过快的燃烧,使得炼铁过程中需要不断添加新木炭,温度在这一反复传递过程中就会有所降低,无法稳定维持铁融化所需的高温。
虽然配合使用良好的鼓风和高炉保温设施,可以勉强将铁融化成铁水,但效率并不高。
而且木炭含有的杂质很多,炼出来的铁品质也不算好。
直到后来人们将燃料的选择放在了煤上。
煤是古代植物遗体,在缺氧过程中经过漫长的微生物转化和物理化学变化逐渐形成的。
未经处理的原煤,直接燃烧效率较低。
但是就像木柴经过干馏变成木炭一样,煤经过干馏后变成焦煤,密度、热值大幅度提升,且持续燃烧的时间远长于木炭,可以稳定维持高温,使铁充分融化成铁水。
要干馏出可以用于炼铁炼钢的焦煤,首先要经过洗煤,降低煤的杂质。
用筛子装着煤,用水不断浸洗冲洗,当煤呈现出颗粒状且发亮时,就表明煤的混合杂质已经基本去除。
与焖制木炭的过程相近。
用耐火材料建造一个隔绝空气的炼焦炉,并在炉内建造内墙,分隔出燃烧室和炭化室,使炼焦煤不直接参与燃烧。
装炉后开始加热干馏。
在干馏过程中,煤在不同温度阶段发生变化。在约100 - 350℃时,煤中的水分和吸附气体被脱除。
350 - 600℃时,煤中的焦油、轻油等挥发分逐渐析出。
(后世可以通过技术手段,将这些气态轻油收集起来,通过后续分馏、催化重整等手段,从这些轻油中提取出汽油。)
当温度升高到600 - 1000℃,煤中的碳发生聚合、缩合等反应,逐渐形成焦炭,同时产生大量的煤气。
整个过程中,通过炉壁传导热量或其他加热方式维持温度,并且持续一定时间(通常10 - 20小时左右,不同炉型和工艺有所不同),保证焦炭质量。
炼焦完成后,将炽热的焦炭从炼焦炉中推出,通过喷水的方式使其快速冷却,这种方法简单,但可能会使焦炭产生一些裂纹,对强度有一定影响。
后世是利用惰性气体(如氮气)与炽热焦炭进行热交换,回收焦炭的热量,同时使焦炭冷却。
此法可提高焦炭质量,减少环境污染,并且回收的热量可以用于发电等用途。
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有了焦煤后,炼铁就容易多了。
首先制作一个用耐高温材料砌成的高炉。