第258章 初中化学从未如此通俗易懂
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乐山堰的开凿进入正轨之后，李素就懒得再在南安县视察下去了，反正后续都是按计划照搬的体力活，能干上差不多大半年。
南安这地方生活条件又不好，交给基层的监工监军管着就是了。
不过来都来犍为了，回成都之前，李素也不吝再绕百十里路，去僰道、自贡再转转，督导一下大炼钢铁的事业。
李素是二月二十三这天到的僰道县，跟他一起来的，只有几个亲随，加上跟着他学习、“读万卷书行万里路”的诸葛亮。其他有名有姓的能吏一个都没来，诸葛瑾和荀攸都在成都和南安搞别的事儿呢。
之所以带着诸葛亮，也是希望他多涨涨见识，知道各行各业的民间疾苦是怎么回事儿。毕竟后世的诸葛亮在出山之前，有十一年时间是在隆中附近躬耕陇亩、交游读书。
李素一直觉得，那段经历对于诸葛亮人格的形成、阅历的丰富有很大帮助。这一世没工夫让诸葛亮长期慢慢亲自种田参加劳动了，只好带着他视察各行各业来争取速成补足这块短板。而且说不定见识一下炼铁工业的运作，李素还能教他点半吊子的化学常识。
因为只是临时视察，所以李素抵达僰道之前，本地的炼铁工坊建设工作，就已经持续了两个多月了。
可以说是去年冬天农闲时，铁矿石和无烟煤到货后，当地的官府就已经在犍为太守陈实的领导下，做了一些扩大炼铁坊的基础工作。李素到了之后，直接在初具雏形的半成品状态往上走马观花指点改良就好。
过完年刚刚虚岁十四岁的诸葛亮，这辈子也是第一次进炼铁工坊的后堂，心中颇为好奇，也很是珍惜学习机会。毕竟年少嘛，他原先也只见过铁匠把已经初步去掉杂质的铁锻打成型，或是百炼法锻钢，但从没见过铁从铁矿石变成粗铁的过程。
诸葛亮可以感受到，李师对他有很高的期望，似乎比他那个已经当郡丞的兄长还高不少，又谈不上严厉。但就是这种“老大哥注视着你”的期望，让诸葛亮自己都反而有些压力，比直接上戒尺和言语严厉训诫还不敢懈怠。
类似于那些上进的学霸偶尔考砸一次回家，宁可被打一顿或者辱骂一顿，也不希望被冷暴力以悲悯同情的目光注视上一个月。
相比于诸葛亮的好奇与不敢懈怠，李素的情绪要轻松得多，视察时也偶尔有些小惊喜小意外。
说实话，李素原先也没怎么关心过“铁矿石到粗铁”的生产工艺，没怎么到现场看过，只关注过锻造加工环节。所以，在陈实的带领下，参观僰道新造的最大“高炉”时，李素也惊叹了一下。
陈实刚把李素领进工场，就自豪地显摆：“右将军，此炉方广两丈，深逾半丈，炉温甚炽，就算不用无烟泥炭只用木炭，怕是也能日出铁数千斤，不下于当年京雒之地的国之重器。”
李素频频点头，又问了一些扫盲的问题，才知道，原来西汉末年东汉初年，炼铁就已经有了原始的“土高炉”，这并没有什么稀罕的。理论上用到黏土坑实现熔炼的、炉膛封闭的建筑，都算土法高炉，所以只要会砌窑内温度一千一两百度以上的密封瓷窑，就能造出土高炉了。
东汉初年，朝廷最大的高炉就位于雒阳以东的荥阳地区（后世的郑州），是国家官营的，出的铁也都是供京师武库的配套工匠使用。
那种炉子尺寸是一到两丈长宽，但高度很矮，不到半丈，内炉膛是黏土贴壁，还没有耐火砖技术，所以炉膛温度最多也就一千两百度。荥阳那座最大的熔炉据说每年为朝廷练十万汉斤以上的铁，折合后世重量大约是三百吨，足足占了东汉全国铁产量的近三成。
可见荥阳的铁炉在东汉绝对是国之重器，也是东汉皇帝确保首都附近的冶金武备能够碾压地方外藩的重要保障（雒阳附近的大型炼铁基地不止荥阳一处，有考证认为司隶地区的炼铁产量达到东汉全国的一半以上，是技术和资源密集型产业）
此时此刻，陈实在僰道这儿搞的铁炉，最初的原理和思路显然还是一样的，只不过规模和工艺有所区别。
不过，李素在简单的初步参观后，还是有些疑惑。
李素前世虽然是文科生，但好歹中学化学会考那点知识点还是挺扎实的，纯铁的熔点要一千五百度左右，他还是知道的。
而按照工匠的介绍来估计，李素知道汉末的这种熔炉，估摸着最多只能到一千二百度，居然也能熔出铁水——工匠当然说不出“一千两百度”这个概念，所以当时他们的描述是“炉温可以在纯铜彻底熔汁之后，再提升一成多”。而李素知道纯铜差不多是一千零几十度，再提升一成多炉温差不多就是一千二了。
李素就忍不住逮着现场一位工匠头目咨询：“这位老丈，还未请教高姓大名，这熔炉的温度，似乎不足以熔融纯铁，你们是怎么炼出铁水来的呢？”
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工匠头领先不知所措地看了一眼太守陈实，然后连忙下跪：“右将军折煞老朽了，不敢称贵，老朽姓周名炳，右将军此问着实懂行呐，这生铁一物，确实不该如此炉温就能熔化。
不过，根据老朽冶铁三十年的经验，生铁此物愈是杂质繁多，熔为铁水所需的温度就会越低。往昔用优质木炭炼铁时，炉温烧到极致，也只是红热软化，并不流动。但用上无烟泥炭，或是带些硫磺的木炭来炼，出铁的质地较差，杂质生脆，但铁水确是更容易出。
老朽年轻时，大约是桓帝朝末年，在雒阳的荥阳炉也干过些年头，当时我师傅也是这般教我，后来我又摸索数年，才自己掌握了其中分寸。”
李素听了，微微点头，没想到这个姓周的老铁匠，还是个“高级人才”呢，是从雒阳周边的国家顶级工场混过的。
李素就忍不住岔开话题，先问他是怎么混到蜀地来的，后来才知道是刘焉入蜀的时候，重金挖了一些雒阳的军工技术人才。
李素心中忍不住吐槽：“看来刘焉这厮，当年刚入蜀时就有不臣之心呐，连朝廷中枢的军工技术骨干都挖角，而且还挺有眼光，那么重视相关产业。”
然后，李素又问了周炳各种混入杂质的燃料炼铁出铁水的难度对比，琢磨了好久，才总算是用前世的化学原理理解了这事儿：
初中化学课本上有一句基本知识点，那就是“纯质的金属熔点最高，合金熔点较低，合金中混入的杂质种类、分量越多，熔点也越低”。
汉末的熔炉没有一千五百度，炼不了纯铁，就指望掺杂、以牺牲铁的质量和纯度来降低熔化难度。
所以用木炭炼铁，让铁里残留百分之几的碳、磷、硅之后，熔点就能降低到一千两百多，差不多就烧成比较稀的糊糊了。如果用无烟煤，无烟煤还会混入少量的硫，进一步可能降低到一千一百五十度。
所以用无烟煤炼出来的铁质量其实是比木炭的铁还差的，因为有了更多煤里的硫杂质，铁更脆更弱。但好处是产量一下子能提升到二点五倍！
毕竟铁水越稀薄，还原反应效率就越快、铁水跟掺进去的还原剂反应速度也越快，矿石氧化铁里的氧被夺走地也就越快。糊糊一样的优质铁水要两天半时间反应完一炉，稀薄的像纯水一样的铁水一天时间就反应完了。
这是以提升到二点五倍的生产速度，来换取产出更劣质的铁！这也是为什么一直到唐宋，产量稀少的“闽铁”才是优质好铁。浙南地区从春秋末期那些铸剑大师，到后来福建地区的龙泉宝剑，都是用无硫木炭炼的，那里没有煤炭，绝对不沾染煤炭里的硫元素。
“闹了半天，宋朝人因为引入煤炭而让铁产量暴涨到几乎三倍，是以牺牲一定的铁的质量为代价的啊……这可不是好事儿，咱要兼顾质量和产量，用来造兵器的铁肯定还得除硫，要不就是在反应的最后环节加入别的工序……”
李素心中对这个问题很是警觉，他觉得不可以听之任之。
想来想去，李素发现最好的兼顾的解决办法，还是继续提升炉温。
毕竟，炼铁的铁水最后之所以凝固，其实就是一个煤炭等还原剂投入之后、氧化铁里的氧元素被还原出来，铁的纯度越来越高、熔点也越来越高，最后超过一千两百度了，于是在一千两百度的炉子里也就凝固了，没法继续以液态的高交换比快速反应。
而李素跟周炳了解之后，得知目前的“百炼法”，乃至初具雏形的“炒钢法”，其实目的就是一个，那就是“在粗铁不再是铁水状态后，依然尽量让铁与还原剂的接触面积和反应面积尽可能大，让还原反应继续进行，进一步反应掉里面的杂质”。
当然周炳的原话当然不是这么说的，这是李素根据工匠的经验、结合自己的化学常识脑内翻译的。
历史书上说过，唐朝到了“灌钢法”，炼钢的反应效率比炒钢法更好很多，原因就是液体铁水反应面积大、渗透率高嘛。
炉温高就可以让液态的高效率反应时间持续更久！搅动铁水还原一个时辰，除杂效果抵得上“液态还原剂淋灌在固态粗铁上”反应三四个时辰，抵得上“固体细颗粒还原剂撒在固态粗铁上”反应半天，更抵得上“固体大块还原剂砸在固态粗铁上锻打”好几天。
想来想去，李素想到了最朴素的一招：提升不了燃料的火焰温度，那就减少燃烧时的热量损失嘛。
——
PS：大家再等等，今天还有第三更，为2000人次打赏临时加一更（刚才早晨临时看到达到2001次了）。所以三更完成之后还是依然欠四天三更。
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南安这地方生活条件又不好，交给基层的监工监军管着就是了。
不过来都来犍为了，回成都之前，李素也不吝再绕百十里路，去僰道、自贡再转转，督导一下大炼钢铁的事业。
李素是二月二十三这天到的僰道县，跟他一起来的，只有几个亲随，加上跟着他学习、“读万卷书行万里路”的诸葛亮。其他有名有姓的能吏一个都没来，诸葛瑾和荀攸都在成都和南安搞别的事儿呢。
之所以带着诸葛亮，也是希望他多涨涨见识，知道各行各业的民间疾苦是怎么回事儿。毕竟后世的诸葛亮在出山之前，有十一年时间是在隆中附近躬耕陇亩、交游读书。
李素一直觉得，那段经历对于诸葛亮人格的形成、阅历的丰富有很大帮助。这一世没工夫让诸葛亮长期慢慢亲自种田参加劳动了，只好带着他视察各行各业来争取速成补足这块短板。而且说不定见识一下炼铁工业的运作，李素还能教他点半吊子的化学常识。
因为只是临时视察，所以李素抵达僰道之前，本地的炼铁工坊建设工作，就已经持续了两个多月了。
可以说是去年冬天农闲时，铁矿石和无烟煤到货后，当地的官府就已经在犍为太守陈实的领导下，做了一些扩大炼铁坊的基础工作。李素到了之后，直接在初具雏形的半成品状态往上走马观花指点改良就好。
过完年刚刚虚岁十四岁的诸葛亮，这辈子也是第一次进炼铁工坊的后堂，心中颇为好奇，也很是珍惜学习机会。毕竟年少嘛，他原先也只见过铁匠把已经初步去掉杂质的铁锻打成型，或是百炼法锻钢，但从没见过铁从铁矿石变成粗铁的过程。
诸葛亮可以感受到，李师对他有很高的期望，似乎比他那个已经当郡丞的兄长还高不少，又谈不上严厉。但就是这种“老大哥注视着你”的期望，让诸葛亮自己都反而有些压力，比直接上戒尺和言语严厉训诫还不敢懈怠。
类似于那些上进的学霸偶尔考砸一次回家，宁可被打一顿或者辱骂一顿，也不希望被冷暴力以悲悯同情的目光注视上一个月。
相比于诸葛亮的好奇与不敢懈怠，李素的情绪要轻松得多，视察时也偶尔有些小惊喜小意外。
说实话，李素原先也没怎么关心过“铁矿石到粗铁”的生产工艺，没怎么到现场看过，只关注过锻造加工环节。所以，在陈实的带领下，参观僰道新造的最大“高炉”时，李素也惊叹了一下。
陈实刚把李素领进工场，就自豪地显摆：“右将军，此炉方广两丈，深逾半丈，炉温甚炽，就算不用无烟泥炭只用木炭，怕是也能日出铁数千斤，不下于当年京雒之地的国之重器。”
李素频频点头，又问了一些扫盲的问题，才知道，原来西汉末年东汉初年，炼铁就已经有了原始的“土高炉”，这并没有什么稀罕的。理论上用到黏土坑实现熔炼的、炉膛封闭的建筑，都算土法高炉，所以只要会砌窑内温度一千一两百度以上的密封瓷窑，就能造出土高炉了。
东汉初年，朝廷最大的高炉就位于雒阳以东的荥阳地区（后世的郑州），是国家官营的，出的铁也都是供京师武库的配套工匠使用。
那种炉子尺寸是一到两丈长宽，但高度很矮，不到半丈，内炉膛是黏土贴壁，还没有耐火砖技术，所以炉膛温度最多也就一千两百度。荥阳那座最大的熔炉据说每年为朝廷练十万汉斤以上的铁，折合后世重量大约是三百吨，足足占了东汉全国铁产量的近三成。
可见荥阳的铁炉在东汉绝对是国之重器，也是东汉皇帝确保首都附近的冶金武备能够碾压地方外藩的重要保障（雒阳附近的大型炼铁基地不止荥阳一处，有考证认为司隶地区的炼铁产量达到东汉全国的一半以上，是技术和资源密集型产业）
此时此刻，陈实在僰道这儿搞的铁炉，最初的原理和思路显然还是一样的，只不过规模和工艺有所区别。
不过，李素在简单的初步参观后，还是有些疑惑。
李素前世虽然是文科生，但好歹中学化学会考那点知识点还是挺扎实的，纯铁的熔点要一千五百度左右，他还是知道的。
而按照工匠的介绍来估计，李素知道汉末的这种熔炉，估摸着最多只能到一千二百度，居然也能熔出铁水——工匠当然说不出“一千两百度”这个概念，所以当时他们的描述是“炉温可以在纯铜彻底熔汁之后，再提升一成多”。而李素知道纯铜差不多是一千零几十度，再提升一成多炉温差不多就是一千二了。
李素就忍不住逮着现场一位工匠头目咨询：“这位老丈，还未请教高姓大名，这熔炉的温度，似乎不足以熔融纯铁，你们是怎么炼出铁水来的呢？”
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工匠头领先不知所措地看了一眼太守陈实，然后连忙下跪：“右将军折煞老朽了，不敢称贵，老朽姓周名炳，右将军此问着实懂行呐，这生铁一物，确实不该如此炉温就能熔化。
不过，根据老朽冶铁三十年的经验，生铁此物愈是杂质繁多，熔为铁水所需的温度就会越低。往昔用优质木炭炼铁时，炉温烧到极致，也只是红热软化，并不流动。但用上无烟泥炭，或是带些硫磺的木炭来炼，出铁的质地较差，杂质生脆，但铁水确是更容易出。
老朽年轻时，大约是桓帝朝末年，在雒阳的荥阳炉也干过些年头，当时我师傅也是这般教我，后来我又摸索数年，才自己掌握了其中分寸。”
李素听了，微微点头，没想到这个姓周的老铁匠，还是个“高级人才”呢，是从雒阳周边的国家顶级工场混过的。
李素就忍不住岔开话题，先问他是怎么混到蜀地来的，后来才知道是刘焉入蜀的时候，重金挖了一些雒阳的军工技术人才。
李素心中忍不住吐槽：“看来刘焉这厮，当年刚入蜀时就有不臣之心呐，连朝廷中枢的军工技术骨干都挖角，而且还挺有眼光，那么重视相关产业。”
然后，李素又问了周炳各种混入杂质的燃料炼铁出铁水的难度对比，琢磨了好久，才总算是用前世的化学原理理解了这事儿：
初中化学课本上有一句基本知识点，那就是“纯质的金属熔点最高，合金熔点较低，合金中混入的杂质种类、分量越多，熔点也越低”。
汉末的熔炉没有一千五百度，炼不了纯铁，就指望掺杂、以牺牲铁的质量和纯度来降低熔化难度。
所以用木炭炼铁，让铁里残留百分之几的碳、磷、硅之后，熔点就能降低到一千两百多，差不多就烧成比较稀的糊糊了。如果用无烟煤，无烟煤还会混入少量的硫，进一步可能降低到一千一百五十度。
所以用无烟煤炼出来的铁质量其实是比木炭的铁还差的，因为有了更多煤里的硫杂质，铁更脆更弱。但好处是产量一下子能提升到二点五倍！
毕竟铁水越稀薄，还原反应效率就越快、铁水跟掺进去的还原剂反应速度也越快，矿石氧化铁里的氧被夺走地也就越快。糊糊一样的优质铁水要两天半时间反应完一炉，稀薄的像纯水一样的铁水一天时间就反应完了。
这是以提升到二点五倍的生产速度，来换取产出更劣质的铁！这也是为什么一直到唐宋，产量稀少的“闽铁”才是优质好铁。浙南地区从春秋末期那些铸剑大师，到后来福建地区的龙泉宝剑，都是用无硫木炭炼的，那里没有煤炭，绝对不沾染煤炭里的硫元素。
“闹了半天，宋朝人因为引入煤炭而让铁产量暴涨到几乎三倍，是以牺牲一定的铁的质量为代价的啊……这可不是好事儿，咱要兼顾质量和产量，用来造兵器的铁肯定还得除硫，要不就是在反应的最后环节加入别的工序……”
李素心中对这个问题很是警觉，他觉得不可以听之任之。
想来想去，李素发现最好的兼顾的解决办法，还是继续提升炉温。
毕竟，炼铁的铁水最后之所以凝固，其实就是一个煤炭等还原剂投入之后、氧化铁里的氧元素被还原出来，铁的纯度越来越高、熔点也越来越高，最后超过一千两百度了，于是在一千两百度的炉子里也就凝固了，没法继续以液态的高交换比快速反应。
而李素跟周炳了解之后，得知目前的“百炼法”，乃至初具雏形的“炒钢法”，其实目的就是一个，那就是“在粗铁不再是铁水状态后，依然尽量让铁与还原剂的接触面积和反应面积尽可能大，让还原反应继续进行，进一步反应掉里面的杂质”。
当然周炳的原话当然不是这么说的，这是李素根据工匠的经验、结合自己的化学常识脑内翻译的。
历史书上说过，唐朝到了“灌钢法”，炼钢的反应效率比炒钢法更好很多，原因就是液体铁水反应面积大、渗透率高嘛。
炉温高就可以让液态的高效率反应时间持续更久！搅动铁水还原一个时辰，除杂效果抵得上“液态还原剂淋灌在固态粗铁上”反应三四个时辰，抵得上“固体细颗粒还原剂撒在固态粗铁上”反应半天，更抵得上“固体大块还原剂砸在固态粗铁上锻打”好几天。
想来想去，李素想到了最朴素的一招：提升不了燃料的火焰温度，那就减少燃烧时的热量损失嘛。
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PS：大家再等等，今天还有第三更，为2000人次打赏临时加一更（刚才早晨临时看到达到2001次了）。所以三更完成之后还是依然欠四天三更。