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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。
耐高温材料对于古人来说制作其实没有多么困难。
因为部分陶瓷的耐火能力就非常高。
古人可利用当地已有的黏土、高岭土、石英砂等矿物资源,对这些原料进行筛选,去除明显的杂质提高原料质量。
通过试验不同比例的黏土、石英砂,找到能提高耐火性能的配方。
最后制作成需要的耐火砖形状即可。
有了耐火砖就可砌筑炼铁所需的高炉。
高炉的底座要有足够的厚度,保证热量不会从地面流失。
随后就是以圆形往上一圈一圈砌筑。
最下部位要预留出铁水流出的口。
再往上要预留出浮渣流出的口,以及鼓风口。
最后就是高炉顶端的注料口。
高炉要有足够的高度,让炉料在下降过程中有更充足的时间与上升的高温煤气充分接触。
从炉顶装入的铁矿石、焦炭和熔剂等炉料,在自上而下的运动中,被煤气逐渐加热。
在高炉上部低温区,炉料可以吸收煤气的热量进行预热,随着炉料继续下降,在中部和下部高温区,能更好地完成铁矿石的还原反应。
炉体越高,燃料热量就能更充分地被利用,同时炉体下部的热量也能被更好地保留。
因为铁的熔点非常高,同时铁矿还掺杂着很多二氧化硅杂质。
熔炼过程中,便要在原料中加入石灰石降低铁的熔点,同时石灰石与二氧化硅发生反应形成炉渣。
因为铁水的密度远大于炉渣,铁水会沉降在最底部,炉渣会漂浮在铁水之上。
当炉渣足够多时就会从出渣口流出。
这时再打开底部的出铁口,炙热发亮的铁水就能流出。
不过这时的铁水仍然含有很多的杂质,含碳量也很高。
需要再经过氧化脱碳与除杂,便能制造出比生铁硬度、强度都要高的钢了。】
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