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冶金及材料学小科普,及明光铠的探讨

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加入这个贴吧一年多了,吧内不少贴,由于对冶金和材料学没有任何认识,差不多所有的观点都错得离谱,而且大有以讹传讹,谣言越传越夸张的趋势。我在这里就写两句,尽量用通俗的用语让尽量多的人能明白,所以肯定不专业,冶金材料专业人士就请手下留情,能补充纠正的请参与,谢谢。
第一个我想科普的东西,就是中国古代领先世界的钢铁生产技术和铸铁、熟铁、和钢的区别,顺便,也澄清一下吧内很多人对铸铁的误解。不少吧友在百度看了脱炭铸铁钢和球墨铸铁的词条注释,就各种幻想,没有意思的,因为上面写的东西,不全面,而且吧友也很喜欢将里面写的一两句符合自己观点的文字无限放大,更加容易曲解词条。
在解释制钢之前,我们首先要认识炼铁。古代和现代的炼铁,首先要选矿,可以是矿石也可以是矿砂。矿砂的生成与水有关,都是因为水冲刷各种地貌,含铁的砂在河床中积聚形成,铁矿砂一般含铁量较高,是炼铁的好材料,基本上可以直接冶炼。至于矿石,由于是开采的,杂质多,而且是块状,所以古人会先用火把矿石烧烤,敲碎成粉,才能冶炼。至于铁的冶炼,绝大多数人以为它是个物理反应,觉得把铁矿料加热到铁的熔点,铁水就会流出来,这是错得离谱的认识。可以做个小实验,拿实验室用的电炉把铁矿砂/粉加热到摄氏一千六百度,结果是,没有铁水会流出来,反倒是冷却后,烧出了一块玻璃状的石头。铁的冶炼其实是化学反应,是在高温中,碳元素和铁矿砂/粉中的其它较活泼的元素及杂质发生了反应,夺人所爱,逼迫“较为不那么活泼”的铁元素成了孤家寡人,从而析出的过程,是化学里的还原反应,这就是铁的冶炼的基本原理。古人的炼铁炉,不论古今中外,基本结构都差不多,都是用泥土做一个中空的小塔,升火,然后在里面先一层炭,再一层铁矿砂/粉,在下面不断鼓风,上面不断地加炭加铁矿砂/粉,经过一天或数天,把铁炼出来的。实际上,铁在冶炼妒里的化学反应会比上面的解释复杂得多。最初的冶炼炉,由于人类的知识和经验不够,鼓风位置在炉底,没有设计专门的出渣信道,所以炼铁炉熄火后,把炉壁打开,在炉底会有一陀海绵状黏着玻璃物的铁。这些玻璃状的东西就是原本铁矿砂/粉里含有的各种矽盐杂质,由于高温,液化后留在了炉底,就是炉渣,是应该要清除掉的。另外,为什么炉底的铁是海绵状,中间有很多空洞呢?原来,铁矿砂/粉在炉的顶部被烧红的木炭加热,与碳元素发生了还原反应之后,又继续与碳反应,碳元素渗入溶解在铁内,形成固溶物,同时也生成碳化铁,这些铁和碳的混合物就是生铁,即含碳量超过2.14%的铸铁,熔点很低,只有最高约1200摄氏度,比纯铁的熔点1538摄氏度低300多,这就是虽然木炭作燃料的冶炼炉无法达到1600摄氏度但仍能炼铁的原因,当熔化的生铁小液珠慢慢沉降至炉底时,由于炉底不断鼓风,空气中的氧又不断冲击,导致这些生铁小液珠又氧化脱碳,再加上炉渣,氧和碳及各种杂质生成的气泡,导致最后生成的铁块成海绵状,而内里,由于炉底过量的氧气的输入,导致铁内的碳没有剩下多少,基本上就是铁了。冶炼出来的海绵铁,基本上是以少量的生铁,微量的钢,大部分的熟铁和杂质组成,所以必须要用热锻去清除杂质。海绵铁被加热后,用锤一敲,首先被清除掉的就生铁和各类玻璃状物,因为生铁(铸铁)和玻璃物不能被锻打,直接会被敲碎脱出。剩下的熟铁杂质团,虽然含有极少量的钢,由于必须要用高温不断反复锻打、折叠,再锻打、再折叠来将铁团中的杂质挤出来,实际上,铁团中所剩无几的碳也会被氧化消耗掉,最后打出来的只有铁。这就是欧洲人玩劣质海绵铁的内幕。之前出于无聊,我曾经上过冷兵器吧看过几个所谓大神的互撕,争论什么欧洲出土的炼铁炉遗蹟里的海绵铁有钢的成分,一边是为洋爹喝彩,看,欧洲人多先进,另一边是质疑,但弄不出干货,最后变成是自己质疑自己。一帮所谓神仙在打架,最后是满天神佛,招摇撞骗。实际上,海绵铁就是以熟铁为主,什么乱七八糟的东西都混在一起的一陀东西,极原始的。这陀东西,有点类似你吃海鲜吃多了,拉肚子拉出来的一陀东西,里面屎也有,未消化的上等海鲜也有,但某吧呢,不管这是不是屎,只要里面有一丁点海鲜,立刻会开心地吃下去,而且还会说,真香!

待续




IP属地:广东来自Android客户端1楼2018-11-24 00:35回复
    huhu37、firebird323、炽天12348. . . 被楼主禁言,将不能再进行回复
    前文再续,书接上一回。
    在上面解释了原始人如何玩海绵铁之后,现在来介绍一下我们伟大的祖宗们是如何解决冶炼铁时遇到的杂质和产量问题。老实讲,我们的祖宗是如何能将冶炼海绵铁的炉的原始设计改进成能大量生产生铁(铸铁)的先进设计,之间,走过了一段什麽历程,我无法解答,只能说我们的祖宗太他母亲的牛*了。因为,如果一个冶炼炉能生产生铁水(铸铁),这从根本上就改变了整个冶炼的流程和原理,因为海绵铁是固态成品,是熟铁,而生铁是以液态产出,含碳量及物理性能完全不同,能作出这个改变,我都不知道我们的祖宗是怎麽弄出来的。当欧洲人还在拼命撸他们的海绵体的时候(容易肾亏),我们的祖宗已经大量铸造铁制农具和兵器了。那冶炼生铁的炉与海绵铁炉在设计上有什麽不同呢?其实两者的外形几乎一样,只不过生铁炉的鼓风位置不在炉底,而在炉底以上一点的地方,小炉子会是几寸高,巨型炉子可以是几尺。由於鼓风位置的不同,熔溶的生铁液珠,沉降至炉底时不再被鼓进来的空气氧化,得以生成生铁的液池。同时,由於生铁的比重大,比上面的炉渣、木炭、矿砂/粉都轻,所以这些东西实际上是浮在了生铁液的上面。如果在鼓风口和炉底之间开一小口,夹在生铁液和木炭之间的炉渣就能被放出,而放炉渣时,也可以观察到炉内的生铁液是否已充满,接近放渣孔了,即在炉底,可以开孔放铁水了。这就是我们的祖先生产铸铁的过程。
    至於所谓的铸铁脱碳钢,其实是我们的祖先在灌钢炒钢法等各种制钢方法出现之前的无奈之举。制作方法是先将生铁浇铸成簿铁条,然后在特制的炉子裏加热,鼓入大量的风,在保持高温的同时,尽量用氧气将生铁的表层氧化脱碳,之后生成了外层是熟铁内裏是生铁的产物。再之后,将这些铁条热锻,原本生铁是不能锻的,而且熔点低,但外面包了这一层熟铁,变成了灌汤包,可以锻打压扁折叠,而生铁裏的碳会随著反复加热和锻打不断向熟铁渗透,以令碳势平衡,多次折叠锻打后,大致成钢,但内裏仍会存在生铁的残余组织。为什麽我们现在的考古研究能知道挖出来的钢制品是否为铸铁脱碳钢?原因就是因为可作冶金材料学裏的金相分析,有大量铸铁组织及氧化铁成分就知道了。
    看到这裏,大家应该知道用铸铁铸成甲片,再变成钢是不可能的。这就是我想大家都能走出的一个误区。
    之前,我也曾经考虑过山文甲片用铸铁铸造,然后脱碳,但这是不现实的,所以我自己否定自己。

    待续


    IP属地:广东来自Android客户端2楼2018-11-24 00:39
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      666


      IP属地:四川来自Android客户端3楼2018-11-24 01:55
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        现代精密铸造要求最少2mm厚度,所以我也觉得不会是铸造的,太厚了


        IP属地:浙江来自Android客户端5楼2018-11-24 08:09
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          受教了,继续聆听!


          IP属地:广东来自Android客户端7楼2018-11-24 11:40
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            IP属地:四川来自Android客户端8楼2018-11-24 12:03
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              硬核科普贴支持


              IP属地:广东来自Android客户端10楼2018-11-25 09:43
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                11楼2018-11-25 22:14
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                  支持


                  IP属地:新疆来自Android客户端13楼2018-11-27 22:34
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                    难得难得,请继续


                    IP属地:新疆来自Android客户端14楼2018-11-27 23:18
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                      有空再繼續寫


                      IP属地:广东来自Android客户端15楼2018-12-07 01:01
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                        正在冶炼厂工工作的我,表示学到不少


                        来自手机贴吧16楼2018-12-11 21:24
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                          厉害👍


                          IP属地:江西来自iPhone客户端17楼2018-12-11 22:50
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