抛砖引玉,先抛砖。。。
炼铁的第一种方案东西方都比较一致:直接还原法。(初中俗称的还原反应)
最初的直接还原法就是块炼铁,简单说就是把矿石包起来烧,烧完了就可以得到海绵铁。再经过锻打就可以得到熟铁。如果要得到钢,则再使用固体渗碳法为海绵铁加碳,然后反复热锻或冷锻以去除气泡。这种技术制作的熟铁工具、兵器和钢制工具、兵器在罗马帝国时期的西方遗迹以及春秋到西汉年间的中国墓葬中出土很多。
直接还原法出熟铁,如果铁矿品质很好,则可以得到品质极佳的海绵铁,否则就只能产出品质不好的海绵铁。实际上,即使是现代的一次还原法,也需要品质极高的铁矿。有人认为,大马士革钢就是因为其使用的铁矿石品质非常好而成为古代最好的钢铁,但是也有些人不认同。原因等下写。
从东汉开始,中国就从直接还原法发展到了间接还原法——也就是生铁冶炼。
在西汉到东汉,中国人搞出了生铁、铸铁、可锻铸铁等一系列生铁产品,并使用了高炉生产。根据已经发掘出土的几座高炉遗迹来看,它们的基本结构和近代高炉差不多,工作温度一般在1300度上下,有独立的入料口、进气口、排渣口、出铁口等结构,通过炉底积存的铁渣计算其高度高达6米以上。高炉的特点是持续生产,只要不停地从入料口投入矿石和燃料,铁水就会源源不断地流淌出来,日产生铁可达1吨以上,十几年不断。《中国通史》认为,到宋明时代,中国的官办铁厂只有一二百家,但是年产生铁高达数万吨,有的学者甚至认为应该超过十万吨。西方的生铁生产要等到15~16世纪才出现。
东汉中国发明的炒钢法。有人说这是“工业**中带来巨大影响的炒钢法”。但是查下来发现这个是言过其实。因为东汉的炒钢法是单室炒钢,英国那个炒钢是双室炒钢(反射炉炒钢)。反射炉炒钢最早在中国明代的湖南地区投入使用,直到上世纪80年代仍有些小作坊在使用这种方式生产钢制品。
炒钢法是用生铁炒炼出钢。汉代的方法是用碳粉和生铁包起来进炉烧,待生铁加热到半液态后开炉不停地搅拌。大量的搅拌使得杂质和碳一起被析出排掉,剩下的就是品质较高的海绵铁。接着按原样锻打、渗碳,即可得到熟铁或钢材。
注意:炒钢和块炼铁出的都是海绵铁,还需要继续处理。高明的炒钢工匠可以根据经验控制炒制时间判断出产品成分,这样可以不经过渗碳而只用锻打得到低碳钢,但很少能得到中碳钢和高碳钢(当然也不是没有,中国曾出土过品质相当高的高碳炒钢剑,不知道是哪位名师的作品)。而块炼铁应该做不到这一点。因为块炼铁要停止冶炼过程必须拆毁炉具,不能像炒钢那样精确控制炒炼时间。此外,由于高炉的生产效率极高,半液态下碳的析出速度也高,高炉>炒钢的生产效率也大大高于块炼铁。
但是单室炒钢法也有缺点。由于燃料和生铁互相接触,污染不可避免。后来的反射炉炒钢法把燃料和生铁分开,成功解决了这个问题。
百炼钢其实就是炒钢的进一步处理,通过反复热锻提高钢材的质量,我觉得应该归入热处理当中。这里就不讨论了。
灌钢据说是只有中国人用。这个介绍很多了,其实说白了就是1+-1=0.世人对灌钢法褒贬不一,有说好的有说坏的。但至少有一点就是灌钢法产钢效率很不错。灌钢法并没有代替炒钢法,两种方法长期并存。
还有一种最小众的钢铁冶炼方法叫坩锅法,也就是液态(半液态)炼钢法。印度和中国都出土过古代炼钢坩锅。有学者认为,大马士革钢就是坩锅钢,出口到中国的称为镔铁。印度的坩锅可以达到1400度左右的冶炼温度,让钢在半液态环境下冶炼,而中国出土的坩锅据说在测试中可以承受1600度以上的高温,足以达到全液态冶炼的标准。不过中国的坩锅出土数量很少而且只有几个极短的时代,接着就消失了,并不比中世纪的生铁多到哪里去。
西方一直在用一次还原法生产钢铁。罗马人似乎对钢知之甚少,他们的产品以熟铁为主。中世纪钢产品逐渐增多,竖炉逐渐代替了以前的地炉和平炉。
竖炉冶炼的温度仍然在生铁的液化温度以下,所以从原理上说仍然是一种块炼铁。但是竖炉有沉降过程,而且有排渣功能,冶炼质量比以前有很大进步。但是由于竖炉没有出铁口(非液态,当然无法自己出来),因此冶炼完毕后必须熄火,再拆开炉体取铁,效率不高。
欧洲从15~16世纪开始用高炉冶炼生铁,之后高炉技术开始突飞猛进,到17世纪主力高炉已经换成了日产1.6吨的型号,把中国抛到了脑后(也就是在17世纪,冶金学正式成为一门现代科学)。接着到18世纪现代坩锅炼钢法出现,高品质弹簧钢和切削用超高碳钢都出现了。同样在18世纪,反射炉炒钢法大量运用与工业生产,撑起了第一次工业**。19世纪中期,转炉、平炉、电炉相继问世。到19世纪末,欧洲的钢产量由几万吨上升到两千万吨,完成了第二次工业**。
炼铁的第一种方案东西方都比较一致:直接还原法。(初中俗称的还原反应)
最初的直接还原法就是块炼铁,简单说就是把矿石包起来烧,烧完了就可以得到海绵铁。再经过锻打就可以得到熟铁。如果要得到钢,则再使用固体渗碳法为海绵铁加碳,然后反复热锻或冷锻以去除气泡。这种技术制作的熟铁工具、兵器和钢制工具、兵器在罗马帝国时期的西方遗迹以及春秋到西汉年间的中国墓葬中出土很多。
直接还原法出熟铁,如果铁矿品质很好,则可以得到品质极佳的海绵铁,否则就只能产出品质不好的海绵铁。实际上,即使是现代的一次还原法,也需要品质极高的铁矿。有人认为,大马士革钢就是因为其使用的铁矿石品质非常好而成为古代最好的钢铁,但是也有些人不认同。原因等下写。
从东汉开始,中国就从直接还原法发展到了间接还原法——也就是生铁冶炼。
在西汉到东汉,中国人搞出了生铁、铸铁、可锻铸铁等一系列生铁产品,并使用了高炉生产。根据已经发掘出土的几座高炉遗迹来看,它们的基本结构和近代高炉差不多,工作温度一般在1300度上下,有独立的入料口、进气口、排渣口、出铁口等结构,通过炉底积存的铁渣计算其高度高达6米以上。高炉的特点是持续生产,只要不停地从入料口投入矿石和燃料,铁水就会源源不断地流淌出来,日产生铁可达1吨以上,十几年不断。《中国通史》认为,到宋明时代,中国的官办铁厂只有一二百家,但是年产生铁高达数万吨,有的学者甚至认为应该超过十万吨。西方的生铁生产要等到15~16世纪才出现。
东汉中国发明的炒钢法。有人说这是“工业**中带来巨大影响的炒钢法”。但是查下来发现这个是言过其实。因为东汉的炒钢法是单室炒钢,英国那个炒钢是双室炒钢(反射炉炒钢)。反射炉炒钢最早在中国明代的湖南地区投入使用,直到上世纪80年代仍有些小作坊在使用这种方式生产钢制品。
炒钢法是用生铁炒炼出钢。汉代的方法是用碳粉和生铁包起来进炉烧,待生铁加热到半液态后开炉不停地搅拌。大量的搅拌使得杂质和碳一起被析出排掉,剩下的就是品质较高的海绵铁。接着按原样锻打、渗碳,即可得到熟铁或钢材。
注意:炒钢和块炼铁出的都是海绵铁,还需要继续处理。高明的炒钢工匠可以根据经验控制炒制时间判断出产品成分,这样可以不经过渗碳而只用锻打得到低碳钢,但很少能得到中碳钢和高碳钢(当然也不是没有,中国曾出土过品质相当高的高碳炒钢剑,不知道是哪位名师的作品)。而块炼铁应该做不到这一点。因为块炼铁要停止冶炼过程必须拆毁炉具,不能像炒钢那样精确控制炒炼时间。此外,由于高炉的生产效率极高,半液态下碳的析出速度也高,高炉>炒钢的生产效率也大大高于块炼铁。
但是单室炒钢法也有缺点。由于燃料和生铁互相接触,污染不可避免。后来的反射炉炒钢法把燃料和生铁分开,成功解决了这个问题。
百炼钢其实就是炒钢的进一步处理,通过反复热锻提高钢材的质量,我觉得应该归入热处理当中。这里就不讨论了。
灌钢据说是只有中国人用。这个介绍很多了,其实说白了就是1+-1=0.世人对灌钢法褒贬不一,有说好的有说坏的。但至少有一点就是灌钢法产钢效率很不错。灌钢法并没有代替炒钢法,两种方法长期并存。
还有一种最小众的钢铁冶炼方法叫坩锅法,也就是液态(半液态)炼钢法。印度和中国都出土过古代炼钢坩锅。有学者认为,大马士革钢就是坩锅钢,出口到中国的称为镔铁。印度的坩锅可以达到1400度左右的冶炼温度,让钢在半液态环境下冶炼,而中国出土的坩锅据说在测试中可以承受1600度以上的高温,足以达到全液态冶炼的标准。不过中国的坩锅出土数量很少而且只有几个极短的时代,接着就消失了,并不比中世纪的生铁多到哪里去。
西方一直在用一次还原法生产钢铁。罗马人似乎对钢知之甚少,他们的产品以熟铁为主。中世纪钢产品逐渐增多,竖炉逐渐代替了以前的地炉和平炉。
竖炉冶炼的温度仍然在生铁的液化温度以下,所以从原理上说仍然是一种块炼铁。但是竖炉有沉降过程,而且有排渣功能,冶炼质量比以前有很大进步。但是由于竖炉没有出铁口(非液态,当然无法自己出来),因此冶炼完毕后必须熄火,再拆开炉体取铁,效率不高。
欧洲从15~16世纪开始用高炉冶炼生铁,之后高炉技术开始突飞猛进,到17世纪主力高炉已经换成了日产1.6吨的型号,把中国抛到了脑后(也就是在17世纪,冶金学正式成为一门现代科学)。接着到18世纪现代坩锅炼钢法出现,高品质弹簧钢和切削用超高碳钢都出现了。同样在18世纪,反射炉炒钢法大量运用与工业生产,撑起了第一次工业**。19世纪中期,转炉、平炉、电炉相继问世。到19世纪末,欧洲的钢产量由几万吨上升到两千万吨,完成了第二次工业**。