硫在铁水中会形成硫化亚铁,这东西熔点极低,只有一千一百九十八度,比铁的熔点低了足足五百度。
用含硫量高的铁打造器物,高温下会变得极易碎裂,也就是俗称的“热脆”;就算在常温下,也会因硫元素的存在变得疏松多孔,根本承受不住外力冲击。以往旧炉用原煤炼铁,原煤中本身就含有大量硫分,这些硫会随着燃烧融入铁水,导致炼出的铁十有八九是“热脆铁”,能用来造农具就不错了,想造兵器、火炮更是天方夜谭。
所以,在朱高炽看来,用原煤直接炼铁,是一个完完全全的错误,相当于把整个冶铁行业带上了歧途!
其实解决含硫量超高的办法并不复杂,核心就是炼制焦炭——将原煤隔绝空气高温加热,让煤中的硫分、水分、挥发性杂质充分燃烧或挥发,剩下的焦炭不仅含硫量极低,还能提供更持久、更稳定的高温。
用焦炭来冶铁,既能避免硫元素污染铁水,又能让炉温稳定在一千五百度以上,从根源上解决“热脆”问题。
解决了硫的问题,再利用高炉内的氧化还原反应——通过鼓风装置向炉内输送充足氧气,让氧气与铁水中的磷、碳等杂质反应,磷会形成磷酸铁进入炉渣,碳则会生成二氧化碳排出,最终得到去除了硫、磷等有害元素的纯净铁水。
这才是冶铁炼钢最正确的做法,也是后世工业化冶铁的核心原理。
而想要高效实现这一步,最常见、最成熟的方式就是——高炉炼铁。
高炉凭借庞大的容积和稳定的热循环,能让焦炭充分燃烧,持续维持高温,同时通过分层布料(上层铁矿石、中层焦炭、下层石灰石),让原料与焦炭、氧气充分接触,最大化提升反应效率。
更关键的是,高炉可以通过水力、机械等动力驱动鼓风,摆脱对人工的依赖,保证炉温稳定,这是旧土炉完全无法比拟的优势。
说起来,高炉的建造并不复杂,甚至可以说是“接地气”。
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