明末大拯救 084 高炉冶铁，生熟炼钢【更新时间调整为早上7点】

屈窦说着，往后招了招手，先前一直躲在冶铁高炉后的屈入墨，缓缓走了出来。

屈入墨，本是兵户之女，并非足不出户的大家闺秀，之前，屈入墨还一直在苏州城中摆摊，售卖木质首饰来着。

兵户之女，没有那么多讲究，再说，现在也缺人，所以屈窦在征得苏文铤的同意之后，就将屈入墨叫来杂造局，帮忙冶铁炼钢。

屈入墨在爹爹的耳濡目染之下，对冶铁一道，早已烂熟于胸。不仅仅是冶铁，因屈窦还是一个熟手木匠，所以，屈入墨也会一些木匠活，那些拿去苏州城售卖的木质首饰，就是屈入墨自己制作的。

而且，屈窦也不怕屈入墨在千户所中受到欺辱，因为在这里，她老爹是二把手，屈入墨在千户所中，就像将军的女儿到了军营，谁敢欺负。

至于军营之中不能出现女人这一点，更是被屈窦与苏文铤丢到了爪哇国，就连卫所制都败坏了，谁还注意这些，再说，这不缺人么。

再者，屈入墨平时只呆在杂造局，不出去外面，杂造局有一道门直通千户所中间的小院，屈窦和苏文铤划拨了一间厢房出来，当做屈入墨平时休息之所，来回千户所，也有马车接送，这就更安全了。

屈入墨顺着爹爹的召唤，慢慢从高炉后面转身走出，走到屈窦身边。

大壮抬头一看，女子……如仙女姐姐般的女子啊！不知怎的，大壮心中异常火热，心里激动不已，心中娶媳妇儿的念头井喷……

屈入墨到底不是大门不出二门不迈的大家闺秀，经过刚开始的羞涩后，屈入墨很快就调整过来，脸露甜甜微笑，道“你们好，以后你们就是我的师弟了！”

这就算互相认识了，接下来，则开始轰轰烈烈的冶铁大业。

“千户大人，这就是冶铁的高炉。”

大壮等人，在屈入墨的指点下，开始装填炉料，屈窦则以手点指，给苏文铤进行介绍。

苏文铤走上高炉旁边的阶梯，想要上去看看这高炉究竟是何模样，屈窦则紧跟苏文铤身后，一来，保护千户大人的安全，二来，也可及时解答千户大人的疑惑。

炼钢，其实可以分为两个大过程——冶铁，和炼钢。

炼钢之前，得需要有铁水。

所谓炼钢，就是通过各种方法，去出铁水中的硫、磷、氮等元素，控制含碳量，控制硅、锰、铬、镍等元素含量，以达到生产各种性能不同钢材的过程。

所以，第一步是要有铁水，这个过程叫做冶铁。

高炉冶铁法，在秦汉时期，已经是一种高效而经济的冶铁方法。

到了明朝，苏文铤现在所见的高炉，已经是一种更加成熟的冶铁方式。

“千户大人，小心！”

炉子旁的台阶很高，站在上面，可以看见炉中景象，苏文铤倾斜着身体观看，引得身后的屈窦直冒冷汗。

“那种黄色和红色的砖头，是耐火砖吗？”

苏文铤随手一指炉中，身体半靠在高炉上面，随口问道。

“是的大人，那就是耐火砖！”屈窦看了一眼后答道。

屈窦很不明白，怎么千户大人会对高炉感兴趣，站这么高，实在太危险了。

这个时期的耐火砖，是利用富含三氧化硅的黏土烧制而成，有的还渗入了石英砂、草拌泥等。据史载，这种耐火砖可以承受一千四百多度的高温。

要是仔细研究一下，说不定这种耐火砖，可以承受的高温，会超过一千五百度，超过一千五百度的炉温，都可以炼钢了。

但实际上，因为古代的鼓风装置不行，冶铁炉的炉温可能才一千二百度左右。

苏文铤和屈窦，在高炉旁高高的台阶上观看高炉内部，大壮等人，则在屈入墨的指点下，持续不断，往高炉内填装炉料。

焦炭、铁矿、石灰石等，并且，苏文铤注意到，这些原料，已经经过加工，虽然还没有达到“粉末”的程度，但也是比较细碎的小颗粒。

苏文铤走下炉子旁边的台阶，来到地面。屈窦跟在苏文铤身后，暗自松了一口气，遇到一个好奇心重的上官，作为下属，实在心累！

苏文铤转到高炉后面，见高炉下部的位置，有一根很粗的管子，这种管子看起来也像是使用耐火砖堆砌而成。

“千户大人，这是高炉的鼓风管。”屈窦在旁解说。

“嗯？”

苏文铤点头，顺着鼓风管，往管子另一端看去，这管子，竟延伸到了杂造局外面，穿透墙壁，不知道外面又是什么模样。

“千户大人，这边有一道小门，可以去到外面。”屈窦指着一道小门说道。

“那出去看一看，见识一下你们是如何送风的。”

屈窦推开小门，两人出得门外，却见此处已是千户所的边缘，前方不远处，就是千户所高高的围墙，围墙内，则有一条五六米宽的小溪。

溪流奔腾，哗哗声入耳，这条溪流乃是人工挖掘而成，目的，就是为了给一些水动装置动力。

一架水车，被安装在小溪旁，水流带动水车，水车带动几根木质“连杆”，来回做往复运动，“连杆”末端，连着几个木制风箱。

这是一个古代版本的水排鼓风器阵列组！

苏文铤连连点头，耐着性子，听屈窦讲解了半天原理。其实，作为一个现代人，这点原理难不住苏文铤，恐怕一个初中生都可以说的头头是道。

不过苏文铤没有打断屈窦，让他说吧，屈窦说得如此起劲，作为一个长官，这点小小的表现需求，还是要满足下属的。

回到杂造局，苏文铤继续绕着高炉观看。

高炉前面，左侧有一条出铁管道，管道下面，放了许多结构复杂的东西。

“千户大人，这是‘泥范’，用来浇铸生铁片的。”屈窦在一旁解释道。

所谓的‘泥范’，就是用泥做的模具，当然，这不是普通的泥，它在铁水高温的侵蚀下，不会变形与开裂，这是属于古代劳动人民的智慧结晶。

“嗯。”

苏文铤点头，又走到高炉右侧，这里，也有一条出铁水的管道，管道下面，则是一个方塘，方塘旁边，堆放了大量柳木棍。

“千户大人，此为炼制‘熟铁’的方塘。”屈窦解释道。

苏文铤知道，屈窦他们使用的炼钢方法，是灌钢法，灌钢法，又叫生熟法，也就是说，用生铁夹熟铁，一起加热炼钢，再经过手工锻打，就可以得到品质较好的钢，这种钢，古代称之为“宿铁”！

杂造局这一套冶铁装置，不仅仅是高炉本体，它一炉的料，可以生产生铁，并浇铸成薄片，易于之后的灌钢法炼钢。

同时也生产“熟铁”，方法是让铁水流入方塘，趁热，用柳木棍搅拌即可，待冷却后，那就是一方塘的“熟铁”。

以前，若要炼制“熟铁”，都是将冷却凝固的铁水，再次加热，融化或半融化后，再行炼制。而这套方法，铁水从高炉里流出，趁热就处理了，节省了时间与再次加热的耗费，既经济又高效。

这套方法，乃是宋应星《天工开物》中记载过的方法，不过，这种方法，早就开始使用了，宋应星只是记录而已。

只不过，这样生产出来的生铁，就是我们熟知的那个生铁，但是，产出的“熟铁”，却不是现代意义上的熟铁。

产出的“熟铁”，只是一个泛指，反正不是生铁就是“熟铁”，“熟铁”的含碳量很低，并且其中的其他杂质，如硫、磷、硅、锰，含量也非常低。

但是，因为柳木棍的搅拌，其中留下了大量氧化物，加之含碳量底，因此不能用来铸造刀剑鸟铳等兵器。

苏文铤看完冶铁装置，大壮他们也将炉料装填完成。

点火，开始冶炼。

苏文铤则返回静止空间，查阅资料，看能不能在现有基础上，改善冶铁质量，缩短冶铁时间。提高效率。

经过一番查询后，苏文铤弄清了高炉冶铁的三个要素，只要将这三个要素吃透，应该就能想出改善方法。

高炉冶铁三个要素，一为“筑炉之术”，二为“原料加工”，三为“鼓风之术”。

目前的高炉构筑技术，已经相当成熟了，筑炉使用的耐火砖，甚至可以承受一千四百多度的高温，而目前的炉温，才一千二百度，还有提升的空间。

所以，筑炉之术，或者说耐火砖，暂时不需要改进。

原料加工这一块，古人已经意识到，将原料碾碎，可以增加冶铁质量，缩短冶铁时间。但是，古人们只是将之碾成碎块，还不够碎，将之碾成粉末小颗粒，效果会更好。

这是一个改善的方向，可以在杂造局后面，小溪边，构架一台水力碾压机，直接将矿石等原料碾磨成粉！

至于第三个要素，鼓风之术，目前使用的水排鼓风器阵列组，经过几千年的演化发展而成，已经是一种高级的鼓风技术。

但如果想要提高炉温，恐怕不是很够。

苏文铤倒是想到了一个替换方案，使用静止空间中的五轴联动数控机床，加工出一台风车，内装离心风扇，使用齿轮传动，并用水力或者畜力驱动，经过大小齿轮的传动，可以获得很高的转速。

这种装置，可以参考抽油烟机，如果将抽油烟机的离心风扇扩大几倍，并多加几组，那么风力，一定会十分凶猛。

可以轻松秒杀古代版的水排鼓风器阵列组。

甚至，风力太猛，还会导致炉温飙升，超过耐火砖承受阀值，将高炉烧毁，也不无可能。

因为焦炭燃烧的温度，还可以大幅提高，如果氧气足够，提高到两千多度，都没有问题。

而现在的炉温才一千二百度，由此可见，增加炉子供氧量，或者说增强通风，可以显著提高炉温！

但是，这套离心风车的方案，被苏文铤否了。

为什么？

因为这种东西，太过超前，现在不适合拿出来使用，等以后势力强大了，倒是可以造出来用一用，现在么，就显得太过惊世骇俗。

否了这套方案，苏文铤立即又想到另外一套方案，那就是——预热！

给泵送入高炉中的空气预热，让空气入炉之前，就拥有几百度的高温，这样，可以显著较少炉温因冷空气的进入而降低，从而整体上提高炉温。

最后总结一下，在现有基础上，可供改善的方案，有两个，一个是构建一台水力碾磨机，用于将炉料碾成粉末。

第二，则是在鼓风管上增加一个预热的装置，将空气预热。

高炉冶铁已经开始，苏文铤和屈窦站在高炉前，没有到处走动，因为这是杂造局荒废了许久之后的第一次开炉炼铁，谁知道有没有问题。

这时，苏文铤就将那两个改善方案，一一说给屈窦听。

第一个碾磨炉料的方案，屈窦不甚在意，因为现在将炉料碾成小块，效果已经很好了，碾成粉末，又能好到哪里去？

不过这是千户大人的吩咐，同时，似乎将炉料碾碎一点，碾成粉末，也不是什么困难的事，至少，不会导致冶铁时间延长吧，所以，屈窦答应下来，待会儿就开始动工，构建一台碾压机。

至于第二个方案，给空气预热，屈窦也算是一个老铁匠，听苏文铤这么一说，屈窦立即明白过来。

“妙啊！”

屈窦庞大的身躯蹦起三尺高，拍着手，一张国字脸上掩饰不住一种惊喜与震惊。

“如此简单的道理，属下打铁这么多年，竟然没有想出来！”

屈窦看向苏文铤，一双鼓凸的环豹眼，竟然冒出无数小星星

“千户大人，你是如何想到如此妙法的？这个预热，又该如何越热呢？”

激动过后，屈窦像个好学的小学生，抓着老师追问问题。

屈窦第一个问题，苏文铤直接不回答，难道要苏文铤告诉屈窦，现代的高炉炼铁，甚至都不用点火，直接充入高温热空气的吗！

“这简单，在这个位置。”苏文铤走到高炉后面鼓风管旁边，指着一个位置，接着说“在这里，将这部分鼓风管拆掉，你再打造一巨型铁管，安装进鼓风管道，然后，在铁管道下面，筑一火炉，将铁管烧热即可。”

屈窦挠了挠头，一张略显苍老的国字脸，陷入沉思，苏文铤看去，屈窦这幅模样，竟十分像那冥思苦想做题的高中生。

这屈窦有个特点，说好听点，就是爱钻研，说得不好听，就是爱钻牛角尖，爱刨根问题，一个问题，不弄清楚都睡不着觉的。

正是凭借这股钻研劲儿，短短几年，屈窦在打铁的手艺上，就已经达到大师级别，屈窦在那个小市镇的打铁作坊，可是远近闻名的。

同时，屈窦还闲不住，找老师傅学习了木匠手艺。

屈窦挠着头，神色认真，一双鼓凸的眼睛炯炯有神，说道“千户大人，为什么在铁管外筑炉，在铁管外面烧热铁管呢？为什么不在鼓风管上开一小门，送入木炭或焦炭，将之点燃即可？”

“因为在鼓风管内燃烧，会消耗氧气……就是空气吧，在鼓风管中间就消耗了，入炉的空气自然不够，如此一来，反而影响炼铁。”苏文铤解释道。

“千户大人，何为氧气和空气？”屈窦追问。

“这个……”

“千户大人，为什么在鼓风管中间点燃焦炭或木炭，会消耗氧气和空气？”

“这个有点复杂……”

“千户大人，为什么将铁管筑入鼓风管，在铁管下筑炉，烧热铁管，就不会消耗氧气与空气呢？”

“那有那么多问题，照做就是了！”

苏文铤丢下此话，直接离开此地。留下屈窦在那，一脸便秘之色。

……

高炉冶铁，从上边装入炉料，在下部鼓风，形成炉料下降和焦炭燃烧煤气上升的相对运动。

燃料产生的高温煤气，穿过料层上升，将热量传导给炉料，高温煤气中所含一氧化碳，同时对氧化铁起还原作用。

如此一来，燃料的热能和化学能，同时得到比较充分的利用，下层的炉料被逐渐还原以至熔化，上层的炉料便从炉顶徐徐下降，燃料被预热而能达到更高的燃烧温度……

整个冶炼期间，屈窦和苏文铤，一直待在杂造局。

“出铁了！”

冶炼时间达到，屈窦亲自指点大壮等一帮新手，将他们当成学徒，一边指导操作，一边讲明原理和注意事项。

很快，一道炙热光亮的铁水，缓缓从管道中流出，直接流入左侧的生铁片浇铸模范。等铁水冷却后，敲掉泥范，就可以得到用于炼钢的生铁片了。

左侧生铁模范浇铸完，立即封闭管道，将右侧管道打通，炙热的铁水，又缓缓流入整理好的方塘。

此时，大壮等人，按照屈窦的指示，手握长长的柳木棍，站在方塘边缘，挥动手中棍子，用力搅拌流入方塘的铁水。

搅拌的意义，在于增加铁水与空气接触的面积，在空气的作用下，铁水中的碳、硅、锰等杂质，被空气中的氧气氧化掉，从而减少杂质。

不过，铁水上千度的高温，柳木棍，一般会溶解在铁水里，这些溶解在铁水里的柳木，将作为氧化剂，在灌钢法炼钢的时候，发挥巨大作用。

所以说，用柳木棍搅拌铁水的动作，就是将铁水中的碳、硅、锰等杂质氧化去除，再加入柳木棍溶解生成的氧化剂。

得到的东西，就是古人所谓的“熟铁”。

现代早期，五六十年代左右，其实还有些地方在以古老的方法冶铁，基本上就是这种方法，比如“苏刚”之类的。

曾有专家抽样，分析过按照古老方法获得的“熟铁”，发现其中的碳、硅、锰含量，被去除得非常彻底，含量均达到了百分之一以下！

但是这种“熟铁”中，含有柳木棍溶解后的氧化物，并且，含碳量也太低了，根本无法铸造刀剑。

而且，这种方法练出的“熟铁”，无法去除其中的硫、磷杂质，古人自然不知道钢铁中还含有硫、磷这种杂质，导致古代的钢铁，始终无法达到完美。

苏文铤知道，想要去除硫、磷，需得从耐火砖上面下功夫，最好是在炉中冶炼的时候，就将硫、磷去掉。

看来，还是得改造耐火砖，不过此事倒也不用急。

按照这种方法，产出的生铁和“熟铁”，都不能用来铸造兵器。

所以，古人又发明了一种灌钢法，用来炼钢，将生铁和“熟铁”练成钢，就可以用在刀剑鸟铳等兵器上，获得较好的性能。

因为是将生铁和“熟铁”放在一起练，所以灌钢法，又被称为生熟法。

灌钢法，需要生铁片和“熟铁”片，互相镶嵌在一起炼制。生铁片，已经有了，在铁水流出高炉的时候，就直接流入泥范，铸成了一片片生铁片。

至于熟铁片，则要麻烦一点，需要用铁锤，一锤一锤敲打成薄片。

这耗费了一些时间，苏文铤和屈窦趁此时间，离开杂造局，将那选出的一百多人，安排了一下。

这一百多人，饮食、住宿、训练场地，都需要单独隔开，今天是没办法训练他们了，那就安排他们做这些事。

安排完毕，返回杂造局，大壮等人已经用铁锤敲打出足够量的“熟铁”片，第一次干铁匠的活，饶是大壮等人常年务农，手臂和腰背也受不了。

现在，大壮等人正在按照苏文铤的指示，做着一套简单的动作，据说可以缓解手臂和腰背酸痛。他们半信半疑，按照千户大人的要求，做完一整套简单动作。

这套简单动作做完后，大壮等人又开始工作，将生铁片与“熟铁”片，夹杂一起，放入一座特制炼钢炉中。

一切准备妥当，开始点火炼钢。

随着炉温升高，生铁片，将快一步融化，因为生铁的熔点更低。融化的生铁铁水，将作为一种“渗碳剂”，将自身富含的碳元素，融入“熟铁”中。

“熟铁”的含碳量非常低，低于百分之一以下，经过生铁的“渗碳”后，“熟铁”含碳量增高，变身为钢！

同时，富含碳元素的生铁片，因自身的碳元素，被大量“渗透”进“熟铁”，含碳量减少，也变成了钢！

如此一来，生铁与“熟铁”，两种原料，都变成了钢，这就提高了钢的产量，几乎没有一点废料。

至于如何控制最终成品钢材的含碳量，也很简单，只需控制原料中，生铁片与“熟铁”片的多寡即可。

生铁片更多，那么最终产出的钢铁，含碳量就更多。相反，“熟铁”片更多，那么最终产出的钢铁，含碳量就更少。

经过常年累月的摸索，及上千年的经验积累，现在的铁匠们，基本上，都可以根据自己对钢材的需求，合理调配生铁片与“熟铁”片的多寡。

当然，灌钢法还没有完成，因为生铁片中还含有硅、锰等杂质，“熟铁”片中，还含有柳木棍溶解留下的氧化剂。

硅、锰杂质，与氧化剂之间，又是郎情妾意的一对儿，随着炉温升高，“熟铁”片中的氧化剂，将生铁片中的硅、锰等杂质，通通氧化掉。

如此一来，既去除了硅、锰等杂质，又消灭了“熟铁”片中的氧化剂。

最终结果，是得到含碳量适中，硅、锰等杂质含量很少的钢材！

堪称完美！

这真是一种古人智慧与结晶，甚至直至五六十年代，还有钢铁厂沿用这样的方法！

然而，实际上在操作的时候，一般会因为炼钢炉炉温不够，导致灌钢灌得不够彻底，也就是说，一块铁胚中，材质还不够均匀，有些氧化反应还没有进行。

所以，最后还需要人工锻打，锻打之后，再送入炉中烧红，然后再次锻打，反复烧红锻打之后，铁胚中的材质将分布均匀，未完成的“灌钢”，也将彻底完成，从而收获一块符合要求的钢铁美料。

不过，“灌钢”之后的锻打，对比于百炼钢的锻打，次数少了非常多，人工锻打是非常耗时的，所以，从某种意义来说，灌钢法，提高了炼钢速度。

然而，这种速度，对苏文铤来说，还是太慢！

现代炼钢法，转炉法和平炉法，那个速度才是快。

转炉法与平炉法，其中转炉法炉子的构造相对简单，以后，说不定有可能实现。

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