040章石墨坩埚(2/3)

张之洞不顾李鸿章和盛怀宣的劝告，坚持把工厂设在既不是煤炭产地，也不是铁矿石产地的武汉。其理由是他想在武昌的总督署能看到钢铁厂烟囱冒烟，还便于他能随时督察。

后世的领导人把北京的古城墙拆了，又建起首钢，他们的心结大概和张之洞差不多。相对于毫无一用的北京城墙，他们更愿意看到一根根大烟囱冒出浓浓的黑烟，一炉炉的钢水汹涌而出。没有受过帝国主义欺负的后生们是很难体会老一辈人的心情的。

听说东家要炼钢，老张头不愿意了，这个后生不知道天高地厚。自己也是跟了师父的，以老师父30年炼钢的经验，对于炒钢和灌钢还是掌握不好，质量时好时坏，自己就更差了，最后只好在这里做个铁匠，打造农具。你说你才吃了几碗饭，就想炼钢？

唐志也不理他，开始吩咐老张和他的四个徒弟干活，指挥他们把炼铁炉里的木炭全部换成煤碳，把熟铁碎块放进坩埚，盖上盖子，坩埚放在炉篦子上，四周都堆上煤炭，生火。

“拉风箱，起大猛火！”唐志吩咐道。熟铁融化的时间要比较久，还得等一会儿。煤炭开始燃烧，烧成的灰烬不断被清理出去，又加上新煤炭。

“这个煤炭怎么不一样？好像更容易燃烧？”老张有点奇怪。

“这是加了黏土的，当然不一样。”唐志的煤球厂还没有换新产品，因为没有造蜂窝煤的工具。唐志准备把模具、煤球和蜂窝煤炉灶一起出售

唐志采用的是坩埚炼钢，是在石墨黏土坩埚中熔化金属料成为钢水的方法。1742年由英国人亨茨曼首先应用，他将渗碳铁料切成小块置于封闭的黏土坩埚中，在坩埚外面加热，铁料继续吸收石墨中的碳而熔化成为高碳钢水，浇铸成小锭后锻打成所需的形状。钢在坩埚中熔化时，石墨碳还能起还原剂作用。

钢中的氧可以去除，各种夹杂物也能从液态钢中上浮去除，所以钢（工具钢）的质量优于当时的各种金属材料，可用来制造加工金属材料的工具。坩埚法是人类历史上第一种生产液态钢的方法。但是生产量极小，成本高。19世纪末电弧炉炼钢发明后，逐渐取代了它的位置。

英国人亨茨曼发明坩埚炼钢法，在欧洲历史上第一次炼得了液态钢水；这一发明的关键是制造出一种可耐1600高温的耐火材料，以制作坩埚。从此，各种优质钢如工具钢均采用坩埚法冶炼。

至于古印度乌兹钢的炼制也是用坩埚法。在公元前6至5世纪时，由位于印度西北角的海得拉巴（今属巴基斯坦）的冶炼工人制成乌兹钢，后来被售到“安息”（波斯）、条支甚或是埃及等，它们的冶炼方法是：将黑锰矿、竹炭及某些植物叶子密封在一个陶炉里燃烧加热，当这些东西熔化后，其渣滓形成一团金属，然后将此金属反复熔化、冷却四五次，最后炼成直径为5英寸，厚度为0.5英寸，重约2英磅的金属块。

中国古代一直从丝绸之路进口这种乌兹钢，这就是镔铁。由于我们国家并没有掌握这种工艺，很多都是进口的，外国的镔铁源源不断地输入我们国家，在明代的记载中，已经将镔铁神化，认为是神兽消化不了排便产生的代谢物就是镔铁。

石墨坩埚炼钢法原理很简单，首先把坩埚里的熟铁加热融化，用铁钎搅拌。等到铁水沸腾后，舀了几勺拌了萤石粉的石灰倒入坩埚中，待石灰已经变成一层浓浆，浮盖在铁水面上后，用铁棒不停搅拌。这是为了在铁水面上形成一层比铁水轻的熔渣，用以保护铁水不被烧掉，能多炼出铁料。石灰还可以除去铁中的硫元素，中国的铁矿石一般含硫量很高。

上述步骤完成后，就要试一试铁水的含碳量。用这些铁水做一个小铁钉，看看有没有成钢钉，如果铁钉很软，说明还是熟铁。加入几块生铁，提高铁水的含碳量，再试，直到成为钢钉为止，这时坩埚里的铁水就成为钢水。

此时加入砂子搅拌，砂子慢慢地熔化，与原来的浆糊融合在一起形成更稀的浆糊，把铁水全部盖住，沙子能增加钢水的硅含量。再投入几块碎生铁，这就是高碳钢。如果需要合金钢，添加其他的金属就行。

钢材出来之后，接下来就是制造刀剑的问题。即使到了科技发达的后世，钢铁材质的刀剑仍然有一个先天上互为矛盾的问题难以克服，那就是硬度与韧性的两难。钢铁中所含的碳素，经过淬火（急冷）后，来不及扩散迁移，被强制地限制在铁原子的晶格之间，造成了原子晶格的畸变，破坏了平衡状态下碳的分布，当碳含量达到一定程度时，就产生了一种硬而脆的组织，材料学中称之为马氏体组织，随着碳量的增多，脆性增大，影响刀剑挥砍时的耐冲击度，若要保持钢材的韧性，却得牺牲它的硬度，如此一来，刀口将不够锋利，甚至会在劈到硬物后翻卷，这种硬度与韧性的两难，是古今中外所有刀匠一致面对的最大课题。

为了解决这个问题包钢、夹钢、嵌钢，各种方法都出来了，还有退回、淬火、回火、正火和渗碳的方法，都是为了解决这个问题。唐志把这些技巧都教给老张他们。

老张用唐志教给他的嵌钢法打制了一把菜刀，看着打造成型的钢刀目瞪口呆，钢材作刀锋，熟铁作刀