煉鐵需要的溫度大概是一千一百到一千三百度,足以讓鐵礦石熔融成生鐵;但煉鋼不同,要去除生鐵中多餘的碳、硫、磷等雜質,最起碼需要一千五百度往上的高溫,甚至要達到一千六百到一千七百攝氏度——這樣的高溫,才能讓雜質充分與氧氣反應,形成爐渣排出。
而遵化鐵廠以往的舊爐,靠人工拉皮囊鼓風,最多隻能把溫度升到一千兩百度,連煉鐵都得反複添料、耗時耗力,煉鋼更是想都不敢想,就算勉強嘗試,煉出的也隻是脆硬不堪的“偽鋼”,根本無法使用。
事實上,曆朝曆代的冶鐵業都長期受含磷量過高的困擾。
這問題根源有二:一是鐵礦質量,北方鐵礦多伴生磷礦,開采時很難完全分離,導致原料本身就含磷;二是鑄鐵技術,舊爐冶煉時無法精準控製溫度和反應過程,磷元素不僅沒被去除,反而會融入鐵水中,形成“冷脆鐵”。
北方的冬天尤其寒冷,氣溫低至零下十幾度,高含磷量的鐵器在低溫下會變得異常脆弱,稍一彎折就會斷裂——邊軍曾試過用舊爐鐵打造盔甲,結果冬天行軍時,盔甲鐵片被寒風一凍,竟能徒手掰碎,嚴重製約了鐵器在軍事、民生上的發展。
而冶鐵業裡比磷更可怕的殺手,那就是——硫。
硫在鐵水中會形成硫化亞鐵,這東西熔點極低,隻有一千一百九十八度,比鐵的熔點低了足足五百度。
用含硫量高的鐵打造器物,高溫下會變得極易碎裂,也就是俗稱的“熱脆”;就算在常溫下,也會因硫元素的存在變得疏鬆多孔,根本承受不住外力衝擊。以往舊爐用原煤煉鐵,原煤中本身就含有大量硫分,這些硫會隨著燃燒融入鐵水,導致煉出的鐵十有八九是“熱脆鐵”,能用來造農具就不錯了,想造兵器、火炮更是天方夜譚。
所以,在朱高熾看來,用原煤直接煉鐵,是一個完完全全的錯誤,相當於把整個冶鐵行業帶上了歧途!
其實解決含硫量超高的辦法並不複雜,核心就是煉製焦炭——將原煤隔絕空氣高溫加熱,讓煤中的硫分、水分、揮發性雜質充分燃燒或揮發,剩下的焦炭不僅含硫量極低,還能提供更持久、更穩定的高溫。
用焦炭來冶鐵,既能避免硫元素汙染鐵水,又能讓爐溫穩定在一千五百度以上,從根源上解決“熱脆”問題。
解決了硫的問題,再利用高爐內的氧化還原反應——通過鼓風裝置向爐內輸送充足氧氣,讓氧氣與鐵水中的磷、碳等雜質反應,磷會形成磷酸鐵進入爐渣,碳則會生成二氧化碳排出,最終得到去除了硫、磷等有害元素的純淨鐵水。
這才是冶鐵煉鋼最正確的做法,也是後世工業化冶鐵的核心原理。
而想要高效實現這一步,最常見、最成熟的方式就是——高爐煉鐵。
高爐憑借龐大的容積和穩定的熱循環,能讓焦炭充分燃燒,持續維持高溫,同時通過分層布料(上層鐵礦石、中層焦炭、下層石灰石),讓原料與焦炭、氧氣充分接觸,最大化提升反應效率。
更關鍵的是,高爐可以通過水力、機械等動力驅動鼓風,擺脫對人工的依賴,保證爐溫穩定,這是舊土爐完全無法比擬的優勢。
說起來,高爐的建造並不複雜,甚至可以說是“接地氣”。
在後世的五十年代末“***”時期,華夏曾號召全國人民參與煉鋼鐵,彼時不僅工廠建造大型高爐,連偏遠地區的小學學生、農村生產隊的村民、城鎮副食品商店的售貨員,都能組成一個個簡易煉鐵小組,用磚塊、黃泥、鐵絲網等簡易材料,搭建起一兩米高的小型高爐,靠著簡單的鼓風裝置,就能煉出鐵水。
雖然當時的“土高爐”存在技術粗糙、產量低等問題,但也從側麵證明,高爐的核心原理並不複雜,隻要掌握“高溫、密封、持續鼓風”的關鍵,就算是普通人也能搭建並使用。
放在技術條件更成熟的明初,有朱高熾提供的精確圖紙,有經驗豐富的工匠把控質量,有石墨這種優質耐火材料做內襯,建造高七丈五尺、容積二十立方米的高爐,更是水到渠成。
遵化鐵廠的工匠們或許不懂“氧化還原”、“含硫量”這些理論,但他們能通過實踐感受到——用焦炭、靠高爐煉出的鐵,比舊爐鐵更韌、更硬,能輕鬆打造出以往造不出來的兵器、農具。
這種肉眼可見的差距,比任何理論都更有說服力,也讓他們對新高爐、新工藝愈發信服。
朱高熾走到李鐵匠身邊,拍了拍他的肩膀:“李師傅,這隻是開始。等所有高爐、炒鐵爐都運轉起來,咱們一天能煉出的精鋼,能武裝一小支軍隊!”
李鐵匠用力點頭,手裡緊緊攥著那塊精鋼,眼眶都紅了:“殿下放心!從今往後,咱們遵化鐵廠,定能煉出更多好鋼,為大明打造最好的兵器!”
這麼好的精鋼,還能煉不出神兵嗎?
夕陽的餘暉灑在炒鐵爐上,爐內的鐵水還在繼續炒煉,鍛錘的“哐當”聲與匠人的歡呼聲交織在一起,回蕩在遵化鐵廠的上空。
這一爐精鋼的誕生,不僅打破了舊工藝的局限,更讓所有人看到了大明工業的未來——有了這樣的技術,這樣的產能,大明的鐵脈終將貫通,大明的疆土,也終將因這一塊塊精鋼,變得更加堅固。