第160章 电炉炼钢
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铁器时代是任何文明的发展都绕不过去的坎。为此，孙一特地让王尔牛召集耒耜厅的博士们研讨这个问题。
二十多人聚集在大楸树下的树荫里，围成一个大圈子。不少人胸前都佩戴着锡制的太极阴阳鱼徽章，那是有了铁木官方博士功名的标志。
一个显眼的例外是小石榴，她别说博士，就连口语中的把式称呼都没有，小丫头自己也不知道一哥喊自己来目的是什么。
孙一简单介绍了一下背景：
铁木要想有喷水推进的筏子，最好有铁制的螺丝钉；
要想有铁制的螺丝钉，就得有优质的铁，甚至是钢。
要想有优质铁，又牵扯出两个必要条件：一是优质的铁矿原料，二是能够温度到达1500度的炼铁炉。
中国的铁矿品质普遍低下，为了解决原料问题，孙一提出绕道走：把普通铸铁大规模地电解，得到电解纯铁。
众位博士不约而同地看了小石榴一眼。
小石榴照顾的电解铁规模目前就是一只瓦罐，孙一的目标是成百上千的瓦罐。
电解铁的技术关键是电解溶液，目前铁木采用混合镪水同铁反应就可以得到硫酸铁和氯化铁电解液，而且作废的铁罐电池中的废液正好是就是电解铁的电解液。
理论上电解铁溶液不会随电解过程消耗。在电解罐子中，电解液中的铁离子在电压的作用下不断析出成为纯铁的同时，铁电极会不断地被腐蚀补充电解液中的铁离子。
这个方案唯一的缺点就是需要大量的电力，制造出来的纯铁将十分昂贵。但终归解决了优质原料的有无问题。
电解得到的纯铁是铁粉或小铁片的形状，要把纯铁颗粒变成铁块有两个办法，一是把纯铁加热到1100到1200度左右，在纯铁变红变软时锻打，二是老老实实地把温度升高到纯铁的熔点，即1500度，纯铁融化成铁水在冷却为铁块。
孙一选择第二种方案。
第一种方案纯铁加热到变红变软时锻打，仍然难以保证纯铁不在加热过程中混入木炭或煤炭中的硫磷等矿物质，锻打过程中的纯铁火星子损耗铁木也承担不起。
第二种方案把温度升高到1500度，目前明朝的燃料中，除了把煤炭炼成焦炭别无它法。而铁木目前连煤炭都没有，而且煤炭中的硫磷杂质同样会减低电解纯铁的品质，所以孙一决定不采用明朝的燃料。
孙一的方案是采用电！
电弧的温度可以达到3600摄氏度，纯铁的熔点不过才1500度，铁木的电弧点焊就是利用了这个原理瞬间融化铁和铜。
孙一的方案很简单，以纯铁颗粒为一个电极，以其它材料为另一个电极，当两种电极靠近时产生电弧融化纯铁，整个过程十分干净，不会引入新的杂质。
问题是这么高的温度，用什么来盛纯铁颗粒？
由于纯铁融化吸热，整个过程的温度被固定在1500度。这就好比用炉火融化冰，只要冰没有化完，冰水混合物的温度都会被钳制在冰的熔点，即0度。
金子在1000℃被烧化，石头在1100℃变成石灰，瓷的融化温度在1500℃到1600℃之间，这些材料都不行。
纯净的砂子，即二氧化硅，熔点是2300℃，石墨的熔点是3600℃，只有拿这两种材料作成耐高温的石墨坩埚。
众人的目光齐刷刷地看向几位烧陶的窑把式。
一位窑把式开了口：“石墨这东西倒不难找。刚学会写字的娃娃们拿石墨练字，穷人家的婆姨用石墨画眉毛。除此之外石墨再没有其它用途，煤窑里挖出石墨都是堆在一边。要是到出石墨的地方，不给钱要多少拉多少，煤窑掌柜的还得给咱道谢。咱们可以试着把石墨研成粉和砂子混在一起做成罐子的形状再放到烧陶的窑里烧成形。”
石墨坩埚的一个好处是它的基本成分是碳，在纯铁融化成铁水的过程中会渗入一部分碳，控制纯铁水中的碳含量，可以直接得到钢。
孙一的石墨坩埚电炉方案缺点也是很明显的，一是规模不可能做的很大，二是会消耗大量的电。
为了解决电力的瓶颈，孙一决定对现有的铁罐电池进行升级。
首先是用金属锌电极代替铁罐电池中的铁电极。锌比铁活波，电池的电压可以再升高0 . 3伏到达1伏。仍然以硫酸铜作为电池溶液，但是以铜棒作为另一个电极。整个化学反应变成锌置换铜。在铜棒上析出的高纯度电解铜还可以作为优质纯铜原料进一步利用。
其次是改变电池的形状，以一个大瓦罐作为电池容器，加入足够的硫酸铜溶液，溶液中安置锌块电极和铜棒电极，牺牲电池的灵活性以提高电池的容量。
这就要求铁木的商队外出采购大量的硫酸铜和金属锌。
硫酸铜又叫蓝矾，在明朝是煎炼提纯后作为中药在药铺子里出售。产铜的地方一般都会产粗蓝矾，陕西就出粗蓝矾。
金属锌明朝人叫做倭铅。因为锌的燃点、沸点都很低，《天工开物》记载金属锌“入火即成烟飞去，似铅而性猛，故名之曰“倭铅”。”
在明朝倭铅的主要用途是向铜里掺加制成黄铜来降低成本，大明朝铸的铜钱全部掺了金属锌。大明朝廷铸钱的时候是七分铜三分倭铅，私人铸的假钱为了图便宜倭铅能占一半。倭铅除了当炼黄铜的掺料在明朝没有其它的用处，一般的铜器的铺子都有存货，价钱也不贵，并且不算大明朝禁止出口到草原的管控商品。
为了制造喷水筏子，孙一动用了铁木的木匠。为了制造改善喷水发动机性能的小小的铁螺丝钉，孙一动用了铁匠、窑匠、商队和小石榴等一众喜欢琢磨电池的工匠。
不过孙一认为这一切努力都是值得的。
面对这么大一个各个工匠协同工作的项目，王尔牛站了出来，“爷，这事情我来协调吧。”
铁器时代是任何文明的发展都绕不过去的坎。为此，孙一特地让王尔牛召集耒耜厅的博士们研讨这个问题。
二十多人聚集在大楸树下的树荫里，围成一个大圈子。不少人胸前都佩戴着锡制的太极阴阳鱼徽章，那是有了铁木官方博士功名的标志。
一个显眼的例外是小石榴，她别说博士，就连口语中的把式称呼都没有，小丫头自己也不知道一哥喊自己来目的是什么。
孙一简单介绍了一下背景：
铁木要想有喷水推进的筏子，最好有铁制的螺丝钉；
要想有铁制的螺丝钉，就得有优质的铁，甚至是钢。
要想有优质铁，又牵扯出两个必要条件：一是优质的铁矿原料，二是能够温度到达1500度的炼铁炉。
中国的铁矿品质普遍低下，为了解决原料问题，孙一提出绕道走：把普通铸铁大规模地电解，得到电解纯铁。
众位博士不约而同地看了小石榴一眼。
小石榴照顾的电解铁规模目前就是一只瓦罐，孙一的目标是成百上千的瓦罐。
电解铁的技术关键是电解溶液，目前铁木采用混合镪水同铁反应就可以得到硫酸铁和氯化铁电解液，而且作废的铁罐电池中的废液正好是就是电解铁的电解液。
理论上电解铁溶液不会随电解过程消耗。在电解罐子中，电解液中的铁离子在电压的作用下不断析出成为纯铁的同时，铁电极会不断地被腐蚀补充电解液中的铁离子。
这个方案唯一的缺点就是需要大量的电力，制造出来的纯铁将十分昂贵。但终归解决了优质原料的有无问题。
电解得到的纯铁是铁粉或小铁片的形状，要把纯铁颗粒变成铁块有两个办法，一是把纯铁加热到1100到1200度左右，在纯铁变红变软时锻打，二是老老实实地把温度升高到纯铁的熔点，即1500度，纯铁融化成铁水在冷却为铁块。
孙一选择第二种方案。
第一种方案纯铁加热到变红变软时锻打，仍然难以保证纯铁不在加热过程中混入木炭或煤炭中的硫磷等矿物质，锻打过程中的纯铁火星子损耗铁木也承担不起。
第二种方案把温度升高到1500度，目前明朝的燃料中，除了把煤炭炼成焦炭别无它法。而铁木目前连煤炭都没有，而且煤炭中的硫磷杂质同样会减低电解纯铁的品质，所以孙一决定不采用明朝的燃料。
孙一的方案是采用电！
电弧的温度可以达到3600摄氏度，纯铁的熔点不过才1500度，铁木的电弧点焊就是利用了这个原理瞬间融化铁和铜。
孙一的方案很简单，以纯铁颗粒为一个电极，以其它材料为另一个电极，当两种电极靠近时产生电弧融化纯铁，整个过程十分干净，不会引入新的杂质。
问题是这么高的温度，用什么来盛纯铁颗粒？
由于纯铁融化吸热，整个过程的温度被固定在1500度。这就好比用炉火融化冰，只要冰没有化完，冰水混合物的温度都会被钳制在冰的熔点，即0度。
金子在1000℃被烧化，石头在1100℃变成石灰，瓷的融化温度在1500℃到1600℃之间，这些材料都不行。
纯净的砂子，即二氧化硅，熔点是2300℃，石墨的熔点是3600℃，只有拿这两种材料作成耐高温的石墨坩埚。
众人的目光齐刷刷地看向几位烧陶的窑把式。
一位窑把式开了口：“石墨这东西倒不难找。刚学会写字的娃娃们拿石墨练字，穷人家的婆姨用石墨画眉毛。除此之外石墨再没有其它用途，煤窑里挖出石墨都是堆在一边。要是到出石墨的地方，不给钱要多少拉多少，煤窑掌柜的还得给咱道谢。咱们可以试着把石墨研成粉和砂子混在一起做成罐子的形状再放到烧陶的窑里烧成形。”
石墨坩埚的一个好处是它的基本成分是碳，在纯铁融化成铁水的过程中会渗入一部分碳，控制纯铁水中的碳含量，可以直接得到钢。
孙一的石墨坩埚电炉方案缺点也是很明显的，一是规模不可能做的很大，二是会消耗大量的电。
为了解决电力的瓶颈，孙一决定对现有的铁罐电池进行升级。
首先是用金属锌电极代替铁罐电池中的铁电极。锌比铁活波，电池的电压可以再升高0 . 3伏到达1伏。仍然以硫酸铜作为电池溶液，但是以铜棒作为另一个电极。整个化学反应变成锌置换铜。在铜棒上析出的高纯度电解铜还可以作为优质纯铜原料进一步利用。
其次是改变电池的形状，以一个大瓦罐作为电池容器，加入足够的硫酸铜溶液，溶液中安置锌块电极和铜棒电极，牺牲电池的灵活性以提高电池的容量。
这就要求铁木的商队外出采购大量的硫酸铜和金属锌。
硫酸铜又叫蓝矾，在明朝是煎炼提纯后作为中药在药铺子里出售。产铜的地方一般都会产粗蓝矾，陕西就出粗蓝矾。
金属锌明朝人叫做倭铅。因为锌的燃点、沸点都很低，《天工开物》记载金属锌“入火即成烟飞去，似铅而性猛，故名之曰“倭铅”。”
在明朝倭铅的主要用途是向铜里掺加制成黄铜来降低成本，大明朝铸的铜钱全部掺了金属锌。大明朝廷铸钱的时候是七分铜三分倭铅，私人铸的假钱为了图便宜倭铅能占一半。倭铅除了当炼黄铜的掺料在明朝没有其它的用处，一般的铜器的铺子都有存货，价钱也不贵，并且不算大明朝禁止出口到草原的管控商品。
为了制造喷水筏子，孙一动用了铁木的木匠。为了制造改善喷水发动机性能的小小的铁螺丝钉，孙一动用了铁匠、窑匠、商队和小石榴等一众喜欢琢磨电池的工匠。
不过孙一认为这一切努力都是值得的。
面对这么大一个各个工匠协同工作的项目，王尔牛站了出来，“爷，这事情我来协调吧。”