9025-597267 在明朝的技术条件下能不能用简易方法测定钢铁的成分？

liutom2 于 2015-6-17 22:16:36 发表了：

比如测定碳、硫、磷、硅的含量，有没有尽管不太准确但能够用简易方法实现的？

netmousexhxh 于 2015-6-17 22:38:37 发表了：

没有

Scat 于 2015-6-17 22:40:45 发表了：

靠经验，看火色听音什么的

lzy0702 于 2015-6-17 22:42:34 发表了：

化学分析法是不行的，还是得用电弧原子发射光谱法。或者只能期待X射线荧光光谱仪这个金大腿能坚持到可以复制为止。

然而仪器分析高度依赖标准品，没有光谱纯试剂还是不好搞。

liutom2 于 2015-6-17 22:54:55 发表了：

Scat 发表于 2015-6-17 22:40

靠经验，看火色听音什么的

问题是砂轮这东西明朝有了嘛？

Scat 于 2015-6-18 07:08:34 发表了：

liutom2 发表于 2015-6-17 22:54

问题是砂轮这东西明朝有了嘛？

锻打也有火花，烧的时候变色也有区别，有经验的工匠一定有办法判断钢铁的性能，但是不可能明白元素是什么概念

markgraf 于 2015-6-18 08:02:52 发表了：

有元素比例没有金相分析还是然并卵

左武卫将军于 2015-6-18 09:57:37 发表了：

还是找有经验的老师傅观火吧，没别的办法

深潜者于 2015-6-26 13:10:54 发表了：

测碳含量的话，自然是在古老的百炼钢时代就出现了，只不过当时估计也就能把碳含量分成熟铁、中碳钢、高碳钢、生铁四类。

硅含量大概不用测，木炭、冷风时代生铁里硅自然是很少的。

话说明朝时闽南的木炭炼生铁能有多贵？

liutom2 于 2015-6-26 19:36:52 发表了：

深潜者发表于 2015-6-26 13:10

测碳含量的话，自然是在古老的百炼钢时代就出现了，只不过当时估计也就能把碳含量分成熟铁、中碳钢、高碳钢 …

要成规模的生产钢铁靠木炭是不行的，必须用焦炭。

深潜者于 2015-6-26 19:52:48 发表了：

liutom2 发表于 2015-6-26 19:36

要成规模的生产钢铁靠木炭是不行的，必须用焦炭。

但年产几万吨应该还是能做到的。对于工业化之前的国家，这些好铁足以满足军工等需求了。

如果再考虑到古代木炭炼铁的效率极低，“炭铁比”高达5：1，堆木材式烧炭法的效率也极低的话。采用封闭烧炭窑+蓄热鼓风木炭高炉的话（19世纪中叶前技术水平），或许能把木材/铁比降低70%以上。这样的话，年产二三十万吨木炭铁都未必做不到。这已经接近大英帝国刚工业革命的水平了。

如果能拿出10万km2人工林生产的木材烧炭炼铁的话，每年能提供木材1000万t，木炭铁产量上百万t似乎都能做到。

liutom2 于 2015-6-26 20:29:24 发表了：

深潜者发表于 2015-6-26 19:52

但年产几万吨应该还是能做到的。对于工业化之前的国家，这些好铁足以满足军工等需求了。

如果再 …

用木炭的话，每吨生铁据说要消耗7吨木炭，而木炭需要用木头烧制，几万吨用木炭这真的很难解决了，因为需要几十万吨的木头。

明代都是好东西才用福建木炭生产的铁来制作，其他的都是炒铁法。

深潜者于 2015-6-26 20:39:02 发表了：

本帖最后由深潜者于 2015-6-26 20:45 编辑

liutom2 发表于 2015-6-26 20:29

用木炭的话，每吨生铁据说要消耗7吨木炭，而木炭需要用木头烧制，几万吨用木炭这真的很难解决了，因为需 …

1t生铁需要7t木炭，1t木炭大概需要6t木头。这么算42t木头才能产1t生铁，确实多的过分（现代技术的话1t干生物质大概就能炼1t铁）。但你这么考虑一下，只需要10万km2森林就能可持续提供1000万t/年的木头，足以提供25万t/年的铁产量。

小小的不列颠就能生产2万t木炭铁的嘛，国朝产个几万吨也是有可能的。

liutom2 于 2015-6-26 20:49:05 发表了：

深潜者发表于 2015-6-26 20:39

1t生铁需要7t木炭，1t木炭大概需要6t木头。这么算42t木头才能产1t生铁，确实多的过分（现代技术的话1t干 …

总的来说，在能掌握现代钢铁工业知识的前提下，还是用焦炭为好，因为焦炭总比木炭要容易解决的多呀，你想想1吨焦煤多大体积，1吨木头要多大？这完全不是一个数量级的东西。

生铁里的硫、磷等有害物质其实还是有办法去掉的，就用那个炒铁法就可以，在炒铁的时候加入造渣剂，搅拌的时候就会生成熔渣。

其实炒铁工艺和后来的平炉是一个原理，只不过平炉的温度更高就是了。

深潜者于 2015-6-26 20:58:25 发表了：

liutom2 发表于 2015-6-26 20:49

总的来说，在能掌握现代钢铁工业知识的前提下，还是用焦炭为好，因为焦炭总比木炭要容易解决的多呀，你想 …

炒铁是搅拌法吧？通过空气使生铁水氧化析出熟铁团（以及少量钢），再发展是转炉才对。平炉应该是坩埚钢路线的发展。

这招应该不足以获得非常优质的铁。不光明朝坚持用木炭铁，英国18世纪铸铁炮时用的也是木炭铁。

除非能攀出高碱度渣热鼓风焦炭高炉，否则非常优质的铁还得仰赖木炭吧？

PS讨论海量木炭铁的可能性只是为了我的无化石燃料后封建世界架空。

兴家旺夫吉安娜于 2015-6-26 21:04:14 发表了：

没戏现代的钢铁分析这块需要的前置天赋点数太多了，从化学到物理

liutom2 于 2015-6-26 21:32:55 发表了：

深潜者发表于 2015-6-26 20:58

炒铁是搅拌法吧？通过空气使生铁水氧化析出熟铁团（以及少量钢），再发展是转炉才对。平炉应该是坩埚钢路 …

炒铁法就是平炉的前身，炒铁法是利用外部热源加热生铁，在融化状态下对铁进行处理，主要就是搅拌除碳，整个过程中是需要持续加热的，因为这个过程是不发热的，平炉法其实就是炒铁法加上蓄热室，其优点就是温度大幅度提高，可以获得钢液，而搅拌法是不能获得液态的钢水的。

欧洲搅拌法的经典是普德林搅拌炉，这种炉子在加热状态用一根钢棒深入生铁熔池进行搅拌，随着脱碳的进行铁水逐渐凝固，最后凝结在钢棒末端成为一个钢球，然后把钢棒抽出对钢球进行进一步的加工，主要是锻造，就可以获得钢材了。

中国的原始炒铁工艺目前是找不到了，因为我国没有这方面的记录，相关的研究也不认真，建国后大炼钢铁期间曾经进行过一定程度的“研究”，由于立场问题，那里面的说法完全就是往自己脸上贴金，使用的证据就更可笑了，利用195X年民间使用的工艺做证据。其实欧洲使用的搅拌法很可能就是从我们的炒铁法发展而来，毕竟我们在使用生铁方面还是比较先进的，明朝中国和欧洲的科技交流已经非常频繁，大家之间相互借鉴是很合理的解释。也就是说，普德林搅拌炉很可能就是中国炒铁炉的加大改进版，中国的搅拌炉可能更小，效率更低，温度也可能更低，搅拌到凝固态后出来的熟铁很可能还需要继续进行一定的加热锻打脱碳才能使用。

转炉对平炉来说是一场彻底的革命，因为转炉是自发热冶炼，利用铁水里的硅等元素氧化发热来加热铁水并逐步将铁水里的若干杂质氧化，整个过程中是不需要加热的。

再多说一点，《天工开物》里的连续炒铁法应该是典型的误传，整套工艺在原理上是解释不通的，而且这套工艺也没找到过考古证据，欧洲也没有相关的记录，就连《天工开物》这本书都是在日本找回来的，日本根本没有用过这套工艺，这说明这套工艺根本走不通，日本人到了18XX年还要向欧洲学习普德林搅拌炉。

深潜者于 2015-6-26 21:36:31 发表了：

本帖最后由深潜者于 2015-6-26 21:40 编辑

liutom2 发表于 2015-6-26 21:32

炒铁法就是平炉的前身，炒铁法是利用外部热源加热生铁，在融化状态下对铁进行处理，主要就是搅拌除碳，整 …

嗯，刚才不知道怎么回事脑补的是所谓的连续炒铁法，然后觉得直接用热生铁水就可以省外热了。

炒铁炉貌似必须用木炭加热。这个过程能消耗多少木炭？

liutom2 于 2015-6-26 21:48:15 发表了：

深潜者发表于 2015-6-26 21:36

嗯，刚才不知道怎么回事脑补的是所谓的连续炒铁法，然后觉得直接用热生铁水就可以省外热了。

连续炒铁法本身就是件十分可笑而且解释不通的事。

搅拌法脱碳必须加热才能维持脱碳，否则很快铁水就凝固了脱碳就没法继续进行。

而转炉炼钢的原理，一是铁水的温度是有要求的，中国传统高炉的出铁温度未必能满足这个要求，其次转炉是靠氧气和铁水里的杂质发生反应才能冶炼，这就要求必须鼓风，而天工开物里面可半个字也没提鼓风。最后就是那个柳枝，弄根碳棒搅拌铁水说这是脱碳，这种脑补让人无话可说，欧洲人可是用钢棒的。

总的来说，明朝中国手工业确实有不少奇思妙想，在很多方面也确实领先欧洲，但在冶金方面，中国确实是落后的，这主要就表现在武器方面，其原因大概和中国儒教思想拼命压制军人有关。想想都让人可笑，大萌朝的武器装备水平还不如野猪皮，这种事情居然还真的发生了。

liutom2 于 2015-6-26 21:51:05 发表了：

深潜者发表于 2015-6-26 21:36

嗯，刚才不知道怎么回事脑补的是所谓的连续炒铁法，然后觉得直接用热生铁水就可以省外热了。

炒铁炉貌似 …

炒铁炉应该是反射炉型的，燃料和生铁熔池不直接接触，因此燃料有一定的选择余地，我认为木炭和焦炭都应该能用，因为这两种燃烧温度都更高一些，木炭当然更好，不过确实很难满足持续供应问题。

深潜者于 2015-6-26 22:02:45 发表了：

liutom2 发表于 2015-6-26 21:51

炒铁炉应该是反射炉型的，燃料和生铁熔池不直接接触，因此燃料有一定的选择余地，我认为木炭和焦炭都应该 …

貌似熟铁精炼炉必须用木炭，或至少第二次精炼必须用木炭。全用焦炭的话，就算不直接接触，也会导致铁中含硫量剧增。

liutom2 于 2015-6-26 23:17:05 发表了：

深潜者发表于 2015-6-26 22:02

貌似熟铁精炼炉必须用木炭，或至少第二次精炼必须用木炭。全用焦炭的话，就算不直接接触，也会导致铁中含 …

没查过，反正在使用普德林搅拌炉的时代，似乎也没法检测这些杂质的含量，不过普德林搅拌炉出来的熟铁被认为质量不够好，当然并不影响用这个生产了很多很多的铁轨。

深潜者于 2015-6-27 12:06:09 发表了：

liutom2 发表于 2015-6-26 23:17

没查过，反正在使用普德林搅拌炉的时代，似乎也没法检测这些杂质的含量，不过普德林搅拌炉出来的熟铁被认 …

杂质含量可以用“力学性能检验”吧？

liutom2 于 2015-6-27 12:57:44 发表了：

深潜者发表于 2015-6-27 12:06

杂质含量可以用“力学性能检验”吧？

这只能检验钢材性能，但不能分析钢材成分，也就是说，生产出来的钢材只能分级使用，但能生产出什么性能的钢材是完全没保证的了。

深潜者于 2015-6-27 13:01:43 发表了：

本帖最后由深潜者于 2015-6-27 13:03 编辑

liutom2 发表于 2015-6-27 12:57

这只能检验钢材性能，但不能分析钢材成分，也就是说，生产出来的钢材只能分级使用，但能生产出什么性能的 …

话说就算能定量分析，但只要不是在线的，也很难保证产出质量吧？因为非在线分析只能用于成品。

在线的定性分析似乎更重要吧？比如根据料色估计炉温、根据熔渣流动性估计炉渣碱度啥的。

liutom2 于 2015-6-27 13:09:31 发表了：

深潜者发表于 2015-6-27 13:01

话说就算能定量分析，但只要不是在线的，也很难保证产出质量吧？因为非在线分析只能用于成品。

在线的定 …

现代钢铁工业都是从原料成分就开始分析呀，炉料入炉前都有化验的，而且一次性量很大，因此铁水的稳定性是比较高的。如果是平炉炼钢的话，一炉要若干个小时呀，到快结束的时候可以化验，然后根据结果再调整一下，所以以前平炉钢的质量比转炉钢要好呀，现代用了纯氧后这质量才上来的。

明代那种小高炉，出一次铁水才几百斤，那杂质水平波动就大了去了。

深潜者于 2015-6-27 13:12:42 发表了：

本帖最后由深潜者于 2015-6-27 13:21 编辑

liutom2 发表于 2015-6-27 13:09

现代钢铁工业都是从原料成分就开始分析呀，炉料入炉前都有化验的，而且一次性量很大，因此铁水的稳定性是 …

前面说的不是明朝技术水平嘛？

明朝高炉铁水质量波动大无所谓的，反正对性能有要求的场合用的一般都是生铁块重熔铁水。

钢铁成品成分分析貌似可以用酸溶解研究残留物，18世纪下半叶有人这么做了。17世纪下半叶有人用显微镜看金属抛光面了。

liutom2 于 2015-6-27 13:29:38 发表了：

深潜者发表于 2015-6-27 13:12

前面说的不是明朝技术水平嘛？

明朝高炉铁水质量波动大无所谓的，反正对性能有要求的场合用的一般都是生 …

就是这意思呀，明代的钢铁质量波动太大，所以看看有没有什么比较简易的办法来分析分析主要杂质成分。

实在不行，还可以弄个大型平炉，因为炉容大，一次可以化比较多的铁水，就可以慢慢造渣来去除各种杂质了，就是碳含量不是很好控制，所以需要检测一下。

深潜者于 2015-6-27 13:37:39 发表了：

本帖最后由深潜者于 2015-6-27 13:40 编辑

liutom2 发表于 2015-6-27 13:29

就是这意思呀，明代的钢铁质量波动太大，所以看看有没有什么比较简易的办法来分析分析主要杂质成分。

实 …

你是要分析产出铁的成分吗？产出铁的话直接测性能分级使用就行了吧？

还是说测的是生铁块的成分，而后还要拿去炼钢、炼熟铁？

大型平炉是什么意思？明朝哪能搞定这个？明朝最多也就能搞出带简易蓄热室的坩埚钢炉吗？

liutom2 于 2015-6-27 14:16:59 发表了：

深潜者发表于 2015-6-27 13:37

你是要分析产出铁的成分吗？产出铁的话直接测性能分级使用就行了吧？

还是说测的是生铁块的成分，而后还 …

所谓“大型”平炉，那是跟明朝使用的小型炒铁炉对比呀，一次熔一吨的铁水在当时应该算量很大了，就是半吨也相当多了。

平炉主要是耐火砖和蓄热，这两个在原理上问题并不是很难呀，无非是效率问题，现代平炉可能12小时一炉，我2-3天一炉也很满意了。

检测的目的当然是要生产出满足需要的钢材，比如说含碳量较低的低碳钢用来锻造产品，含碳量较高的高碳钢用来制作工具。

xq77109 于 2015-6-27 16:14:59 发表了：

我记得正文出现过一次自主研发的光谱分析的啊。

lzy0702 于 2015-6-27 16:26:01 发表了：

xq77109 发表于 2015-6-27 03:14

我记得正文出现过一次自主研发的光谱分析的啊。

火焰法对非金属元素基本无效，基本激发不了任何感兴趣的元素

xq77109 于 2015-6-27 16:27:05 发表了：

lzy0702 发表于 2015-6-27 16:26

火焰法对非金属元素基本无效，基本激发不了任何感兴趣的元素

原来如此。对这个不熟悉啊

lzy0702 于 2015-6-27 16:37:08 发表了：

xq77109 发表于 2015-6-27 03:27

原来如此。对这个不熟悉啊

想玩原子光谱难度极高，要有可靠的光谱纯试剂和性能长期一致的摄谱用胶片。

在等离子体光谱仪出现前，地矿冶金行业一直使用电火花和电弧法来测量，里面还涉及到制备电极之类的麻烦活。制样做不好根本没复现性，需要用很久来培养技术，建立方法。

深潜者于 2015-6-27 18:10:42 发表了：

liutom2 发表于 2015-6-27 14:16

所谓“大型”平炉，那是跟明朝使用的小型炒铁炉对比呀，一次熔一吨的铁水在当时应该算量很大了，就是半吨 …

平炉成品含碳量靠经验就能控制吧？比如靠钢水在氧化过程中的粘稠度啥的。

平炉冶炼中钢一直是液体均质的，不像搅拌法的熟铁团难以控制含碳量。

就算要在线取样，也不是非测成分不可呀！

liutom2 于 2015-6-27 22:21:37 发表了：

深潜者发表于 2015-6-27 18:10

平炉成品含碳量靠经验就能控制吧？比如靠钢水在氧化过程中的粘稠度啥的。

平炉冶炼中钢一直是液体均质的 …

平炉发展出来的时候应该已经可以简单分析钢铁成分了吧？不知道当时是怎么实现的，反正现代方法是先进太多了，但肯定有个发展过程呀。

深潜者于 2015-6-27 22:36:25 发表了：

本帖最后由深潜者于 2015-6-27 22:42 编辑

liutom2 发表于 2015-6-27 22:21

平炉发展出来的时候应该已经可以简单分析钢铁成分了吧？不知道当时是怎么实现的，反正现代方法是先进太多 …

1850~1880年改进式搅拌法炼钢的时候全凭经验出中、高碳钢（含碳量最多0.9%），貌似不会在线取样检测，应该是凭经验看炉料看出来的，每炉成品间含碳量不稳定，事后测试分级。

lzy0702 于 2015-6-27 22:40:52 发表了：

碳含量可以考虑参考GB/T 223.1，用碱石棉吸收法

liutom2 于 2015-6-28 07:21:28 发表了：

lzy0702 发表于 2015-6-27 22:40

碳含量可以考虑参考GB/T 223.1，用碱石棉吸收法

这个得用纯氧吧？

liutom2 于 2015-6-28 07:33:23 发表了：

深潜者发表于 2015-6-27 22:36

1850~1880年改进式搅拌法炼钢的时候全凭经验出中、高碳钢（含碳量最多0.9%），貌似不会在线取样检测，应 …

西门子马丁炉1864年就有了呀，难道这个时期也仍然是撞大运出钢的？按说平炉的炉料量大，冶炼时间长，应该是可以控制出钢的成分了。

深潜者于 2015-6-28 07:44:36 发表了：

liutom2 发表于 2015-6-28 07:21

这个得用纯氧吧？

用脱CO2空气大概也可以吧？

liutom2 于 2015-6-28 08:00:17 发表了：

深潜者发表于 2015-6-28 07:44

用脱CO2空气大概也可以吧？

这跟用纯氧的技术水平也差不多吧？

深潜者于 2015-6-28 08:04:36 发表了：

liutom2 发表于 2015-6-28 08:00

这跟用纯氧的技术水平也差不多吧？

怎么可能？用让空气通过碱石灰不就变成无CO2空气了？

liutom2 于 2015-6-28 08:38:23 发表了：

深潜者发表于 2015-6-28 08:04

怎么可能？用让空气通过碱石灰不就变成无CO2空气了？

不能保证没有残留吧？这可是直接往里加碳了

liutom2 于 2015-6-28 08:39:06 发表了：

深潜者发表于 2015-6-28 08:04

怎么可能？用让空气通过碱石灰不就变成无CO2空气了？

另外空气里还应该有氢气，这也应该去除的呀

深潜者于 2015-6-28 08:43:11 发表了：

liutom2 发表于 2015-6-28 08:38

不能保证没有残留吧？这可是直接往里加碳了

为什么保证不了？如果说前面的碱石灰不能将CO2完全吸收的话，后面的碱石棉也不能呀！

而且残留本来就非常非常少，可以忽略或修正的。

深潜者于 2015-6-28 08:47:46 发表了：

liutom2 发表于 2015-6-28 08:39

另外空气里还应该有氢气，这也应该去除的呀

空气中氢气含量极低,几乎只有0.5ppm(即二百万分之一),而且大多数集中在大气层的顶层

liutom2 于 2015-6-28 09:19:33 发表了：

深潜者发表于 2015-6-28 08:43

为什么保证不了？如果说前面的碱石灰不能将CO2完全吸收的话，后面的碱石棉也不能呀！

而且残留本来就非 …

可是后面的加热环节也不好弄呀，现代可是用电炉在封闭环境加热的

深潜者于 2015-6-28 09:25:21 发表了：

本帖最后由深潜者于 2015-6-28 09:27 编辑

liutom2 发表于 2015-6-28 09:19

可是后面的加热环节也不好弄呀，现代可是用电炉在封闭环境加热的

理论上可以用火焰外热反应管。

当然以当时的技术条件看，这种根本不靠谱。当时应该做不好高温密封吧？

lzy0702 于 2015-6-28 09:54:02 发表了：

本帖最后由 lzy0702 于 2015-6-27 20:55 编辑

liutom2 发表于 2015-6-27 18:21

这个得用纯氧吧？

目测用脱除了二氧化碳的空气也能做，可能需要的时间会长。用石灰乳脱除二氧化碳可以做到非常彻底，然后再用生石灰干燥

深潜者于 2015-6-28 09:56:39 发表了：

lzy0702 发表于 2015-6-28 09:54

目测用脱除了二氧化碳的空气也能做，可能需要的时间会长

这个的关键时设备根本满足不了吧？当时哪能生产出密封如此好、还能抗热应力等的复杂管罐装置了？

走酸溶解方案是不是能好些？

lzy0702 于 2015-6-28 10:06:12 发表了：

深潜者发表于 2015-6-27 20:56

这个的关键时设备根本满足不了吧？当时哪能生产出密封如此好、还能抗热应力等的复杂管罐装置了？

走酸溶 …

用高硼硅玻璃管？不要用火焰直接加热局部，让高温烟气从最中心需要加热的点向上下游两侧延伸，减少温度梯度，应该可以不炸吧。