古代的熟铁到底是什么?灌钢一定就是在渗碳吗?

北朝旧贴 | 深潜者 | 8/15/2020 | 共 11123 字 | 编辑本页

深潜者 于 2015-10-10 20:13:41 发表了:

北朝众的观点似乎认为熟铁类似于现代的低碳钢,含碳量约为 0.02~0.25%。也因此认为灌钢是以生铁为渗碳剂的渗碳钢。

但根据《103-112 关于灌钢的几个问题》中的说法:古人没有含碳量的概念,对于钢和铁的区分是根据力学性能来的。如果某些铁合金夹杂较多(古代炒铁、炼钢是在固态、半固态下进行的,渣铁分离困难),即使含碳量足够也达不到钢的性能,它们也被古人称之为熟铁、柔铁。

1938 年周志宏先生调查重庆某苏钢作坊时发现:其所用熟铁原料含碳量 0.92%,成品钢的含碳量也是 0.92%,只是 Si、Mn、P、S 等杂质的含量大幅降低了。这么看,灌钢其实只是除渣和调整含碳量而已,并不能完全说成是以生铁为渗碳剂的渗碳钢。


dengjianyyy 于 2015-10-10 20:39:55 发表了:

《中国古代炼钢技术初论》中认为古代熟铁是可锻铁的统称。古代可以通过“炒钢”的方法获得现代意义上的熟铁(1958 年河南珙县生沟发现汉代炒钢炉中有含碳量 0.048%铁块)。


深潜者 于 2015-10-10 20:44:20 发表了:

dengjianyyy 发表于 2015-10-10 20:39

《中国古代炼钢技术初论》中认为古代熟铁是可锻铁的统称。古代可以通过“炒钢”的方法获得现代意义上的熟铁 ...

你这里也说的是“可以”而非一定呀!炒铁当然能获得低碳的类似现代一样上的工业纯铁。但炒出来的熟铁并不都是低碳的。也存在含碳量较高、但又不是钢的熟铁。而且灌钢用的熟铁含碳量似乎并不是很低。


dengjianyyy 于 2015-10-10 20:58:34 发表了:

深潜者 发表于 2015-10-10 20:44

你这里也说的是“可以”而非一定呀!炒铁当然能获得低碳的类似现代一样上的工业纯铁。但炒出来的熟铁并不 ...

灌钢是将生铁水浇铸在“熟铁”上,可锻铁的含碳量肯定比生铁低,那么这个过程前阶段肯定会发生渗碳。至于最后产品的含碳量是不是一定比“熟铁”原料高这就说不好了,如果氧化气氛高,那么成品的含碳量也可能比“熟铁”原料低。这种情况下的灌钢,类似于炒钢。


深潜者 于 2015-10-10 21:03:41 发表了:

dengjianyyy 发表于 2015-10-10 20:58

灌钢是将生铁水浇铸在“熟铁”上,可锻铁的含碳量肯定比生铁低,那么这个过程前阶段肯定会发生渗碳。至于 ...

因此不能简单的将灌钢理解为以生铁为渗碳剂的渗碳钢呀!另外滴淋进去的生铁水也与熟铁中的渣反应,里面多余的碳未必就是“大量”渗到熟铁中。归根结底,这主要还是调整成分,而非大规模增碳。


petrus 于 2015-10-10 21:13:59 发表了:

古人确实没有碳含量检测的办法,所以也确实就是以硬度,可否锻打,可否用化铁炉熔化来划分是否生熟铁的。这本身就不是个量化的东西,是非常经验主义和感性的。比如说宋代以后的炒铁法,是把生铁水放入炒铁池,然后用柳木棒持续搅动,让内部碳与氧气燃烧减少的方法得到钢和熟铁,但是这种方法仅从描述看就知道绝对不可能有多精密,古人的办法是我既然没法控制品质,就干脆炒到底,炒到熔化的铁水粘稠搅不动的时候,就宣称这里面全是熟铁。但是要现代人看,这里面显然混杂了大量的钢成分。更别说炒铁炉底部一般还留有一个坑,这里面是搅动的底部那一部分生铁,减少了一定的碳,因为搅动而杂质较少,被称作坠子钢。但是实际上成分上在现在看也还是生铁范畴。所以至少到明代很多人都认为锻打出来的才是钢,灌钢法或者炒钢出来的钢都是所谓假钢,我觉得这有一定的道理,因为锻打可以通过看煅烧火候和锻打感觉表面形态,一定经验程度上的确定是某种钢,但是灌钢法和炒钢法,从原料上就没法保证纯净,出来的东西在现在看来显然生铁熟铁钢成分都有,说是假钢也一点不为过。


深潜者 于 2015-10-10 21:24:04 发表了:

本帖最后由 深潜者 于 2015-10-10 21:27 编辑

petrus 发表于 2015-10-10 21:13

古人确实没有碳含量检测的办法,所以也确实就是以硬度,可否锻打,可否用化铁炉熔化来划分是否生熟铁的。这 ...

你说的那种炒铁法一般认为是该书作者误解。从正常逻辑上说,不在炉子里怎么炒?还没等搅多少下就会凝固的。熟铁精炼炉可都是有加热的。想要不靠加热的话,就得像转炉一样,几分钟搞定。

另外炒铁不是生铁水黏稠到搅不动,而是要把里面的铁团子拿出来。

至于真假钢的问题,炒钢、灌钢出来的还不是成品呀!同样得锻打。折叠锻打完就基本上均质了(当然均质度比铸钢差远了)。


liutom2 于 2015-10-11 13:15:14 发表了:

哎,我觉得国内的科普教育和历史真的是太糟糕了。

中国古代自己发展的冶铁业和现代工业完全不是一码事,所以有人动不动就套用现代冶金定义来讨论明代的冶铁工艺和水平完全就是扯淡,完全挨不上的呀。

必须说明,中国是先有熟铁的,熟铁工艺的来历无法考证,因为年代太久远了,但全世界早期的熟铁冶炼方法都一样,就是所谓块炼铁,铁矿石在块炼炉中较低的温度下和加进炉内的木炭发生反应,铁矿石主要成分中的氧化铁脱氧,剩下的就是铁元素了,但这种方法达不到铁的熔点,所以最后得到的是一团浆糊一样的带有很多杂质成分的多孔铁块甚至就是一堆碎铁渣滓。块炼铁脱碳比较好,一般含碳量都很低,通常都少于 0.1%,和现代意义上的熟铁还真是比较接近的,但其里面掺杂的杂质非常非常多。为了挤出杂质,块炼铁就必须反复加热变软后捶打,好把杂质从铁块中挤出来。这样最终得到的就是纯度比较高的含碳量极低的铁块了,问题是这样的铁根本没法用,因为太软了,做的工具根本没法用。后来发现在锻打的过程中可以给铁渗碳,一边锻打一边渗碳,这样铁的含碳量就逐渐提高了,含碳量提高,硬度也就高了,于是做工具就好用了。由此发展出了所谓百炼钢工艺,所谓百炼钢,就是块炼铁反复锻打渗碳,逐步增加含碳量的同时减少杂质。不过呢,铁加热锻打本身会造成碳的损失,因此百炼钢工艺对操作的要求是很高的,你来回打的次数太多,渗的碳可能又没了,因此这门技术不是什么人都能掌握的,或者说从来没被掌握过,因为原理根本就没人弄清楚。

块炼铁和百炼钢的难度和需要的人工太高了,我们的祖先实在接受不了,于是我们发展出了高炉生铁工艺,这方面我们在科技史上是值得自豪的,因为其他国家又用了很多年的块炼铁工艺。我们的高炉因为炉温高,因此可以冶炼出液态的铁水,而液态的铁水可以浇铸,这样一来,只要制作好模具,就可以用铁水直接浇铸出工具来了,效率是大大的提高。可高炉炼铁也是有缺陷的,因为高炉炉温较高,在融化铁元素的同时,高炉里的碳也渗到铁里去了,因此高炉生铁的含碳量很高,通常在 4%,这种铁硬而脆,如果不浇铸器具,用锤子锻打的话会碎掉。也就是生铁是不能锻打的。

基本上中国的所谓生铁和熟铁,其实是以能不能锻打来划分的,很多人认为,这其实和现代生熟铁对应的也差不多呀?其实是有区别的,因为古代生铁涵盖的范围比现代生铁的范围要更大一些,其主要原因是现代冶金业要么生产铸铁,要么就去炼钢炉直接炼成钢了,而铸铁到钢中间这一段,现代基本上是不生产的。至于熟铁,那差距就更大了,现代的熟铁范畴很窄,而古代的所谓熟铁是包括了现代钢的全部和熟铁以及一部分比现代钢含碳量更高一些但能锻打的碳铁合金。


liutom2 于 2015-10-11 13:40:10 发表了:

实际上中国在生铁这方面其实是走在世界前列的,不过随后的文化自我阉割过程中中国的科技发展就彻底中断了,于是中国的冶金技术停滞不前甚至倒退。

高炉生铁技术线路其实是正确的,因为现代也是这么做的,只不过现代会把高炉生铁用炼钢炉进行脱碳,从而得到需要的含碳量的钢,而古代中国人从来没弄明白过含碳量,因此只能根据经验以及各种迹象来发展各种工艺,其中最重要的一项就是所谓“炒钢”。

必须说明的是所谓“炒钢”根本就是一场骗局,在中国的历史书上从来就没有过这么不要脸的名字,这项工艺从发明那天一直到民国时期都叫“炒铁”,是民国时期某位“科学家”发明的“炒钢”这个词。这简直就是科技史上的耻辱,因为这个词根本就混淆了炒铁工艺的本质。

更严格的说的话,所谓炒铁工艺就完全等同于西方的搅拌法炼铁,西方人可没不要脸的说自己是搅拌法炼钢,因为用这工艺的时候根本不能保证炼出来的是钢,这工艺能生产出来的是所谓“锻铁”,而锻铁和中国历史上的熟铁是一个意思,可以锻打的铁。

具体说起来,炒铁---搅拌法工艺的本质都一样,在一个加热炉里加热打碎的生铁块,随着温度升高到生铁的熔点,生铁会融化,这个时候用一根钢棒搅拌生铁液,生铁里的碳就会和空气里的氧气反应而逐渐脱碳。西方的终极搅拌法“普德林法”中还会在炉子的底部和炉壁放上一层铁矿石,而铁矿石的主要成分是氧化铁,于是铁矿石里的氧也可以和生铁里的碳发生反应,生铁脱碳的同时铁矿石脱氧变成铁,效率又提高了。

中国历史上从来没发展出普德林法这样的最科学的搅拌法,而这种最科学的搅拌法也不能保证生产出钢来,原因很简单,没法控制碳含量。铁碳合金的熔点随着含碳量的下降而升高,也就是含碳量越低,就越容易融化,因此搅拌法在生产过程中随着搅拌,铁水逐渐脱碳而熔点升高,到接近炉温的时候铁就会逐渐凝固,这个时候就不能再搅拌了,只能把凝固的铁取出来,因此搅拌法的炉温直接影响产品的含碳量,而当时检测不了炉温,自然也谈不上控制,生产出来的熟铁的碳含量会在一定范围内波动。当然,如果你一定要说的话,确实有很大可能是覆盖在现代钢的含碳量范围内的,不过据说,只是据说,通常情况下得到的熟铁的含碳量都比较低,因为工人都是拼命搅和到搅和不动了为止。


Scat 于 2015-10-12 09:22:55 发表了:

古代文献记载的工艺通常不能代表当时的最高水平,由于很少有铁匠自己写的,文科生从旁观察再加一些脑补,最严肃的记录也就是官方质量验收方面的文献。考古发展中经常有少量性能很高的铁金属材料,当然确实不多,比如战国的球铁就没几件,大马士革钢什么的已经是大路货了


深潜者 于 2015-10-12 12:30:39 发表了:

Scat 发表于 2015-10-12 09:22

古代文献记载的工艺通常不能代表当时的最高水平,由于很少有铁匠自己写的,文科生从旁观察再加一些脑补,最 ...

这里其实是根据 20 世纪上半叶的那些传统工艺来推测古代是什么样。


深潜者 于 2015-10-12 12:37:11 发表了:

liutom2 发表于 2015-10-11 13:40

实际上中国在生铁这方面其实是走在世界前列的,不过随后的文化自我阉割过程中中国的科技发展就彻底中断了, ...

这里讨论的问题是:苏钢、灌钢用的“熟铁”就是炒铁生产的一般熟铁(对熟铁原料的含碳量无要求),还是要从炒铁熟铁中挑拣出含碳量较高的那种。因为从 1936 年的调查中发现苏钢熟铁原料的含碳量高达 0.92%。调查者测量过该作坊内很多块原料,应该不是偶然现象。如果对熟铁原料的含碳量没要求的话,不应该会有那么多含碳量较高的熟铁原料。


liutom2 于 2015-10-12 17:25:37 发表了:

深潜者 发表于 2015-10-12 12:37

这里讨论的问题是:苏钢、灌钢用的“熟铁”就是炒铁生产的一般熟铁(对熟铁原料的含碳量无要求),还是要 ...

哎,这问题就复杂了,我还是接着往下讲吧,当然我这属于业余选手,不过是从专业书里翻了翻然后加上点自己的理解罢了,专业书也得给自己人留点面子不是?咱就不用留了。


liutom2 于 2015-10-12 19:10:00 发表了:

下面我接着说炒铁,前面说了最科学的炒铁--搅拌法炼铁,也就是普德林法,现实是我国历史上应该没发展出这种工艺,起码是没有这么科学的工艺,当然还有可能是发展出来了,然后发明人被我们伟大的文科生迫害致死,工艺也就失传了,直到我们能挖出这种类型的搅拌炉遗址之前,我们是没办法理直气壮地的说我们有这种工艺。

那么中国的传统炒铁工艺有具体记载吗?很可惜,没有什么详细的记载了,伟大的文科生把这些都归为最低贱最下流的行当,于是干这个都是不识字的屁民,文科生更是不屑于记载这种不入流的下作龌龊玩意儿,于是在中国历史上能找到的这方面资料少之又少,而且几乎都没配图,因此最靠谱的证据就剩下了考古。有人会说,近代有若干的记载呀?最近的也是民国时期了,那是因为挨了洋人一顿胖揍之后终于明白这些下作玩意儿还有点用处,于是一些末流文人多少做了一些研究,留下了一些记载。可惜的是,这时期已经有大量的国外技术涌入中国,很多工艺说不清到底是传统工艺还是被现代工艺改进过的传统工艺了。至于建国后五十年代开始为了重拾中国人的自尊心进行的若干有明显倾向性的研究结果,我们还是不要说了吧。

根据考古,中国传统的炒铁炉大概是把打碎的生铁放入炉中加热,炉子有可以开启的口,可以观察、搅拌,大概最后凝固态的熟铁也得从这个口子取出。其后应该又发展出了反射炉,优点是燃料不和铁直接接触,避免了燃料里的有害杂质大量融入铁水中。不过中国的炒铁工艺中一直有个极为重大的缺陷,那就是喜欢往炉子里扔木材,从天工开物里的柳枝搅拌铁水,到建国后对传统炒铁工艺的考察中都发现这些现象。也就是在脱碳的过程中往里扔碳,这实际上减缓了脱碳的速度,同时造成铁水里的含碳量不均匀,用这种工艺生产出来的所谓熟铁是不如普德林法的,当然了,普德林法那产品的水平也高的有限。

既然不论东方还是西方工艺生产出来的熟铁水平都很差,那怎么才能得到能用的铁呢?还是用老办法,锻打,把生产出来的成分不均匀,含有杂质的熟铁加热后锻打,其实这又回到块炼铁工艺上去了,只不过用高炉---炒铁工艺可以生产数量很大的熟铁,而且如果需要的器具是可以铸造的话,那就不用再经过炒铁工艺了。

我们前面已经知道,反复加热锻打后的熟铁确实杂质减少,成分均匀了,不过那本来就不多的含碳量也更低了,因此这种工艺最终获得的熟铁几乎一定是含碳量很低的低碳钢,含碳量往往是低于 1%的,在考古中发现的很大一部分都低于 0.5%。


深潜者 于 2015-10-12 19:33:30 发表了:

本帖最后由 深潜者 于 2015-10-12 19:35 编辑

liutom2 发表于 2015-10-12 19:10

下面我接着说炒铁,前面说了最科学的炒铁--搅拌法炼铁,也就是普德林法,现实是我国历史上应该没发展出这种 ...

话说有很大一部分产品含碳量能超过 0.5%其实已经挺好了。好些苏钢的含碳量还没 0.5%呢!

其实外国玩搅拌法时也会用木炭覆盖生铁水。发明转炉的那位就是发现生铁水中没有被木炭覆盖的那部分在吹空气时温度反而升高,进而才发现直接吹空气就能冶炼。

普德林法的伟大创新貌似在于使用含氧化铁的炉底衬,让氧化铁与生铁水中的碳反应生成用来鼓泡的 CO。


liutom2 于 2015-10-12 20:07:35 发表了:

深潜者 发表于 2015-10-12 19:33

话说有很大一部分产品含碳量能超过 0.5%其实已经挺好了。好些苏钢的含碳量还没 0.5%呢!

其实外国玩搅拌法时 ...

反正我看到的普德林工艺里一个字都没提往熔池里扔木炭,别说木炭了,任何燃料都不和熔池接触,熔池里只有外围的一圈铁矿石和里面的生铁。

普德林法最伟大的不止是用铁矿石来提高速度,它的设计更合理,因而产量很高,一个普德林炉 12 小时就能生产 1.5 吨的熟铁,只需要几个工人。当然,据说工作条件极其恶劣,用钢棒搅拌熔池的工人极其短寿,几乎活不过 30。


深潜者 于 2015-10-13 12:08:45 发表了:

liutom2 发表于 2015-10-12 20:07

反正我看到的普德林工艺里一个字都没提往熔池里扔木炭,别说木炭了,任何燃料都不和熔池接触,熔池里只有 ...

见《技术史 5》P35 第三章 钢铁工业 3.1 贝塞麦转炉。

“凯利发现精炼炉中一些没有被木炭覆盖的熔铁在被空气喷射到时,温度比覆盖木炭的铁水高得多。


枪战南京孔二姐 于 2015-10-13 13:13:08 发表了:

其实我有个想法

记载下来的工艺其实未必有多大代表性

很多时候各家都有各自的绝活吧


liutom2 于 2015-10-13 18:37:41 发表了:

通过前面的介绍,我们已经知道,不管东方还是西方,其实生产出来的东西水平都不怎么样,西方在很长时间都是块炼铁然后再渗碳的工艺,这种做法在当时的技术条件下可以获得比较好的品质,因为块炼铁里不容易渗入硫、磷等有害物质,因而获得的熟铁里的有害物质较少,只要通过锻打--渗碳工艺就能获得希望含碳量的低碳钢(当然含碳量也十分有限)。而东方的高炉--炒铁工艺由于后来使用煤作为高炉燃料,因而生产出的生铁很可能含有较多的硫、磷等有害元素,当时不明白原因,但明朝的时候已经很明确的知道,闽铁因为使用木炭因而质量较好,也就是说其实已经知道是燃料的原因影响的生铁质量,但更进一步的研究一群饭都吃不饱的工匠是不可能完成的。由此中国拥有了两种产品,分别是含碳量很低的熟铁和含碳量很高的铸造生铁,中国的工匠尽管吃不饱饭,但仍然不缺乏聪明才智,并在这种恶劣的条件下发现,想办法把生铁和熟铁混合到一块,就能得到性能更好的产品----钢。由此中国人发明了多种混合生铁和熟铁的工艺,不管叫什么名字,他们的本质都一样,想办法把生铁和熟铁混合到一块,从而得到一块含碳量更合适的低碳钢。

其中最主要的一种就是“灌钢”

这是一种真正的炼钢工艺,如果能比较精确的了解使用的生铁和熟铁的碳含量,那确实是可以获得比较准确的含碳量的低碳钢,可惜的很,只能靠经验,因此灌钢产品的质量也是十分稀松的,不过有一点好处,那就是如果碳渗少了,还可以继续用灌钢工艺接着来,直到觉得合适了为止,因此这种工艺在经验丰富的师傅手里还是管用的,至于广大穿越者们,那是绝不可能掌握的,除非你看一眼就能知道含碳量。

此外,灌钢工艺获得的产品的质量也是十分不均匀的,这是因为灌钢工艺的关键在于将放在熟铁上的生铁融化,并使其与熟铁融合,因而提高熟铁的含碳量。或者说,灌钢工艺是一种更快速对熟铁渗碳的工艺。问题在于,这种渗碳是不均匀的,因此最终还得对灌钢后的产品进行若干次加热锻打,而这个过程中又会造成一定的脱碳,因而灌钢工艺尽管已经是种进步,但仍然是不完善的。当然,在不能获得液态钢的时代,这办法也算是登峰造极了,总比百炼钢那种反复锻打渗碳要快的多的多了。

苏钢工艺也是被提的比较多的灌钢工艺的一种,问题在于,我仔细查找了关于苏钢工艺的说法,来自《中国早期钢铁冶炼技术上创造性的成就》,作者是周志宏院士,可惜的很,发表时间是 1955 年,我想大家应该还记得我前面说过什么吧?当然,周院士那篇文章还是相对科学的,起码把数据照片都放上来,有空的同学们可以好好看看,是不是某些人用几句话解释的那样,这是种可以降低杂质含量的工艺?这篇文章里可列的清清楚楚呢。http://www.doc88.com/p-3197189711728.html

我们如果仔细看看这篇文章,就会发现,周院士这篇文章里详细讲解了当时这个厂的工艺。

1.炒铁炉,将含碳 3.05%的生铁炒成碎片状的料铁

2.料铁的含碳量在 0.92%,抹钢过程中把生铁加热后,让生铁以滴状落到料铁上,获得团钢

3.将团钢加热后锻打成条状,并投入水中淬火

最终的产品的硫、磷、硅含量确实比较低,问题在于,我们看看生铁和料铁的成分,发现什么了吗?实际上在炒铁这个过程中,生铁中的硫、磷、硅就已经大幅度下降了,在最后的擦钢过程中磷含量反而上升了,显然,擦钢这个过程实际上对钢的成分影响十分有限,磷、硫成分的下降都是由于加热锻打,实际上由于加热锻打,这个灌钢过程中应该增加的碳都下降了。

那么苏钢的意义在哪儿呢?由于持续的加热锻打,一方面杂质确实被挤出去了,可同时碳也迅速的损失了,苏钢工艺里的擦钢这部分,实际上是补充了因为锻打损失的碳而已,有了增加的这部分碳,于是就可以接着锻打了。但不管怎么说,苏钢工艺中的炒铁炉才是关键,这部分才真正控制了钢的碳含量。


深潜者 于 2015-10-13 18:48:12 发表了:

liutom2 发表于 2015-10-13 18:37

通过前面的介绍,我们已经知道,不管东方还是西方,其实生产出来的东西水平都不怎么样,西方在很长时间都是 ...

根据此文可以发现一个关键:苏钢用的原料熟铁含碳量高达 0.92%,从含碳量看其实已经可以算是钢了。苏钢工艺只是调整成分+除渣,至于渗碳,并不算主要的大头(渗碳只是补偿后续工艺的脱碳而已)。也就是说苏钢用的原料并非想象的低碳熟铁(这是炒铁生产的主要产品),它需要靠炒铁来提供高碳熟铁。这么看,灌钢、苏钢工艺是因为炒铁提供的高碳熟铁品质不佳,无法作为钢用而需要的步骤。如果能像后来的转炉工艺一样全液态生产的话,就能直接提供品质较佳的钢,无需再精炼。


Scat 于 2015-10-14 10:52:17 发表了:

是不是可以这么理解,由于块炼铁无法铸造,因而发展出锻打工艺,在实践中人们发展打的多性能会变好,至于为什么大概是排除了某些不良成分,这应该是能观察到的。在出现高炉生铁之后,有人脑洞决定在液态条件下用类似的方式排除有害渣,于是获得了炒钢炒铁或者搅拌钢搅拌铁,然后如果是在经验主义科学体系下,就会利用混合这种思路进一步改善性能,无非是固-固混合和固液混合。而在西方应该也只不过到了科学萌动的历史阶段,推动工艺进步的主要动力是资本充足,可以在一个技术路线上做更大的器具,更大的器具有更高的效率和更低的成本,推动了对所需要的新原理和新工艺的需求


liutom2 于 2015-10-14 11:48:49 发表了:

深潜者 发表于 2015-10-13 18:48

根据此文可以发现一个关键:苏钢用的原料熟铁含碳量高达 0.92%,从含碳量看其实已经可以算是钢了。苏 ...

你还是没仔细看,其实这个厂子使用的毛铁就是质量极好的铸铁,其各种杂质含量都是比较低的。

而炒铁这个过程实际上才是关键,在这个过程中,磷和硫的含量都有一定的下降,并且在这个过程中碳的损失并不太大,还能剩下 0.9%左右,而中国传统的搅拌法炒铁往往不能获得这么高含碳量的熟铁。

到擦钢结束,十分神奇的是硅含量几乎没下降,反而上升了,而磷和硫又有一定的下降,这说明什么呢?这坨浆糊一样的东西里的成分十分不均匀,某些部分可能杂质很少,另外一部分杂质可能就很多。

到那坨钢团最后被敲成钢条并淬火后,其内部的硅含量神奇的急剧下降,这才是这个记录里最讲不通的东西。

简单的说,通过不断的加热锻打,这块本身杂质就不是很多的铸铁里的杂质被分成三次降低,这是十分传统的加热锻打除杂工艺,从有块炼铁年代就有的。如果一定要说有什么特色的话,那么苏钢炒铁炉炒出的是含碳量很高的熟铁大概是它最后能获得高碳钢的关键,而搅拌法获得的熟铁通常含碳量很低,因此苏钢性能更好就可以理解。

当然,我前面说过中国传统的炒铁工艺会不断的往里扔碳,现在看来这也是能讲的通的,因为加热锻打--搅拌在脱碳的同时也会除杂,当生铁的质量比较差,含有较多的杂质的时候,就需要搅拌更多的时间,但铁水里的碳很可能维持不了这么长时间,于是就通过增加碳的办法来延长搅拌的时间。不过可惜的很,没人明白这个道理,也没人知道到底生铁里含有多少碳和各种杂质,因此实际产品的成分还得看原料生铁的成分和操作人员的具体操作,获得的产品自然也就参差不齐,由于没人懂得除杂的同时也会脱碳,而维持一定的含碳量对钢的性能有益,最终就是使劲敲打,好铁都是打出来的嘛,最后都是杂质比较少的低碳钢,要做中碳或者高碳器具还得用渗碳工艺。


liutom2 于 2015-10-14 11:54:15 发表了:

Scat 发表于 2015-10-14 10:52

是不是可以这么理解,由于块炼铁无法铸造,因而发展出锻打工艺,在实践中人们发展打的多性能会变好,至于为 ...

西方最大的优点是他们没形成统一的帝国,因为战乱不断,为了赢得战争,各方都在军事科技方面进行投入,因而发展出了相应的物理、化学体系。在中国,因为实现了统一的帝国,帝国为了稳固自己的统治故意打压与军事有关的一切,从军事文化到与军事有关的冶金、化学等等都在打击之列,于是在明中期中国在冶金方面就已经大大落后于西方了,最典型的就是明中期开始中国大量引进西方火器以及配套的火器制造技术,本土几乎不再有任何发明出现了。


深潜者 于 2015-10-14 12:33:32 发表了:

Scat 发表于 2015-10-14 10:52

是不是可以这么理解,由于块炼铁无法铸造,因而发展出锻打工艺,在实践中人们发展打的多性能会变好,至于为 ...

炒铁是搅拌而非锻打呀!(锻打的是炒出来的熟铁团)

感觉炒铁法更像是从生铁柔化术演变出来的,只不过生铁柔化术是长期高温退火,而炒铁是更高温加热搅拌。


深潜者 于 2015-10-14 17:58:57 发表了:

liutom2 发表于 2015-10-14 14:59

炒铁的本质其实还是加热锻打,只是因为生铁硬而脆,一敲打就全碎了而已,于是就敲打这堆半融化的碎片直到 ...

炒铁的本质怎么是锻打呢?是在热空气中搅拌生铁水使其脱碳呀!锻打步骤是炒出熟铁团后才做的,主要是除渣。就好比海绵铁冶炼,吹炼炉里生产出的是海绵铁,要趁热拿出来锻打。但你能说冶炼海绵铁的本质是锻打吗?

另外炒铁的液相脱碳步骤应该是无法生产出低碳熟铁的吧?看铁碳相图,1400 摄氏度下铁水中的析出物含碳量也有 1%了。显然炒铁炉中的温度应该不至于超过 1400 摄氏度。这么看,刚炒出来的铁团如果不继续固相脱碳的话,含碳量应该不会低才对。


liutom2 于 2015-10-15 14:04:09 发表了:

深潜者 发表于 2015-10-14 17:58

炒铁的本质怎么是锻打呢?是在热空气中搅拌生铁水使其脱碳呀!锻打步骤是炒出熟铁团后才做的,主要是除渣 ...

老兄,所谓锻打、搅拌,他们的本质都是一样的,即加热后让铁里的其他成分发生氧化,包括碳、硫、磷、硅、锰等,实际上铁本身也会发生氧化。在块炼铁阶段,由于无法使铁内部的杂质氧化,所以只好不停的锻打,使内部的杂质有机会到铁的表面来发生氧化,这就跟揉面是差不多的。到了生铁阶段,是可以加热到融化状态的,于是不需要锻打也能让铁内部的杂质有机会到表面来了,但是,生铁搅拌也不能完全去除杂质和脱碳,所以搅拌法的后半段仍然是需要锻打的,也就是说,搅和不动了,那就只好用锤子揉面了。


深潜者 于 2015-10-15 19:07:00 发表了:

liutom2 发表于 2015-10-15 14:04

老兄,所谓锻打、搅拌,他们的本质都是一样的,即加热后让铁里的其他成分发生氧化,包括碳、硫、磷、硅、 ...

杂质氧化是个什么说法?非氧化态的其他元素都是分散在铁基体里的呀!能锻打出来的杂质主要是夹渣(硅酸盐、氧化铁什么的)。

至于铁基体里的 P、S 光靠锻打、氧化是没用的,得放到碱性熔渣中才能脱掉(温度越高,熔渣需要的碱度越高)。


liutom2 于 2015-10-16 13:43:04 发表了:

深潜者 发表于 2015-10-15 19:07

杂质氧化是个什么说法?非氧化态的其他元素都是分散在铁基体里的呀!能锻打出来的杂质主要是夹渣(硅酸盐 ...

知道硫铁矿里的硫是怎么被分离出来的嘛?这是中国传统工艺。

把硫铁矿堆起来烧,硫铁矿里的硫就会被氧化,生成二氧化硫,在燃烧不完全的情况下还会生成硫蒸汽,把这些气体通过管道排入水中,硫蒸汽就会凝结,最后就收集到了硫。

不止是硫,磷、硅等都是一样的,实际上转炉炼钢也就是让这些杂质氧化而已,只是在转炉里氧化进行的更快更集中就是了。

锻打只是手段,实际上加热才是主要原因,锻打不过是相当于极慢速的搅动铁而已。


深潜者 于 2015-10-16 18:31:48 发表了:

本帖最后由 深潜者 于 2015-10-16 18:37 编辑

liutom2 发表于 2015-10-16 13:43

知道硫铁矿里的硫是怎么被分离出来的嘛?这是中国传统工艺。

把硫铁矿堆起来烧,硫铁矿里的硫就会被氧化 ...

硫铁矿里含硫百分之几十,钢铁里含硫百分之零点几,有你这么比的吗?

贝塞麦一开始的酸性转炉根本无法除 P、S,想除 P、S 得用碱性炉渣(除非是把 C 脱干净,温度也别太高,此时靠 FeO 的碱度也勉强够)。

对海绵铁、炒铁团的锻打主要是为了除去夹渣。因炉子温度不够,炉内金属没什么流动性,无法像后世炼铁、炼钢一样简单的让炉渣浮出来撇去。只好把含着大量夹渣的海绵铁、炒铁团拿出来锻打挤出夹渣。


liutom2 于 2015-10-17 15:26:05 发表了:

深潜者 发表于 2015-10-16 18:31

硫铁矿里含硫百分之几十,钢铁里含硫百分之零点几,有你这么比的吗?

贝塞麦一开始的酸性转炉根本无法除 P ...

好吧,测定钢的含碳量有这么一种方法,将钢材试样充分灼烧,然后收集释放的二氧化碳气体来测算钢材的含碳量。你看,只要有充足的氧和加热足够长时间,你就是不搅拌锻打其实钢也能完全脱碳的。

硫、磷、硅等是一码事,你别老想用转炉炼钢来解释这个,那是最快的方法,并不等于除了最快的方法就没别的方法了。

而且苏钢的那篇论文明确无误的证明,加热锻打才是生铁内的有害杂质下降的主要原因,这个阶段还没进行擦钢呢。

那么为什么苏钢质量更好呢?原因还在那个炒铁炉。

1.苏钢使用的炒铁炉使用的是木炭,这避免了使用焦炭所带来的有害成分,因而苏钢炒铁炉只会使生铁脱碳并降低杂质。

2.苏钢炒铁炉在操作过充中,生铁及炒后碎裂的细碎铁块一直都包覆在木炭或者草木灰中,也就是在炒铁的过程中实际上一直在对其进行渗碳,因而苏钢炒铁炉最后炒出来的是高碳熟铁,我们从成分上来看,除了杂质略多一些,其他的其实和擦钢后的已经很接近了。

3.擦钢实际上是给高碳熟铁补充损失的碳而已,这是因为生铁仍然含有一定的杂质,需要继续加热锻打,但如果不补充碳最终产品的碳就过低了。

由此我们可以知道,只要能恰当的补充碳,实际上只用加热锻打的办法就能把所有的杂质都出掉,传统的炒铁工艺过程中碳损失太多,因而获得的是含碳量很低的低碳钢,而苏钢炒铁工艺获得的其实就是高碳钢了,只是杂质还略微高了一些而已。