉。

　　古代水力鼓风机所包括的动力机构、传动机构和工作机构三部分已经达到相当完备的程度，制作技术和尺寸大小和中国高炉的规模相适应，举世无匹。

　　还有铸铁柔化术，成为大商成为中国古代钢铁业的另一重大发明。铸铁炼制出来之后，因为性脆、缺乏韧性而不适合锻造优良的铁器。

　　而适合锻造铁器的铸铁，因热处理的温度和方法的不同，分作白心可锻铸铁和黑心可锻铸铁两种。白心可锻铸铁具有比较高的硬度和强度，黑心可锻铸铁具有较好的耐冲击性。

　　这种技术的关键是将普通铸铁长时间高温加热，使其中的化合碳发生变化，当碳的含量介于铸铁和钢之间，其性质也随之变化，具有较强的延展性并保持了一定的硬度，这种技术叫铸铁柔化术。

　　“奇思妙想，无穷无尽，人民的力量真是汪洋大海啊！”李陵手中拿着炼铁工艺的报告单感叹道，目光停在最后一页：

　　炒铁和灌钢。

　　炒铁是古代中国钢铁冶炼的重大发明，是一种简便有效的炼铁术，没想到已经被积极性爆表的大商科技人才给提前上千年弄来大商了。

　　这种方法是把含碳量过高的可锻铸铁加热到半流体状态，再和铁矿石粉混和起来不断“翻炒”，让铸铁中所含碳元素不断渗出、氧化，从而得到中碳钢或低碳钢。

　　如果继续炒下去，就得到含碳更低的熟铁。这种方法始于西汉，东汉的《太平经》中就明确记载了炒铁技术。

　　最值得惊讶的是汉代以后发明的灌钢方法，也被李陵的幸运光环照耀吸引下，穿越时空来到了李陵面前。这种方法，在《北齐书綦母怀文传》称为“宿钢”，后世称为灌钢，又称为团钢，这是中国古代炼钢技术的又一重大成就。

　　灌钢工艺是我国古代刃钢生产的主要方法，它以生铁和“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，但氧化夹杂等并未减少，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。

　　其中过程是将高碳含量的生铁液浇灌到红热的低碳含量的熟铁（现代钢铁技术中所谓的低碳钢或纯铁）中，相互熔融混合，直接获得刚硬的钢（现代钢铁技术中所谓的高碳钢）。

　　总之，灌钢是中国古代冶金技术的一项杰出创造，它利用生铁含碳量较高、“熟铁”含氧化夹杂较多的特点，用“熟铁”中的氧来氧化生铁中的硅、锰、碳，造成激烈的“沸腾”，而达到去除夹杂的目的。虽操作简单，效果却十分明显，这是人类古代制钢工艺中所获得的最高成就。

　　相信在不久的将来，大商的炼铁工艺将继续光芒万丈，就拿灌钢来说，工艺类型将百花齐放，相互争辉，比如两晋南北朝时的新的灌钢技术，很有可能将在大商兴起。

　　这种方法是：先将生铁炒成熟铁，然后同生铁一起加热，由于生铁的熔点低，易于熔化，待生铁熔化后，它便“灌”入熟铁中，使熟铁增碳而得到钢。

　　这样，只要配好生熟铁用量的比例，就能比较准确地控制钢中含碳水平，再经过反复锻打，就可以得到质地均匀的钢材。这种方法比较容易掌握，工效提高较大，因此南北朝以后成为主要炼钢方法。灌钢技术在南北朝时已相当流行，这种方法是在炒钢的实践过程中逐步发展起来的。

　　又比如大宋以后的常见的灌钢工艺，也必将到来：

　　第一种，生铁陷入法。

　　沈括《梦溪笔谈》卷三云：“世间锻铁所谓钢铁者，用柔铁屈盘之，乃以生铁陷其间，封泥炼之。锻令相入，谓之团钢，亦谓之灌钢。”此“柔铁”即古代“熟铁”。此“封泥”的作用有三：⑴使铁料各部分均匀受热，让生铁缓慢熔化。⑵防止生铁熔化后的流失，使之更好地与柔铁作用。⑶防止和减少碳在炉气中的烧损。

　　第二种，生铁覆盖法。

　　宋应星《天工开物》卷一四云：“凡钢铁炼法，用熟铁打成薄片，如指头阔，长寸半许，以铁片束包尖（夹）紧，生铁安置其土（上）。又用破草履盖其上（原注：粘带泥土者，故不速化），泥涂其底下。洪炉鼓鞴，火力到时，生钢先化，渗淋熟铁之中，两情投合。取出加锤，再炼再锤，不一而足。俗名团钢，亦曰灌钢者是也。”

　　此操作比生铁陷入法又有了一些进步：⑴生铁置于“熟铁”上，熔化后向下渗淋，就增加了生、“熟”铁接触反应的机会，减少了生铁流失的机率。⑵不需封泥，而是上盖破草履，下涂泥，简化了操作。⑶“熟铁”为薄片状，增加了反应面，提高了生产率。

　　第三种，生铁浇淋法。

　　约始创于明代中期，清时在安徽芜湖，湖南湘潭等地都较兴盛，因传为江苏工匠始创，又名之为“苏钢”。

　　明代唐顺之《武编前编》卷五“铁”条说：“熟钢无出处，以生铁合熟铁炼成，或以熟铁片夹广铁，锅涂泥入火而团之，或以生铁与‘熟铁’并铸，待其极熟，生铁欲流，则以生铁于‘熟铁’上，擦而入之。”此“熟钢”即灌钢，这里谈到两种操作，前者与沈括所云相类似，后者即是苏钢工艺。

　　陈春华《嘉庆芜湖县志》卷一也有苏钢的记载：“居于廛治钢业者数十家，每日须工作不啻数百人。初锻‘熟铁’于炉，徐以生镤下之，名曰铁，饱则镤不入也。于时渣滓尽去，锤而条之，乃成钢。”《光绪湘潭县志》卷十一、1935年出版的《中国实业志（湖南）》第七篇都说到湘潭苏钢是乾隆年间从芜湖传去的。可知芜湖苏钢应在清代早中期便较发达。

　　与前二法相比，苏钢操作的优点是：⑴其“熟铁”仅仅是初锻过的，组织较为疏松，便增大了生、“熟”铁接触反应面，所含氧化夹杂亦较多，可提高碳氧反应的强度，增强去渣能力。并且，部分氧化亚铁可被还原，就提高了金属收得率。

　　⑵生铁不是直接覆盖于“熟铁”之上，亦非夹于“熟铁”间，从“以生铁于‘熟铁’上，擦而入之”、“徐以生镤下之”两句来看，生铁、“熟”铁是保持一定距离的，便可有控制地进行灌淋。

　　据周志宏先生1938年调查，周志宏：《中国早期钢铁冶炼技术上创造性的成就》，《科学通报》1956年2月。重庆北碚苏钢亦采用类似的操作，无需封泥、涂泥，以及覆盖破草履，亦简化了工序。

　　总的来看，由于铸铁和生铁炼钢法的发明与发展，大商的冶金技术在将遥遥居世界先进水平。其中碳以石墨形式存在的铸铁，根据石墨状态的不同，大体上分为三种，即：石墨是片状的为灰口铸铁；石墨呈团絮状的为可锻铸铁；石墨呈球状的为球墨铸铁。


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