江苏六合程桥镇曾出土一件春秋晚期的铁块,经鉴定是白口生铁。
这是目前出土并且经过科学分析的最早生铁实物。(商代手术刀验证为陨铁打制。)
从出土的铁器看,至迟在春秋后期,华夏已发明生铁冶炼技术。
生铁是在1150~1300℃的条件下冶炼出来,出炉时呈液态,可以连续生产,可以浇铸成型,含碳量高,质地比较硬。
这就使冶炼和成型效率以及产品的产量和质量都大为提高。所以由块炼铁到生铁,是炼铁技术史上一次飞跃。
北起辽宁,南至广东,东至山东半岛,西到陕西四川,包括战国七雄广大地区的中期遗址,都有铁器出土,而且种类多,数量大。
在河南战国魏墓中,出土58件铁农具,有犁铧等,可见在商代开始利用陨铁之后,经过近一千多年发展,先民已然掌握液态冶铁。
此时的液态铁虽然比海绵铁好些,但是用来生产武器或者其它产品,却是不行。
当中硫磷等杂质含量高,导致既脆又无法锻打。
是以虽然出现液态炼铁,却没能够提高钢铁的质量。
而且由于一直用煤冶炼,极难提高温度,导致冶炼过程漫长而且产率低下。
不过,即便是白口铸铁,用来制作铸铁炉也已经足够。
并且还有好处就是,白口铁无法锻打,难以制造成为武器。
即便是有心人想收集铸铁炉子回去锻打制造兵刃,他便会发现一个尴尬的事实,那就是虽然同样是钢铁,但是根本无法锻造成为兵刃用钢。
如此一来,反倒会令其战略地位下降,方便的卖到其他部族,到时候,那可就是一档值得好好研究的买卖了。
关于钢铁冶炼,此前一直用煤作为燃料,那样最高也就能达到1100℃左右的炉温,如果换做是焦炭,能够将炉温再往上提升100多℃。
千万不要小看这100℃,因为生铁的熔点就是在这个区间,在此基础上,只要适当提高温度,就能大幅度提高生产效率。
没有现代化高炉,先进的送风系统情况下,这已经近乎于未开挂状态的极限了。
焦炭常温炉的温度也就是1250℃左右,想要再提高,就需要建造蓄热室。
当然,现在并不急于解决这个问题。
因为更高的温度是炼钢时所使用,并且提升所需要的条件也很高,先将那个难题放在后边再说。
铸铁匠辽东也有,大明从来不缺少各行各业的匠人。
只不过因为铁属于战略物资,因此管控严格。
但是当熊廷弼出面协调,锦衣卫负责居中联络之后,那就不是问题了。
他们常年在官家作坊,自然懂得如何与上级相处。
原本铸铁匠人们也以为方书安是在胡闹,但是瞧见拉来的焦炭时,匠人们的眼睛都亮了。
“这是?看着不像木炭啊,但肯定不是石炭!”
人们对拉来的焦炭十分好奇,能感觉出他的价值。
“这是焦炭,用煤,也就是石炭制成,有了它,你们的铁也能赶上南方的铁器。”方书安笑呵呵的说着。
有明一朝,南方特别是广东铸造的火炮一直好于北方,尤其是耐久度以及防炸膛的效果。
究其原因,因为广东铸炮一直使用木炭,木炭当中硫磷等杂质含量低,炮体不会太脆,延展性好些。
炼焦过程会除去煤中的硫磷等易挥发成分,虽然不如高品质木炭好,但是来源广泛,便于生产,对于提高钢铁产量,降低成本,也有着极好的作用。
“乖乖,咱们怎么就没想到石炭能做成炭呐。”
“是啊,用木炭,管事总说价钱高,石炭便宜不少,它做成的炭,自然也能便宜。”
大明的铸铁技术其实并不差,起码小型高炉这种东西,宋代就有。
方书安只需要对原本以煤或者木炭为原料的炉子进行适当调整就行,不需要两眼一抹黑地从头开始。
至于有些地方写到,回到过去就能弄个土法炼钢炼出灰口铁甚至高碳钢,有些不现实。
即便***时期的土法高炉称为土法,也是在现代工业的基础上相对而言。
至少人们已经有较为先进的鼓风设备,懂得利用焦炭作为还原剂,知道用更好的耐火砖以及保温材料,会区分低硫磷矿石原料等等。
一切是建立在19世纪钢铁大发展以后成型的理论基础上才得以成功。
此时的铸铁作坊的小型高炉,甚至比那时期的土法高炉并不差,只是没有焦炭,没有高效的鼓风设备,不懂区分高磷高硫的铁矿煤炭,炉温上不去,磷硫含量极高。
想要得到合格的灰口铸铁或者高碳钢,需要积累大量的实验数据,例如铁矿石与焦炭比例,助熔剂比如石灰石、白云石的添加比例,是否需要添加沙子等物质造成酸性炉渣体系,不是一蹴而就。
需要展开大量的单因素变量乃至正交实验获得相关数据。
当然,也不求能生产出各种高强度钢或者特种钢,只需要满足强度和成本的妥协,能够代替青铜铸炮、盔甲更轻便,火枪相对耐用即可。
想要造出高膛压的电渣重熔炮钢也不现实,电力还没有发明应用……
因为有匠人们的手艺打底,所以铸造炉子的事情做起来相对方便。
将用作木炭的小高炉增加进风量,便开始他们首次试验。
方书安和孙传庭、卢象升立在一旁的台子上,看着李尽忠在带着众人干活。
掷弹兵随着大军开赴北方,李尽忠因为其他安排,便留了下来,一边协助训练新掷弹兵,一边帮方书安干些指挥上的事情。
随着火焰从暗红变成鲜红,再渐渐变成黄色,铁矿也成为半流动态。
“成了,成了!”
负责现场操作的老匠人满怀欣喜,以往他们需要半天加热时间,才能看看将铁水融化,现在不过一半时间,便能流动。
“方公子,您太神奇了,就是将石炭换做焦炭,就能这般神奇,老丈大开眼界!”
孙传庭和卢象升也十分高兴,方书安太硬气了,什么东西都能琢磨出改进的法子。
只不过,主人公仍在摇头,“还差点啊。”