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第七十二章 炼铁和教育

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    公元962年,1月1日,这天是元旦节。

    古代虽然也有元旦,但日期却不固定,殷代是以十二月初一这天为元旦之日,周代在十一月初一,秦始皇时期,又以十月初一日为元旦,每个朝代的元旦都是不一样的时间,唯一相同的就是都是以每个月的第一天为元旦之日。

    为了方便管理,梅笑寒把现代社会的时间制度也搬到了古代。每天分为24个小时,并教会了村民看钟表。

    最先熟悉现代时间制度的还是这些小孩子,对于神奇的钟表孩子总是充满好奇。

    看到时钟指向21点的时候,这些孩子就知道要睡觉。

    到了早上5:30,闹钟就会响起,这些孩子就知道起床。熟悉时间,接下来的工作推就方便多了。

    不用再听公鸡打鸣,不用再看日出日落,只要看到钟表就能确定时间。

    读书能拿到钱,参加集体活动也能拿到钱,多劳多得,妇女和儿童以及老人还有另外的补助。不到半年时间,文城村已经变成一个远近闻名的村子。

    大家都知道有一个非常富裕的村子,这个村子就是文成村。改革试点很成功,相比较于其它地方,文成村已经甩它们几条街了。

    一所学堂建立起来了,这所学校目前只招收7到15岁年龄的学生,共分为三种班,分别是:初级班、中级班和高级班,三个班级所学的科目主要是。

    初级班:硬笔字、拼音、看图说话、唐诗、算数。

    中级班:硬笔字、写作、算数、基础几何、历史。

    高级班:毛笔字、书法临摹、中国画、基础物理和基础化学、工业基础、基础农业等。

    每个孩子都可以根据自己的自身情况进行选修,并不要求每个科目都要学。当现代化理念逐渐灌输以后,孩子们对这个世界有了一个全新的认识。

    教育的问题,梅笑寒逐渐的放手,准备让张云和张良去做。梅笑寒接下来想做的工作是,建立一座小型的炼铁厂。

    虽然可以选择从现代社会带一些农用具过去,但是梅笑寒决定要自己打造用刚和用铁。

    古代炼铁开始于春秋时代。那时的炼铁方法是:“块炼铁”在较低的冶炼温度下,将铁矿石固态还原获得海绵铁,再经锻打成的铁块。

    早期炼得的熟铁通常叫块炼铁,它是铁矿石在八百到一千摄氏度左右条件下用木炭直接还原得到的。但是块炼铁有如下几个缺点:

    一是它不能从炉里流出,取出铁块时,炉膛要受到不同程度的破坏,不能连续生产,生产率比较低,产量比较小。

    二是成形费工费时。

    三是所含非金属夹杂比较多,要通过反覆锻打才能排除。

    四是含碳量往往比较低,因而很软。

    生铁的冶炼温度是1150到1300摄氏度,出炉产品呈液态,可以连续生产,可以浇铸成型,非金属夹杂比较少,质地比较硬,冶炼和成形率比较高,从而产量和质量都大大提高。

    古代炼铁法和世界其他地方完全不同,大量采用生铁制品,炼铁方法是:

    用1100-1200度炉温,把铁矿石融化,流出后成为铸铁。

    铸铁质地坚硬,但很脆,实际使用很困难,不论是做兵器还是铁器,都不好使。但古人没有别得选择,只能使用这种制品。

    那个时候想得到一块钢,只有一个办法---那就是锻打!

    把生铁加热到接近融化,然后反复锻打,除去碳硫磷等杂质,时间够长,会得到一块钢,再反复锻打法,会得到一块低碳钢,这种含杂质很少的钢,称之为百炼钢。

    百炼钢算是铁中的极品,如果再锻打,就会得到熟铁,古人称之为柔铁。后来的灌钢、苏钢道理都是把生熟铁混合加热锻打。

    从生铁锻打到钢的办法,费时费力,产量极低,曹操为了造五把百炼钢刀,花了三年的时间。

    炼铁本来就不容易,炼钢则更难。炼钢原理是在高温条件下,用氧气或铁的氧化物把生铁中所含的过量的碳和其它杂质转为气体或炉渣而除去。

    书籍记载:炼钢方法,一般可分为转炉炼钢、平炉炼钢和电炉炼钢三种方法。:

    1.转炉炼钢法:这种炼钢法使用的氧化剂是氧气。把空气鼓入熔融的生铁里,使杂质硅、锰等氧化。在氧化的过程中放出大量的热量「含1%的硅可使生铁的温度升高200摄氏度」,可使炉内达到足够高的温度。因此转炉炼钢不需要另外使用燃料。

    转炉炼钢是在转炉里进行。转炉的外形就像个梨,内壁有耐火砖,炉侧有许多小孔「风口」,压缩空气从这些小孔里吹炉内,又叫做侧吹转炉。开始时,转炉处于水平,向内注入1300摄氏度的液态生铁,并加入一定量的生石灰,然后鼓入空气并转动转炉使它直立起来。这时液态生铁表面剧烈的反应,使铁、硅、锰氧化「Feo,sio2,mno,」生成炉渣,利用熔化的钢铁和炉渣的对流作用,使反应遍及整个炉内。几分钟后,当钢液中只剩下少量的硅与锰时,碳开始氧化,生成一氧化碳「放热」使钢液剧烈沸腾。炉口由于溢出的一氧化炭的燃烧而出现巨大的火焰。最后,磷也发生氧化并进一步生成磷酸亚铁。磷酸亚铁再跟生石灰反应生成稳定的磷酸钙和硫化钙,一起成为炉渣。

    当磷于硫逐渐减少,火焰退落,炉口出现四氧化三铁的褐色蒸汽时,表明钢已炼成。这时应立即停止鼓风,并把转炉转到水平位置,把钢水倾至钢水包里,再加脱氧剂进行脱氧。整个过程只需15分钟左右。如果空气是从炉低吹入,那就是低吹转炉。

    随着制氧技术的发展,现在已普遍使用氧气顶吹转炉「也有侧吹转炉」。这种转炉吹如的是高压工业纯氧,反应更为剧烈,能进一步提高生产效率和钢的质量。

    2.平炉炼钢法「平炉炼钢法也叫马丁法,现在已经淘汰了」:平炉炼钢使用的氧化剂通入的空气和炉料里的氧化物,「废铁,废钢,铁矿石」。反应所需的热量是由燃烧气体燃料「高炉煤气,发生炉煤气」或液体燃料「重油」所提供。

    平炉的炉膛是一个耐火砖砌成的槽,上面有耐火砖制成的炉顶盖住。平炉的前墙上有装料口,装料机就从这里把炉料装进去。熔炼时关上耐火砖造成的门。炉膛的两端都筑有炉头,炉头各有两个孔道,供导入燃料与热空气,或从炉里导炉气之用。

    平炉炼钢所用的原料有废钢、废铁、铁矿石和溶剂「石灰石和生石灰」。开始冶炼时,燃料遇到导入的热空气就在燃料面上燃烧,温度高达1800摄氏度。热量直接由火焰传给炉料,使炉料迅速熔化「铁的熔点是1535摄氏度,钢略低」。同时有一部分熔化的生铁生成氧化亚铁,生铁里的杂质硅、锰被氧化亚铁氧化,声成炉渣。由于炉里放有过量的石灰石,磷与硫等杂质就生成磷酸钙和硫化钙成为炉渣。其次碳也进行氧化,生成一氧化碳从熔化的金属里冒出,好象金属在沸腾一样。

    反应快要进行完毕的时候,加入脱氧剂并定时把炉渣扒出。在冶炼将完成时要根据炉前分析「用快速分析法,几分钟可完成」来检验钢的成分是否合乎要求。炼锝的钢从出钢口流入钢水包里,再从钢水包注入模子里铸成制品或钢锭。

    为了提高炉温,气体燃料要在蓄热室里进行预热。

    在平炉里不但可加入液态生铁,而且可以加入固态的生铁以及夹攻以后的废铁和铁矿石等。另外,在平炉里如果用30%的富氧空气鼓风,同时在熔化的金属里吹入氧气,可使生产率提高80%,冶炼的时间缩短2~4小时,并可节约燃料,富氧空气也不需要预热。

    3.电炉炼钢法:钢还可以在以电能为热源的电炉里冶炼。使用电炉炼钢可以炼出优质的合金钢。电炉的种类很多,应用最广泛的是电弧炉。

    炼钢和炼铁是钢铁生产中的两个阶段,一般是先炼铁,而后进一步进行炼钢,最后得到各种钢材。

    如果把生产钢材的过程比作做炒饭,那么炼铁就可以看做是做米饭的过程,二炼钢就是把做好的大米饭拿过来炒的过程。

    目前梅笑寒要做的工作就是把米饭给做好,首先锻炼出优质的铁。
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