第八百七十一章平炉和高炉
等到了熙宁十年,经过改造的冶炉,产量已经翻倍,平均年产八万斤左右,而且随着焦煤的使用,高炉的扩大,各种先进技术的投入,以及南方二林部,渡口,郑州,徐州,郓州,两浙路梧州诸地铁矿的发现,南方钢铁的产能已经直追北方,三司对元丰元年的预估,全国铁课,将达到一千三百万斤左右。
不过各地钢铁质量参差不齐,最好的钢铁在二林部和梧州,这两处出产的钢铁,除了用作铸造枪炮,兵器之外,常常被其它铁冶,用作改良自己钢铁品质的“铁母”。
但是交趾铁,因为铁矿和煤矿的品质关系,比二林部的二林长刀以及两浙路的龙泉宝剑还要更胜一筹,最关键的是,第六代高炉经过前五代二十多年的积累之后,产生了质的飞跃!
从结构上来说,这已经是一座近代意义上的冶铁高炉!
冶州高炉和后世一样采用了钢板作为炉壳,壳内砌耐火砖内衬。高炉本体自上而下,分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸五大部分,与后世几乎一模一样。
高炉生产时,同样是从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂——石灰石,从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。
炼出的铁水从铁口放出,炉渣从渣口排出。
产生的煤气从炉顶排出,经除尘后,作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉的燃料,同时还是制备硫酸和氨水的生产原料和燃料。
炽热的煤气,还是炼钢炉的重要燃料。
而炉渣,又是砖厂和水泥厂的原料。
高炉的上料和配料系统,也采用了容积配料法和重量配料法。其中铁矿和焦煤用的是容积固定的斗车,而石灰石则采用斗车加弹簧大称平台。
高炉炉壳内部的耐火砖,底部厚达一米,顶部也厚达四十公分,炼炉底部采用石墨砖,上部为矾土烧制的高铝砖。
另外还有补充燃烧的吹料系统,这口高炉吹的是煤粉。
炉外挂着铁质的水箱作为冷却系统,以防止炉壳在高温下软塌。
除此之外,还有无数严格的的操作规范,作业流程,保护措施,全都是一条条人命换来的经验教训。
这个高炉严格说起来只能算作小炉,一炉只能生产铁水两千斤,别说和后世相比,就连大宋如今的普通铁冶一炉的产量都达不到。
但是它有个现代高炉的特点,就是一旦点火,昼夜不停,一天能够熔炼四炉,日产就是八千斤。
一年三百万斤,一个高炉就几乎占了十年前大宋铁课的一大半!而且无需如以前那样炼一炉毁一炉造一炉,一个高炉能够连续使用十年以上!
这个高炉,是皇家理工学院,眉山理工学院,钟山理工学院,司天监,将作监,三司胄案,商州胄案,石家,四通商号,皇宋银行齐心协力攻关的结果。
高炉的总设计师是石富,副总设计师是陈昭明,赵宗佑,负责研发。
总监理是苏油,副监理是石鍮,负责协调资金,人力,物力,从四面八方抽调精英参与设计,计算,讨论……
方案五年前就已经拿出来了,中间有反复修改,关键部位如耐火砖,吹料系统,渣口,铁口,无数的小设计小改进,都在各地的铁冶进行过实验。
所以这个高炉,可谓是大宋举国理工人才,能工巧匠,各地铁监,实际管理者们共同的智慧结晶。
等到所有的设计,计算,实验最后都做完了,高炉却卡在了矿料上。
大宋各地的煤铁矿标本,经过皇家理工学院的检测,只有渡口的勉强合格,其余含硫均太高,会严重影响高炉寿命和铁料品质。
倒是听风阁经过千辛万苦,从西夏祁连山脉和辽国大草原上搞到的矿料,检测通过。
赵顼在敷文阁收到报告后,气得当场就摔了书桌上的碧玉山子。
苏油在密折中安慰赵顼,冶金的进步是一点一点积累起来的,就和理工的学问一样,虽然大高炉一时造不成,但是各处铁冶上使用的小措施小改进,也让大宋的钢铁产量在十年内翻了一番,这个成绩已经很不错了。
可两人心中,其实都难免遗憾。
交趾的征服和高品位煤铁矿的发现,终于给美梦送来了舒适的枕头。
钢铁的生产是一个长期而复杂的准备过程,在交趾兴建如今大宋最大的钢铁基地,可以说是完全是白手起家。
勘探,绘图,开路,架桥,试炼,确定品位,修建铁轨,组织人力,搬运机械,炸矿,开采,建造中转仓房,修建港口,组织船运……
等到第一炉铁水炼出来后,苏油一点兴奋感都没有了,就好像将地丁胶递到自己面前的张道长一样,在丰功伟绩面前,只剩下淡淡的装逼味道……
不是想装逼,真的是太特么累,连装逼的力气都没有了!
高炉不但能够产生铁,还能产锰铁,但是真正在应用上有用的,是钢材和锰钢,以及球墨铸铁。
所以这些都还要要炼钢炉进行精炼。
大宋理工发展的精炼,一直都是走的平炉的路子。
从当年最早的带盖儿石墨坩埚,外加焦炭底部强吹热空气熔炼开始,从小到大,一步步慢慢走过来。
后来有了玻璃,四通又开始用坩埚炉熔炼玻璃。
平炉,其实质就是一个超级巨大坩埚炉,模样有些像一个巨大的有盖子的平底锅。
但是之前受加热效率的影响,平炉的体积注定大不了,一锅也炼不了多少钢。
直到石富将脑筋动到了了煤气上。
当时的煤气还没有如今这么多的应用,白白浪费掉不少,等到有了球阀和压力表之后,石富才在坩埚炉侧面多引了一根进气管,添加了炉头,用来走煤气。
所以现在的炼钢平炉,炉膛是一个熔池,底部带有加热空气和煤气的蓄热室。整体结构由熔炼室、炉头、上升道、沉渣室、蓄热室、换向阀、烟道、烟囱等组成。
熔炼室是平炉的中心部分,前面有装料炉门、后面底部有出钢口。
熔炼室有厚厚的防火罩盖子,熔炼过程在密封环境中进行,通过轮番灌入热空气和煤气,进行燃烧加温和还原反应。
生铁液在这样的环境里,过量的碳被氧化,带走,铁液的含碳量渐渐减少,变成钢水。
平炉熔炼室使用的是碱性耐火材料,也就是铝矾土砖筑砌,与转炉炼钢不同的是,转炉只需要利用铁水自身提供的热量,就能靠吹入热空气,完成炼钢过程。
而平炉因为炉体庞大,冶炼时间长,炉墙散热损失和高温废气带走的热量大,因此必须从外部供给燃料和使用预热空气,方能保持炼钢时需要的热量和氧气。
一炉钢需要二十四个小时才能炼出来。
但是相比转炉,平炉也有更多的先进之处。这玩意儿温度高,能够将废铁废钢进行重新熔炼,能够精确调控和配比,能够往里边增加其余金属和非金属添加剂,调成合金钢或者球墨铸铁。
球墨铸铁说起来很高大上,就是通过球化和孕育处理,让铁器中的碳以球状石墨的形式存在,可以有效地提高了铸铁的机械性能,特别是提高了塑性和韧性,从而得到碳钢强度的铸铁。
种花家为了对抗本土钢铁中大量存在的硫,提高钢铁性能,其实早在汉魏时期,就已经发明了球状石墨铸铁。
而渡口铁的加入,让球墨铸铁工艺更加完善方便,因为那里的铁料,富含稀土和镁,以渡口铁为“铁母”,能够极大的改善铸铁的性能。
如果往里边添加富锰渣或者镜铁,得到的就是高锰钢。