为一种普遍运用的制钢法了。至于它的发明时代,估计是在东汉末年。
南北朝之后,灌钢法不断发展,逐渐成为这一时期甚至是此后整个中国古代最重要的炼钢法,然而它也逐渐走向了它的反面,从帮助锻造铁器打败铸造铁器,到阻碍锻造技术在中国的发展。李行云的祖父在笔记中思考和论述过,灌钢发生这种转变的原因到底是什么?
沈括的《梦溪笔谈》是最早详细介绍灌钢法的古书,有关的卷三《辩证一》内容如下:“世间锻铁所谓钢铁者,用柔铁屈盘之,乃以生铁陷其间,泥封炼之,锻令相入,谓之‘团钢’,亦谓之‘灌钢’。此乃伪钢耳,暂假生铁以为坚,二三炼则生铁自熟,仍是柔铁。然而天下莫以为非者,盖未识真钢耳。”这里比较清楚的说明了宋代灌钢的一般工序。
虽然沈括记载的是宋代灌钢技术,但据李曜所知,现在大部分的铁坊也都是这么做的,具体就是把熟铁条卷成螺旋状,然后把生铁片塞入螺旋之间的空隙中。然后用泥封住炉灶,或者是封住铁团本身,开始燃烧加温,直到1200摄氏度以上,生铁熔化,由于泥封,生铁不会因氧化脱碳,而是变成铁水流入熟铁之间,然后冷却取出铁团锻打,就宣告炼制成功。而代州李家的李记铁坊所采用的办法略有不同,主要实在前面几道工序有区别,李记铁坊是将熟铁锻成细条,然后盘成一团(大概类似蚊香),然后把生铁片置于熟铁“蚊香”之上,后面的部分都一样。
这两种办法听起来这是不错的办法,技术简单,成本低,而炼出来的是钢。然而李曜清楚,有两个问题不能忽视:一、铁水本身,不是好的渗碳剂。除了中国的灌钢和欧洲曾短暂尝试的弥散法之外,古今都没有采用生熟铁杂合炼钢法的,尤其现代炼钢业无一采用这种方法,这就很能证明问题了。
铁水是一种粘稠的液体,这种特性使碳分和其它杂质较多的留在它内部(不要忘记灌钢时铁团已经被泥封起来了,氧化现象是比较少的)而较少扩散出去。通俗的说,让铁水熔化渗入熟铁,使它渗碳,就好像把白糖洒在白饭上面,然后放入锅里蒸,指望它从内到外变得一样甜那么困难(相信这里的人都有些生活经验)。绝大多数情况下,只能使碳分渗入熟铁较浅部位,而冷却后的铁水,成为钢中的高碳部分。也就是说,灌钢的特点就是含碳量不均匀;二、更简单的问题,地球重力。铁水熔化后会向下流,冷却后造成钢坯下部含碳量较高而上部含碳量较低——仍是含碳量不均匀。
解决这个问题的方法有二:一是重复这一过程。早期灌钢耗费工时较多,就跟反复灌有关。然而,灌成钢团之后,它的塑性会变得很差,比如沈括所说把熟铁锻成细条,卷曲起来,这要是对钢进行就要困难得多,甚至于不可行。而只灌一次的钢,显然是因为碳分不均匀的问题而被看不起的。虽然问题不少,但时下统一的灌钢法就是这么解决含碳量不均的问题的,李记铁坊也不例外。
但是李曜知道两种改良改进灌钢法的办法。历史上是在明朝出现的。
一种是方以智《物理小识》卷七《金石类》所说:“灌钢以熟片加生铁,用破草鞋盖之,泥涂其下,火力熔渗,取锻再三。”这里主要强调要多次灌、锻。也可以看出明代炼钢炉并不封闭炉口,这样便于氧气进入而提高温度。需要封闭的只是铁团本身。
而李曜曾经熟读的《天工开物》,在卷十四《五金》中介绍了进步的灌法:“凡钢铁炼法,用熟铁打成薄片,如指头阔,长寸半许,以铁片束包尖紧,生铁安置其土上(广南生铁名堕子生钢者妙甚),又用破草履盖其上(粘带泥土者,故不速化),泥涂其底下。洪炉鼓鞴,火力到时,生钢先化,渗淋熟铁之中,两情投合。取出加锤,再炼再锤,不一而足。俗名团钢,亦曰灌钢者是也。”(本段以上括号内是
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