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《魔法文明之鋼鐵洪流》第47章 鋼鐵進行時
  在《天工開物》中記載的煉鐵方法,對於神佑大陸來算已經是非常先進的了,但想要煉出好鋼還差一點,它還是沒有到能夠把鋼融化成鋼水的程度。而凱斯特準備自己補上這個缺憾打算用坩堝煉鋼法。

  而坩堝煉鋼的關鍵在於那個坩堝,而坩堝的關鍵又在於他的耐火材料,或者說高溫耐火磚。鐵料含碳量越高,則熔點越低,而鋼的含碳量比生鐵低的多,起碼要達到1600℃,鋼料才會融化成鋼水。

  坩堝有不同的種類,比如鐵坩堝、石英坩堝、瓷坩堝、剛玉坩堝和石墨坩堝。其中石墨坩堝具有良好的熱導性和耐高溫性,在高溫使用過程中,熱膨脹系數小,對急熱、急冷具有一定抗應變性能。對酸,鹼性溶液的抗腐蝕性較強,具有優良的化學穩定性。

  石墨坩堝,因具有以上優良的性能,所以在冶金、鑄造、機械、化工等工業部門,被廣泛用於合金工具鋼的冶煉和有色金屬及其合金的熔煉。而且製造石墨坩堝的材料簡單,只需要石墨、瓷土、粘土就行。

  石墨坩堝的煉製就是石墨、瓷土、粘土,混合均勻以後塑成型狀,小火烘乾,再用焦炭燒到最高溫度。神佑大陸上雖然不像在中國古代那樣是農耕文明,有高度發達的各種技術,但其大陸的材料多不勝數,不要忘了那些喜歡做實驗的煉金術士和魔法師。而且製作坩堝的材料有非常的簡單而常見,像石墨這種平常的礦石在那都可以買到,而瓷土、粘土更不要說的,不要以為神佑大陸的人不會燒製陶器。其實在古代的西方也有陶瓷器的存在,不過是不能燒出精美細膩的陶瓷器物罷了。

  凱斯特很快就找齊材料,他準備先燒製個小型的坩堝,不大碗口就只有成人手掌大小。俗話說智者勞心,庸者勞力,凱斯特當然不會自己下手去玩泥巴,他找來幾個製作陶器的工匠,組織起實驗小組,吩咐他們按照墨、瓷土、粘土之間的不同配方比例分別開來,然後一一燒製,再丟到窯爐去測試耐溫程度就可以了,選取最好的耐火坩堝,按其配方比例燒製大型的石墨坩堝。當然想要找到合適的配方比例需要大量的實驗,但它完全可以多安排點人手進行合理的實驗,比如一方隻負責石墨的不同比例,這樣就可以加快實驗的速度,合理的實驗會節省大量的時間。這也是現代科學的實驗方法,遠不同與煉金術士們盲目的實驗,寄希望與撞大運。

  地精們辛苦挖礦,比較幸運在期間沒有遇見一次野獸襲擊,很快地精們在鞭子的威脅下開挖出了足夠的鐵礦石。凱斯特的石墨坩堝實驗也已經差不多完成。凱斯特就命人按照《天工開物》上的描述鑄造一系列的東西。信心十足的凱斯特開始他的大煉鋼計劃,但事實有一次狠狠的給他一巴掌,告訴他科學技術不是這麽玩的。按設想,在石墨坩堝的鋼鐵應該融化為剛水,但現在卻沒有融化使得凱斯特非常的沮喪。

  良久恢復信心的凱斯特仔細觀察自己造出煉鋼爐和其他設備反覆在心中與《天工開物》上描繪相比較,最後還真讓他找到了原因。

  凱斯特認為,這很有可能是因為溫度達不到融化鋼的關系。回想自己曾經看到的《天工開物》上的圖片,以及他認真觀察煉鐵爐,他發現自己煉製的都是開放式的煉鐵爐,雖然有人力與畜力鼓風使用最優質的的木炭,但是光用眼睛看就知道開放式的煉鐵爐對熱的使用效率不會太高,

那麽只要想辦法解決怎麽有效聚熱與留熱的問題就行了。  他忽然想到自己見到的現代高爐都有蓄熱室,他就準備建造一個蓄熱室試試效果。蓄熱室的原理非常的簡單,蓄熱室是熱風爐進行熱交換的主要場所。它是用格子磚砌成的格子室,也可以說是一個龐大的格子磚垛。格子磚型有板狀和整體穿孔兩種。其格孔形狀有圓形、三角孔形、方孔形、矩孔形和六角孔形。格子磚表面也有平板的,也有波紋的。在多數情況下,蓄熱室由不同孔型的格子磚砌成若乾段。由於煤氣含塵量不斷降低,現代高風溫熱風爐要求進一步增加蓄熱面積和格子磚的穩定性,所以格孔尺寸和厚度趨於縮小,熱風爐尺寸加大,板狀磚逐漸被整體穿孔磚所代替。

  但要設計一座合格的蓄熱室卻不簡單,蓄熱室的面積一般是從選定的熱風爐直徑扣除燃燒室斷面積而得到的,它應該用填滿格子磚的通道面積中的氣流速度來核算。為了保證傳熱速度,要求氣流在紊流狀態流動。由於氣體在高溫下粘度增大,而且格孔小不易引起紊流,故現代高風溫熱風爐要求有較高的流速以滿足傳熱的要求,在生產中常有這樣的情況,蓄熱面積不少,頂溫很高,但風溫上不去,煙道溫度卻上升很快,其原因主要是流速低造成的。

  傳統的煉鐵爐,燒煤燒炭的高溫廢氣直接排入大氣,無法重新利用。凱斯特新設計的的高爐爐體改成密閉式,多了抽風設計,在爐頂將原本要排出的熱廢氣用鼓風機抽出,經過磚砌的管道轉向導入蓄熱室。這蓄熱室是用耐火磚造的進氣與出氣口管道群,砌成密集格狀放行小孔,目的是要用磚壁吸收儲存廢熱。進出氣管道群分左右兩組,由一閥門控制切換。當左邊進新鮮空氣時,廢氣就由右邊導出,加熱右邊的進氣道溫度。每隔一定時間,閥門切換,則新鮮空氣改由被廢氣加到高熱的管道流入,而廢氣則改為導向另一邊的管道,以加熱另一邊。如此循環往複。

  這樣一來, 抽出的高溫廢氣流經蓄熱室管道在排出的同時,就會持續加熱整個蓄熱室的耐火磚,最後達到數百甚至上千度的高溫,而排放到大氣中的廢氣本身的溫度也可因此而降低。相對的,新鮮空氣經由水排鼓風灌進高爐前通過蓄熱室時,也就會吸收管道壁上的熱量而被加溫成高熱空氣,最後被吹入高爐前就已經被加溫過了,可有效提升爐內溫度。簡單來說,這是一個簡單的廢熱循環再利用的設計,可以大幅減少熱量浪費,並提高燃料效率,大幅降低燃料需求量。更重要的是,這是一個概念性發明,沒有任何技術限制,完全可用現有材料達成。

  凱斯特很清楚,蓄熱室本身就是煉鋼平爐的基本組成結構之一。這種技術本身沒有什麽技術含量只是古代人們思維定式問題,根本沒有什麽工藝條件要求,基本上只要有鼓風機,傳統的鐵爐磚,再加上知道原理就可以作的出來。凱斯特在心中計算了下建造個蓄熱室就可以來提升煉鐵高爐溫度,進而降低燃料使用量,進行節省成本。

  但新的問題出現裡爐內溫度是上去了,不表示自己的石墨坩堝可以撐得住新的高溫,因為那畢竟只是用自己燒製木炭的窯洞做的實驗而非用那可以融合鋼水的溫度做出的實驗。立**斯特就召集人手帶著幾個工匠把蓄熱室立刻建造起來,並讓他們分組自行去實驗研究新的耐高溫坩堝配方,爭取努力盡快生出來。在這之前,打造的高爐就只能煉鐵,不能煉鋼了。不過配上高爐能大幅節省燃料,並加快出鐵速度,倒也不是一無用處。
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