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炼铁竖炉(高炉) 

中国是世界最早使用竖炉炼铁的国家。我国古代冶炼生铁主要使用竖炉,炼铁竖炉是从炼铜竖炉发展起来的。春秋末年已经使用竖炉冶铸生铁了,从战国到西汉随着铁器需要量的大幅度增加,炼铁竖炉建造得越来越大。

竖炉炼铁是一种经济而有效的炼铁方法。从上边装料,下部鼓风,形成炉料下降,和煤气上升的相对运动。燃烧产生的高温煤气穿过料层上升把热量传给炉料。其中所含一氧化碳同时对氧化铁起还原作用。这样燃烧的热能和化学能同时得到比较充分的利用。下层的炉料被逐渐还原以至熔化,上层的炉料便从炉顶徐徐下降,炉料被预热而能达到更高的温度。

河南巩县铁生沟发现的6座西汉时的竖炉,表明了当时炼铁的状况。这些炼铁炉呈圆形。炉缸直径从0.8 - 1.8米不等。徐州利国驿东汉炼铁竖炉是椭圆形的。炉缸长轴2.5米,短轴1.4米。河南郑州市古荣镇西汉中晚期冶铁遣址发现的炼铁竖炉缸长轴约4米,短轴约2.8米。有关专家估算这样的竖炉炉高5-6米,有效容积为50立方米,推测炉的两侧各有2个风口,设鼓风器4具。每生产1吨生铁,约需铁矿石2吨,石灰石130公斤,木炭7吨,出渣600公斤,日产量500公斤。

直到14世纪初,竖炉技术才在欧洲得到应用,开始冶炼生铁。15世纪时,由于铸造火炮的需要,较快地发展了生铁生产,到16世纪欧洲已普遍采用竖炉冶炼。

欧洲在早期竖炉冶炼生铁时还不懂得加熔剂,因而往往不能获得流动性良好的炉渣,渣中铁的含量也相当高。炉子多呈方形,用石块砌成,炉身较矮。到16世纪中叶时,炉缸边长1米多,有一个鼓风口和一个流出口,每6天产出生铁约4-5吨。到17世纪炉子明显加大增高,各项指标都有显著改善。

竖炉炼铁,开始一般采用木炭作原料。根据在汉代冶铸遣址的考察,发现有用煤的痕迹,有人推测汉代可能使用煤炭作冶铁燃料。约公元4世纪的《水经注》一书中也记有:“屈茨(新疆库车)二百里有山,夜则火光,昼则旦烟,人取此山石炭冶此山铁,恒充三十六国用。”说明用煤炼铁已传到西北边陲。这个结论还有待实物证实。

用煤冶炼缺点很多,容易堵塞炉逍,并把煤中硫、磷等杂质带入铁中。

至迟在16世纪时我国就发明了炼焦技术。《开工开物》(1637年成书)中把煤炭分为明煤、碎煤和末煤。碎煤有两种:饭炭和铁炭。“……炎平者日铁炭,用以冶锻”。铁炭“炎平”是无烟煤,是炼焦的煤。

大量使用焦炭炼铁始于1709年。英国人达比先把煤炼成焦炭,然后用焦炭炼铁。这样不仅解决了燃料问题,而且焦炭质地坚硬,可以承受较大的压力,使炉子能够加高、增大,产量大幅度增长。焦炭又是多孔的,有利于炼铁过程中化学反应进行,所以是极为理想的燃料和还原剂,自那时起一直使用至今。

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