炼铁用风箱(炼铁热风炉)

老旧厨房中不起眼的风箱,曾让中国科技领先世界几千年?

厨房里不起眼的风箱,确实让中国古代的科技水平和综合国力领先世界几千年。

众所周知,中国先是经历青铜时代,之后是铁器时代。为什么先是青铜时代,之后才是铁器时代呢?明明地球上铁的矿物储量比铜要丰富许多?这是古代科技水平不够发达所导致的。当时,人们只能把温度提升到800度左右。这个温度恰好可以锻造铜,但要想锻造铁还远远不够(铁的熔点是1535度)。正是因为这个原因,战国时期才会出现那么多的青铜兵器。

不过,青铜兵器有一个致命的缺点—质地太脆。如果拿两把相同质量、相同样式的青铜剑和铁剑对砍,绝对是铁剑胜出。因为铁的质地更硬,铁不仅有质地坚硬的特点,而且可塑性强,可以做成农具和其他各类生产生活用具,也可以做成兵器。前面说到,因为温度的原因导致炼铁失败,不过风箱的发明完美解决了这一点。

有一定生活常识的人都知道,物质燃烧需要三个条件:可燃物、空气、着火点。冶炼兵器的时候,同样需要鼓入大量的空气,让木炭产生的温度达到熔化铁矿石的熔点。变成铁水之后的铁,可以被工匠重新塑造,变成任何想要的工具。风箱正是一个可以鼓入大量空气的工具,只要有风箱的参加,那就会让冶铁过程变得轻而易举。风箱发明以后,人类就从青铜器时代向铁器时代迈进。

冶铁技术和能力的大幅度提升,让中国的综合实力和科技领先世界几千年。当然,这也有同时期北美洲等地还没有出现人类的因素。不过就算是中国的邻居—匈奴等游牧民族,其科技水平也是远远落后于铁产量丰富的中原王朝。

在不同的历史阶段,人们为增加炉温和强化炼铁过程有了哪些重要发明?

在宋、西夏、辽等地区的炼铁场中都出现了用木风扇鼓风的新技术。木风扇是东汉时杜诗发明的鼓风水排改进而来的。北宋时发明的铁匠和农家炉火用的手拉风箱是最初的活塞式机构。另外,宋时民间还改进了水车,发明了用烛火热气转动的走马灯(这种供观赏的灯实际上是现代燃气涡轮的雏形)。

古代怎样得到炼铁的高温

第一,能够制造1200℃以上的高温炼铁炉,从而可以进行钢铁高温下的精炼,这是关键。

第二,发明了向高温炼铁炉输送充足空气的装置——风箱,从而实现了高温下的冶炼。而且在炼钢方面,能够连续地供给足够空气(即始终维持高温冶炼)的高性能风箱,早在纪元前就开始出现了,而且不久又出现用水力(古代称为水排)和动物力量(称为马排)取代人力的鼓风装置,极大的提高了高温炼铁炉的供氧能力。

第三,中国早从古代就不使用木炭,而是把热量高的煤炭作为炼铁的燃料。到了北宋时代,已经普遍使用煤炭来炼铁了。利用优质煤炭炼铁的优点,就是能够很容易地得到理想高温冶炼效果。用优质煤炭作炼铁燃料,还有能够减少生产工序等其他方面的优点。此外,如果用优质木炭来作燃料,当然就需要广大的山林伐木来烧炭,费时费力这就大大限制了炼铁厂的选地条件。而使用优质煤炭作燃料,就没有这个限制了。

《天工开物》中炼铁技术的特点和优点都有哪些?

炼铁方面,炼铁炉已使用活塞式木风箱,可以连续鼓风,强化冶炼过程,这项重要发明比欧洲要早。《天工开物》的记载,反映出当时炼铁技术的几个特点和优点。第一是钢铁生产程序的创造:先把铁矿石炼成生铁,再由生铁炼成熟铁,然后由生铁、熟铁合炼成钢。第二是炼铁炉操作的半连续性:在第一炉出铁之后,用泥堵住出铁口,鼓风再炼二炉。这比当时欧洲的间歇式生产要先进。第三是生铁、熟铁连续生产的工艺:把炼铁炉和炒铁炉串联使用,使从炼铁炉流出的生铁水,直接流进炒铁炉炒成熟铁,从而减少了一次再熔化的过程,既加快了速度,提高产量,又节省了燃料。当时的欧洲还没有这种方法。第四是熔剂的使用:把生铁炒成熟铁的时候,用细泥灰作熔剂,撒在铁水上面,同时用木棍不停地搅拌,以加速生铁的氧化。这些技术在当时都是先进的。

古代。用什么打磨铁?用什么器皿盛装液态的铁?能够打造如细小弯曲的零件吗?

  在铁器出现之前,已经有了青铜器,古代人们可以用青铜做锤子打铁,用岩石、粘土、耐火泥做盛装液态铁的器皿。打造细小弯曲的零件应该是可以做到的,只是这样的铁器到现在一定锈蚀不存在了。金缕玉衣上的金丝,贴金用的金箔就是很好的例证。

  中国的冶铁技术大致可追溯到公元前6世纪的春秋时代的中后期,在古书中可以找到零星的有关铁的记载。如《管子·地数篇》中说过:“凡天下名山五千三百九十一,……出铁之山三千六百有九”,亦即出铁之山的数目占总山数的66.9%。到现在还没有弄清楚他这一数据的来源,但由此说明,当时人们已经知道铁矿石的存在形式。同一书中还有“山上有赭者,其下有铁”的记载。赭指赤铁矿所特有的棕红色,可见当时已经有了由赤铁矿炼铁的实践活动。

中国的冶铁术略晚于西方,但我国的冶炼生铁和块炼铁技术却是差不多同时形成的。冶炼生铁的技术要求铁处于液态,可当时所能达到的1200℃工艺温度却不能使纯铁(熔点1535℃)变为液态,但是当铁中溶入(不是夹杂)硫、磷、硅、锰,特别是碳后,可以使熔点降至1150℃左右,只要选取了适当的器皿和工艺,就可以得到液态生铁。读者也许知道汽车防冻液和用糖水做成的冰棍,其凝固点(或熔点)低于水的凝固点的原理,在这里只要把铁水看成像糖水或防冻液一样的溶液,就可以明白生铁的熔融温度为什么远低于纯铁的道理了。下图是明代宋应星在《天工开物》中所附的古代炼铁工艺的示意图。图中的风箱可能是维持反应炉中高温的重要发明之一。有趣的是,从书中的记载看,当时炼铁炉的出铁口是用泥封的,而现代炼铁用的高炉出铁口仍然是用耐火泥封塞的。

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