江蘇六合程橋鎮曾出土一件春秋晚期的鐵塊,經鑑定是白口生鐵。
這是目前出土並且經過科學分析的最早生鐵實物。(商代手術刀驗證爲隕鐵打製。)
從出土的鐵器看,至遲在春秋後期,華夏已發明生鐵冶煉技術。
生鐵是在1150~1300℃的條件下冶煉出來,出爐時呈液態,可以連續生產,可以澆鑄成型,含碳量高,質地比較硬。
這就使冶煉和成型效率以及產品的產量和質量都大爲提高。所以由塊鍊鐵到生鐵,是鍊鐵技術史上一次飛躍。
北起遼寧,南至廣東,東至山東半島,西到陝西四川,包括戰國七雄廣大地區的中期遺址,都有鐵器出土,而且種類多,數量大。
在河南戰國魏墓中,出土58件鐵農具,有犁鏵等,可見在商代開始利用隕鐵之後,經過近一千多年發展,先民已然掌握液態冶鐵。
此時的液態鐵雖然比海綿鐵好些,但是用來生產武器或者其它產品,卻是不行。
當中硫磷等雜質含量高,導致既脆又無法鍛打。
是以雖然出現液態鍊鐵,卻沒能夠提高鋼鐵的質量。
而且由於一直用煤冶煉,極難提高溫度,導致冶煉過程漫長而且產率低下。
不過,即便是白口鑄鐵,用來製作鑄鐵爐也已經足夠。
並且還有好處就是,白口鐵無法鍛打,難以製造成爲武器。
即便是有心人想收集鑄鐵爐子回去鍛打製造兵刃,他便會發現一個尷尬的事實,那就是雖然同樣是鋼鐵,但是根本無法鍛造成爲兵刃用鋼。
如此一來,反倒會令其戰略地位下降,方便的賣到其他部族,到時候,那可就是一檔值得好好研究的買賣了。
關於鋼鐵冶煉,此前一直用煤作爲燃料,那樣最高也就能達到1100℃左右的爐溫,如果換做是焦炭,能夠將爐溫再往上提升100多℃。
千萬不要小看這100℃,因爲生鐵的熔點就是在這個區間,在此基礎上,只要適當提高溫度,就能大幅度提高生產效率。
沒有現代化高爐,先進的送風系統情況下,這已經近乎於未開掛狀態的極限了。
焦炭常溫爐的溫度也就是1250℃左右,想要再提高,就需要建造蓄熱室。
當然,現在並不急於解決這個問題。
因爲更高的溫度是鍊鋼時所使用,並且提升所需要的條件也很高,先將那個難題放在後邊再說。
鑄鐵匠遼東也有,大明從來不缺少各行各業的匠人。
只不過因爲鐵屬於戰略物資,因此管控嚴格。
但是當熊廷弼出面協調,錦衣衛負責居中聯絡之後,那就不是問題了。
他們常年在官家作坊,自然懂得如何與上級相處。
原本鑄鐵匠人們也以爲方書安是在胡鬧,但是瞧見拉來的焦炭時,匠人們的眼睛都亮了。
“這是?看着不像木炭啊,但肯定不是石炭!”
人們對拉來的焦炭十分好奇,能感覺出他的價值。
“這是焦炭,用煤,也就是石炭製成,有了它,你們的鐵也能趕上南方的鐵器。”方書安笑呵呵的說着。
有明一朝,南方特別是廣東鑄造的火炮一直好於北方,尤其是耐久度以及防炸膛的效果。
究其原因,因爲廣東鑄炮一直使用木炭,木炭當中硫磷等雜質含量低,炮體不會太脆,延展性好些。
煉焦過程會除去煤中的硫磷等易揮發成分,雖然不如高品質木炭好,但是來源廣泛,便於生產,對於提高鋼鐵產量,降低成本,也有着極好的作用。
“乖乖,咱們怎麼就沒想到石炭能做成炭吶。”
“是啊,用木炭,管事總說價錢高,石炭便宜不少,它做成的炭,自然也能便宜。”
大明的鑄鐵技術其實並不差,起碼小型高爐這種東西,宋代就有。
方書安只需要對原本以煤或者木炭爲原料的爐子進行適當調整就行,不需要兩眼一抹黑地從頭開始。
至於有些地方寫到,回到過去就能弄個土法煉鋼煉出灰口鐵甚至高碳鋼,有些不現實。
即便***時期的土法高爐稱爲土法,也是在現代工業的基礎上相對而言。
至少人們已經有較爲先進的鼓風設備,懂得利用焦炭作爲還原劑,知道用更好的耐火磚以及保溫材料,會區分低硫磷礦石原料等等。
一切是建立在19世紀鋼鐵大發展以後成型的理論基礎上才得以成功。
此時的鑄鐵作坊的小型高爐,甚至比那時期的土法高爐並不差,只是沒有焦炭,沒有高效的鼓風設備,不懂區分高磷高硫的鐵礦煤炭,爐溫上不去,磷硫含量極高。
想要得到合格的灰口鑄鐵或者高碳鋼,需要積累大量的實驗數據,例如鐵礦石與焦炭比例,助熔劑比如石灰石、白雲石的添加比例,是否需要添加沙子等物質造成酸性爐渣體系,不是一蹴而就。
需要展開大量的單因素變量乃至正交實驗獲得相關數據。
當然,也不求能生產出各種高強度鋼或者特種鋼,只需要滿足強度和成本的妥協,能夠代替青銅鑄炮、盔甲更輕便,火槍相對耐用即可。
想要造出高膛壓的電渣重熔炮鋼也不現實,電力還沒有發明應用……
因爲有匠人們的手藝打底,所以鑄造爐子的事情做起來相對方便。
將用作木炭的小高爐增加進風量,便開始他們首次試驗。
方書安和孫傳庭、盧象升立在一旁的臺子上,看着李盡忠在帶着衆人幹活。
擲彈兵隨着大軍開赴北方,李盡忠因爲其他安排,便留了下來,一邊協助訓練新擲彈兵,一邊幫方書安幹些指揮上的事情。
隨着火焰從暗紅變成鮮紅,再漸漸變成黃色,鐵礦也成爲半流動態。
“成了,成了!”
負責現場操作的老匠人滿懷欣喜,以往他們需要半天加熱時間,才能看看將鐵水融化,現在不過一半時間,便能流動。
“方公子,您太神奇了,就是將石炭換做焦炭,就能這般神奇,老丈大開眼界!”
孫傳庭和盧象升也十分高興,方書安太硬氣了,什麼東西都能琢磨出改進的法子。
只不過,主人公仍在搖頭,“還差點啊。”