第39章 铁碳相图

刘云龙思考着近期的发展方向。

尽管市场上可以买到焦炭，但市场上买到的焦炭都是中低温焦炭，含硫量比较高，不能用来炼钢，因此他前段时间让秦银华、唐凯去练习炼焦，现在他俩已把焦炭炼成了，该正式炼焦了。

炼焦后的煤焦油该好好利用，里面有氨、苯、萘、酚等，得建个蒸馏窑把这些成分分离出来，将来开办化工厂后可生产各种化工品。有些化工品的生产需要压力和不锈钢，只能等以后再慢慢解决，现在先把蒸馏出来的各种馏分储存起来。

西山岛的石灰石可以烧石灰外，还可以炼钢、烧制水泥。

清明山的石英砂除了可以做炉衬材料，还可以熔炼玻璃。

阳山的白泥矿开采后，主要用来烧制耐火砖，得自己建个砖窑，将来也可以烧制普通建筑用砖。

潭山硫铁矿可以用来提取硫磺、制备硫酸。

用硫铁矿在高温时产生的二氧化硫与碳反应，就能生产二氧化碳和硫磺蒸气，将硫磺蒸气溶于水冷却就能提取硫磺。

用硫铁矿制取硫酸，他准备直接用后世高中期间学过的催化法，只是工序比较多，需要加热、除尘、净化、转换（二氧化硫转化为三氧化硫）、接收，但可以制取浓硫酸。也可直接点燃制取的硫磺产生二氧化硫后来制取硫酸，可以省却除尘、净化工序。

有了硫酸，就能生产盐酸。盐酸的生产可以利用食盐与浓硫酸反应生产硫酸钠和氯化氢气体，将氯化氢气体溶于水就可得到盐酸。

至于硝酸的生产，目前只能先利用硝酸钾与浓硫酸反应生成硫酸钾和硝酸气体，将硝酸气体溶于水就是硝酸，将来炼焦时得到的氨气也可以用来制硝酸。

现在已有了甘油，待今后有浓硫酸、浓硝酸后，就可生产硝化甘油炸药。有了炸药，开矿的效率能提高好多倍。

将来找到磷矿后，制取白磷后在氧气中燃烧生成五氧化二磷，五氧化二磷溶于水就是磷酸。也可用浓硫酸与磷矿石直接反应，滤去硫酸钙后也能得到磷酸。

炼钢需要铁矿石和生铁。陈家沟的磁铁矿还没开采，可以先收购生铁来炼钢。崇祯年间中国的生铁产量已达20多万吨，所使用的最大炼铁炉每日可产铁3600斤（约2吨），采购的生铁暂时够用来炼钢了。现在没有电力，只能采用平炉炼钢。今后还要从硫铁矿、铅锌矿、磁铁矿中提取铅、锌、银、金。

他准备把玻璃窑放在盘门外西边新买的40亩地，其余炉窑都建在七子山。

为了炼钢，他努力回想着读书时背了一周的铁碳相图。那还是大学期间学《工程材料》时为了应付考试才背下来的。

铁碳合金中，碳含量小于0.02％的称为熟铁，碳含量介于0.02％～2.11％的称为钢，碳含量高于2.11％的称为生铁。钢中含碳量在0.10～0.25％之间的称为低碳钢，碳含量高于0.25％的称为高碳钢。他凭着记忆把铁碳相图画了出来，回想着各个点、各条线的意义，A点表示纯铁的熔点，B点表示包晶反应时液态金属的成分点，E点表示共晶反应渗碳体的成分点，K点表示共析反应时渗碳体的成分点，1495℃的HJB线表示发生包晶反应，冷凝时反应的结果形成奥氏体；1148℃的ECF线表示发生共晶反应，此时液相、奥氏体、渗碳体三相共存，冷凝时是奥氏体与渗碳体的机械混合物，称为莱氏体；727℃的PSK线发生共析反应，此时铁素体、奥氏体、渗碳体三相共存，冷凝时得到铁素体、渗碳体的机械混合物，称为珠光体。

他反复回想了几遍，确认铁碳相图无误后，把铁碳相图存放好，省得今后丢了再画。

画好铁-碳相图后，他就在家绞尽脑汁设计玻璃窑、炼钢窑、炼硫窑、硫酸窑、盐酸窑、硝酸窑、制碱窑及钢铁轧制设备的图纸。

玻璃窑、砖窑、炼焦窑、蒸馏窑、炼硫窑、硫酸窑、盐酸炉、硝酸炉、磷酸炉、炼钢窑、水泥窑等比较简单，只用砖砌炉体、石砌炉体就可以了，但制硫酸、制硝酸、制盐酸时各种气体、液体的架空输送管道，无法再用砖砌体、石砌体，需要用到钢管、铁管，这些管道的连接又需要采用丝扣连接。各类管道中还需要阀门，因此得解决带法兰铁管的铸造及铸铁阀门的铸造，钢管与阀门的连接就用法兰连接。阀门有闸阀、止回阀、调节阀等，大多是用铸铁铸造的。

各种熔炉都要控制温度，待熔炼玻璃后，可以用于制造温度计。今后有机会了，还要解决压力表、流量表等仪表。

他把各种窑体结构、进料口、出料口、燃烧室、物料运输道、烟囱、气体管道等都一一画了出来。

自己在后世是搞建筑结构的，苏州地区的黏土层通常每平方米可承受18-22.5吨的荷载，现在自己设计的几种窑炉，由于容量小，炉窑基础还不需要打桩。今后炉窑容量大了，再考虑做石钉桩、石灰桩，甚至钢筋混凝土桩。

炼焦窑、蒸馏窑、储存池、砖窑、炼硫窑、硫酸窑、盐酸窑、硝酸窑、炼钢窑、水泥窑等，再加上今后要提炼铅、锌、铜、金、银的几个小炉，考虑到安全距离，平面布置正好占满了七子山那边的400亩地，还预留了一个炼铜窑的位置。

平面布置完成后，再设计炼钢厂的各工段。

钢板、圆钢、钢管的生产要占很多地，在炼钢厂完成。轧制钢板、圆钢、钢管时应连铸连轧，这样可以省却大型轧机。轧制时应采用水平连铸机，这样铸坯不需要矫正，铸坯的结晶长度范围内受力分布均匀。钢管轧制要用压力穿孔机，为轧制各种口径、壁厚的钢管，需要配备多种型号的芯棒。圆钢轧制分粗轧、精轧，为轧制各种口径的圆钢，要配置不同孔径的孔型。钢板轧制用二辊式轧机，为轧制各种厚度的钢板，要配置不同规格的二辊式轧机。轧制时所有的轧件都需要辊轴输送，钢管、圆钢、钢板连轧时还要有切断设备。辊轴、穿芯棒都要用耐高温的材料制作，耐高温的钢材一般用含锰、铬、铝、硅的钢材，今后必须去找锰矿、铬矿、铝土矿。

七子山的炼钢窑炼钢后可铸成钢锭，运到城内铁铺，用于铸造、轧制各类小型零部件和特殊形状的结构件。

......

在他进行厂区的平面布置设计、工段设计及各窑炉的结构设计时，平江大街、临顿路有几个掌柜来预定了60台新式织机。他立即让纺织公司的人把织机组装后给那些掌柜们送过去，他太需要钱了，60台织机的利润就是1.32万两银子。

这几天有近800多个工人来应聘，这些工人大部分是难民，他们不怕路远，只求有个住的地方。

工人由贝喜鲁去面试，只要没严重疾病，能干体力活就行。

也有一些读书人来应聘做管理人员，他们由刘云龙亲自面试，凡稍微懂一点矿石知识、冶炼知识的都被优先录取。

这些被录取的管理人员和工人，有的被留在了铁铺，其他的随即被派往各矿区，参加修路、筑桥、造码头、盖房子。

解决了炉窑的结构设计后，刘云龙开始考虑炉衬材料。

所有的炉窑，包括将来的高温化工反应釜都需要炉衬材料、隔热材料。

炉衬材料有三种，即酸性、中性、碱性。使用哪一种性质的炉衬材料与使用的助熔剂有关，如助熔剂为碱性物质如石灰，应使用碱性炉衬，需要用到镁砂砖。也就是说炼钢、烧制玻璃都要用到镁砂砖。

高岭土砖、石墨砖、黏土砖都属于中性炉衬材料。黏土砖自己不用去寻找，陆慕就有很多私人砖窑，但黏土砖高温下强度低，只能用于不与熔液接触的部位。高岭土矿即将开采，但苏州没有石墨矿，得另外去寻找石墨矿。

即将开采的石英砂矿烧制的石英砂砖属于酸性炉衬。

镁砂存在于方解石和菱镁石中。菱镁石一般不单独成矿，广泛与硫铁矿、石英石、黄铜矿、萤石矿共生。现在不必急于去寻找镁砂矿，有一种最简单获得镁砂的办法，海水中含有4％的镁，盐场晒盐后的卤水中镁的含量更大，用卤水和石灰乳一起烧煮，卤水中的氯化钠、氯化钾并不能与氢氧化钙反应，而卤水中的氯化镁与氢氧化钙反应生成氢氧化镁，将氢氧化镁煅烧后就能炼制粗制镁砂。

有了炉衬材料还得有隔热材料。他在后世搞建筑时就经常遇到保温隔热材料，如屋面、外墙都有保温隔热材料，只是炉窑的隔热材料不能用普通隔热材料，需要用耐高温的石棉。现在他铁铺里的铁匠穿的衣服就是用石棉做的。

现在就缺石墨了。

刘云龙回想着后世的知识，东北、山东、安徽、江西有石墨矿。尽管东北的石墨储量占到全国的80％，但目前东北被皇太极控制着，没法去开采。如现在去山东开采石墨矿，路途远，运输困难。安徽的石墨矿主要在徽州、宁国、安庆，安庆在长江北面，属于南直隶安庐巡抚管辖，去安庆开矿的话，要花很多周折，而且还会受到张献忠“流民”军队的威胁。要开采石墨，看来最方便、最安全的就是去徽州或去宁国。

徽州的砚台、研墨之所以出名，就在于徽州很早之前有石墨，只是后来研墨不用石墨，改用松烟墨了，所以很久没人去开采石墨了。尽管徽州的石墨储量与东北、山东的石墨储量比起来是小儿科，但自己小规模使用应该够用了。

徽州府境内的石墨矿有2个，一个在休宁县的项山，一个在黟县的石墨岭。后世在黟县有个旅游胜地西递镇，离镇不远就是石墨岭。

宁国府境内的石墨矿位于宣城附近的双桥地区、朱桥地区，在后世都是露天矿。

既然去徽州开矿，那就顺便在徽州开采其它矿石。

来自后世的刘云龙曾多次去过皖南自驾游，登过黄山，爬过齐云山，玩过牯牛降，走过徽杭古道，在西递、宏村、瑶里、龙川赏过秋色、住过民宿，旅游途中也见到过这些矿山。尽管是300多年后的事，但地形不会改变很多。

读大学时在图书馆，他也看到过关于徽州的风土人情介绍，古代徽州不仅出徽商，后世徽州也是小矿业众多，有煤矿、铁矿、铜矿、钨矿等。

他努力地回想着在读书期间看过的资料，徽州主要的矿产是石煤、烟煤、铁矿、钨矿、磷矿、金矿，还有石英、长石、方解石等矿，石煤的储量就达到30多亿吨。

黟县除了西递的石墨外，在石山有石煤，储量达9亿多吨。

休宁县的蓝田有石煤、磷矿，汪村有煤矿，南塘有黄铁矿，九亩丘有铜矿，天井山有金矿，岭南有石英矿。

歙县的岩寺有煤矿，狮石有磁铁矿，佛川有铬铁矿、镍矿，仅镍储量就达270多万吨，金川有褐铁矿、钨矿。

尽管石煤的发热量低，不能炼焦，但可以烧窑制砖，制成煤球后用于家庭煤炉用，将来也可以发电。

徽州的石煤中还伴生钒石，如含量按0.8％计，五氧化二钒的储量就达2400万吨。五氧化二钒不仅可利用碘化钙来提取金属钒，今后很多化工生产中是重要的催化剂。有了钒石就可生产钒钢。钒钢是一种极重要的工具钢，很多切削刀具就是用钒钢制作的。

徽州的褐铁矿、磁铁矿都可以炼铁。

可惜，徽州没有锰矿，不过与苏州隔太湖相望的长兴有锰矿，铜陵的天门镇也有锰矿。

刘云龙在后世读书期间也曾多次去过长兴、安吉旅游，知道长兴的和平镇（明代叫嘉会镇）有赤铁矿、锰矿、硼砂矿。长兴的李家巷镇有黄铁矿、金矿。长兴的煤山镇（明代叫四亩墩）有煤矿，镇名就是因产煤而兴起。

刘云龙在后世曾去铜陵旅游过，看过铜陵矿山公园，也看到过铜陵天门镇整治私采锰矿的新闻报道，据说天门镇杨桃山的锰矿都是出露地面的，地表面上部是二氧化锰矿层，下部是碳酸锰矿层，锰矿层下面是煤矿。由于铜陵大通煤矿开采了煤矿后，为了煤矿的安全，后来停止了上部锰矿的开采。当地居民就私自开挖锰矿，当地监管部门为了煤矿的安全，对这些锰矿私采点进行了集中整治。

长江边的池州还有煤矿、锰矿、金矿、银矿。如贵池区附近有个馒头山煤矿，当地人称为煤炭山。馒头山附近有个马衙锰矿。贵池的抛刀岭有大型金矿。梅街镇刘街村附近有银矿。

......

刘云龙经过一番考虑后，决定先去池州府、徽州府境内找矿。