加入这个贴吧一年多了，吧内不少贴，由于对冶金和材料学没有任何认识，差不多所有的观点都错得离谱，而且大有以讹传讹，谣言越传越夸张的趋势。我在这里就写两句，尽量用通俗的用语让尽量多的人能明白，所以肯定不专业，冶金材料专业人士就请手下留情，能补充纠正的请参与，谢谢。


第一个我想科普的东西，就是中国古代领先世界的钢铁生产技术和铸铁、熟铁、和钢的区别，顺便，也澄清一下吧内很多人对铸铁的误解。不少吧友在百度看了脱炭铸铁钢和球墨铸铁的词条注释，就各种幻想，没有意思的，因为上面写的东西，不全面，而且吧友也很喜欢将里面写的一两句符合自己观点的文字无限放大，更加容易曲解词条。


在解释制钢之前，我们首先要认识炼铁。古代和现代的炼铁，首先要选矿，可以是矿石也可以是矿砂。矿砂的生成与水有关，都是因为水冲刷各种地貌，含铁的砂在河床中积聚形成，铁矿砂一般含铁量较高，是炼铁的好材料，基本上可以直接冶炼。至于矿石，由于是开采的，杂质多，而且是块状，所以古人会先用火把矿石烧烤，敲碎成粉，才能冶炼。至于铁的冶炼，绝大多数人以为它是个物理反应，觉得把铁矿料加热到铁的熔点，铁水就会流出来，这是错得离谱的认识。可以做个小实验，拿实验室用的电炉把铁矿砂/粉加热到摄氏一千六百度，结果是，没有铁水会流出来，反倒是冷却后，烧出了一块玻璃状的石头。铁的冶炼其实是化学反应，是在高温中，碳元素和铁矿砂/粉中的其它较活泼的元素及杂质发生了反应，夺人所爱，逼迫“较为不那么活泼”的铁元素成了孤家寡人，从而析出的过程，是化学里的还原反应，这就是铁的冶炼的基本原理。古人的炼铁炉，不论古今中外，基本结构都差不多，都是用泥土做一个中空的小塔，升火，然后在里面先一层炭，再一层铁矿砂/粉，在下面不断鼓风，上面不断地加炭加铁矿砂/粉，经过一天或数天，把铁炼出来的。实际上，铁在冶炼妒里的化学反应会比上面的解释复杂得多。最初的冶炼炉，由于人类的知识和经验不够，鼓风位置在炉底，没有设计专门的出渣信道，所以炼铁炉熄火后，把炉壁打开，在炉底会有一陀海绵状黏着玻璃物的铁。这些玻璃状的东西就是原本铁矿砂/粉里含有的各种矽盐杂质，由于高温，液化后留在了炉底，就是炉渣，是应该要清除掉的。另外，为什么炉底的铁是海绵状，中间有很多空洞呢？原来，铁矿砂/粉在炉的顶部被烧红的木炭加热，与碳元素发生了还原反应之后，又继续与碳反应，碳元素渗入溶解在铁内，形成固溶物，同时也生成碳化铁，这些铁和碳的混合物就是生铁，即含碳量超过2.14%的铸铁，熔点很低，只有最高约1200摄氏度，比纯铁的熔点1538摄氏度低300多，这就是虽然木炭作燃料的冶炼炉无法达到1600摄氏度但仍能炼铁的原因，当熔化的生铁小液珠慢慢沉降至炉底时，由于炉底不断鼓风，空气中的氧又不断冲击，导致这些生铁小液珠又氧化脱碳，再加上炉渣，氧和碳及各种杂质生成的气泡，导致最后生成的铁块成海绵状，而内里，由于炉底过量的氧气的输入，导致铁内的碳没有剩下多少，基本上就是铁了。冶炼出来的海绵铁，基本上是以少量的生铁，微量的钢，大部分的熟铁和杂质组成，所以必须要用热锻去清除杂质。海绵铁被加热后，用锤一敲，首先被清除掉的就生铁和各类玻璃状物，因为生铁(铸铁)和玻璃物不能被锻打，直接会被敲碎脱出。剩下的熟铁杂质团，虽然含有极少量的钢，由于必须要用高温不断反复锻打、折叠，再锻打、再折叠来将铁团中的杂质挤出来，实际上，铁团中所剩无几的碳也会被氧化消耗掉，最后打出来的只有铁。这就是欧洲人玩劣质海绵铁的内幕。之前出于无聊，我曾经上过冷兵器吧看过几个所谓大神的互撕，争论什么欧洲出土的炼铁炉遗蹟里的海绵铁有钢的成分，一边是为洋爹喝彩，看，欧洲人多先进，另一边是质疑，但弄不出干货，最后变成是自己质疑自己。一帮所谓神仙在打架，最后是满天神佛，招摇撞骗。实际上，海绵铁就是以熟铁为主，什么乱七八糟的东西都混在一起的一陀东西，极原始的。这陀东西，有点类似你吃海鲜吃多了，拉肚子拉出来的一陀东西，里面屎也有，未消化的上等海鲜也有，但某吧呢，不管这是不是屎，只要里面有一丁点海鲜，立刻会开心地吃下去，而且还会说，真香！




待续

前文再续，书接上一回。

在上面解释了原始人如何玩海绵铁之后，现在来介绍一下我们伟大的祖宗们是如何解决冶炼铁时遇到的杂质和产量问题。老实讲，我们的祖宗是如何能将冶炼海绵铁的炉的原始设计改进成能大量生产生铁(铸铁)的先进设计，之间，走过了一段什麽历程，我无法解答，只能说我们的祖宗太他母亲的牛*了。因为，如果一个冶炼炉能生产生铁水(铸铁)，这从根本上就改变了整个冶炼的流程和原理，因为海绵铁是固态成品，是熟铁，而生铁是以液态产出，含碳量及物理性能完全不同，能作出这个改变，我都不知道我们的祖宗是怎麽弄出来的。当欧洲人还在拼命撸他们的海绵体的时候(容易肾亏)，我们的祖宗已经大量铸造铁制农具和兵器了。那冶炼生铁的炉与海绵铁炉在设计上有什麽不同呢？其实两者的外形几乎一样，只不过生铁炉的鼓风位置不在炉底，而在炉底以上一点的地方，小炉子会是几寸高，巨型炉子可以是几尺。由於鼓风位置的不同，熔溶的生铁液珠，沉降至炉底时不再被鼓进来的空气氧化，得以生成生铁的液池。同时，由於生铁的比重大，比上面的炉渣、木炭、矿砂/粉都轻，所以这些东西实际上是浮在了生铁液的上面。如果在鼓风口和炉底之间开一小口，夹在生铁液和木炭之间的炉渣就能被放出，而放炉渣时，也可以观察到炉内的生铁液是否已充满，接近放渣孔了，即在炉底，可以开孔放铁水了。这就是我们的祖先生产铸铁的过程。


至於所谓的铸铁脱碳钢，其实是我们的祖先在灌钢炒钢法等各种制钢方法出现之前的无奈之举。制作方法是先将生铁浇铸成簿铁条，然后在特制的炉子裏加热，鼓入大量的风，在保持高温的同时，尽量用氧气将生铁的表层氧化脱碳，之后生成了外层是熟铁内裏是生铁的产物。再之后，将这些铁条热锻，原本生铁是不能锻的，而且熔点低，但外面包了这一层熟铁，变成了灌汤包，可以锻打压扁折叠，而生铁裏的碳会随著反复加热和锻打不断向熟铁渗透，以令碳势平衡，多次折叠锻打后，大致成钢，但内裏仍会存在生铁的残余组织。为什麽我们现在的考古研究能知道挖出来的钢制品是否为铸铁脱碳钢？原因就是因为可作冶金材料学裏的金相分析，有大量铸铁组织及氧化铁成分就知道了。
看到这裏，大家应该知道用铸铁铸成甲片，再变成钢是不可能的。这就是我想大家都能走出的一个误区。

之前，我也曾经考虑过山文甲片用铸铁铸造，然后脱碳，但这是不现实的，所以我自己否定自己。




待续

有空再繼續寫

我下周或者有点私人时间，到时写一点吧。

继续写两句，学识有限，惭愧。

古代中国在搞定了小高炉炼铸铁（生铁）之后，就大造特造各种铁器了。铸铁的材料性能比青铜好，铸造铁器又比锻造成本低，效率高，产量大，而且成品的工差小易控制，这些优点令铸铁成为古代中国生产金属制品的首选。另一方面，铸铁又有个缺点，脆。为什么呢？如果用较专业的方式解释，就要解释铁和碳各自的及其化合物的各种微观形态，同时又要引用及解释铁碳合金相图及共晶系统，这都变成冶金学了，沒多少人能搞懂。比较通俗的方法解释，这是由于铸铁含碳量高，在其以液态冷却成为固态时，会走两条路：1.碳会以石墨（较软）的形式析出，以鳞片状夹杂在铁（较硬）里，造成了结构上的缺陷。再通俗点讲，铸铁的微观结构就像夹杂了大量大片状废纸板的混凝土，即豆腐渣工程，一敲就碎。2.碳不以石墨形式析出，但与铁生成化合物（碳化铁），极硬但易碎，掺和在铁里。再通俗点讲，这有点类似在混凝土里加入块状的玻璃，最后还是一敲就碎。

铸铁制作的粗大物件还好，能经得起冲击，比较细薄的物件，摔得重就碎了。那我们牛×的祖宗们又怎么解决这个问题呢，他们发明了铸铁的退火工艺，制造出了可锻铸铁。这里的可锻二字，并不等于说铸铁能被热锻造，而是指其不再脆了，能够被冷加工，例如切、割、削等等。那退火工艺又是什么呢？不用专业解释，用最最最通俗的方法解释，就是把铸铁放入炉内烧红（但又未至融化的温度），以极慢的速度让其冷却（需要一至两天，可以通过封闭炉门，炉体做好隔热，让铸铁在炉内慢慢冷却），之后铸铁中大部分的碳仍然会以石墨态析出，但由于时间充足，析出的石墨会形成小棉絮状，夹杂在铁里，这就有点像混凝土里夹杂了一小团一小团的棉花，虽然还是“杂质”，但不再大范围地影响性能，所以可锻铸铁的性能接近低碳钢。

可锻铸铁在中国古代兵器制造里，用得多的就有如汉代的箭镞，都是通过先铸造，后退火，再机械加工修形，因此能极大量、极高速高效地生产，而且工差极小（试想一下欧洲野人们慢慢地用热锻敲海绵铁箭头的效率）。由于我们汉代祖宗们能大量生产铁箭镞，造成了中国的强弓劲弩发展得特别快，这也是汉代军队能吊打匈奴的其中一个军事科技因素。

（待续）

更新会有的，要等一下。

关于铸铁，发个照片，

这两周，我尽量抽时间再继续写这个小科普。现在，发一些我最近拍的照片吧

真的是太忙了，可能还要再等一段时间才更新了。

15楼的回覆非常好，古代冶炼的炉温由几样东西决定。首先是鼓风，必须大量，才能保证足够的供氧，完全燃烧，所以人力变得不够，需畜力或水力（我们的祖宗对这个做得很好）。第二是燃料的选择，木炭最经典也最干净（含硫较低）但热值较低，一般较疏松的树木烧制的炭（总含碳量较低），平均炉温约1200摄氏度左右，硬而致密的植物烧制的硬木炭，炉温能达到1400摄氏度（国内某研究院的仿古复原实验中用红外测温枪录得）。煤可以达到1600摄氏度以上，但含硫及其它杂质，客易污染铁水，所以科技的进步，出现了炼焦碳去杂质的技术。第三个因素就是炉体的设计，我们的老祖宗首先发明了高炉，炉体的增高，令炉内的热量散失至大气的速度大幅减慢，增高了炉温和效率（较节省燃料）。

古代各国早期都采用木炭作为治炼的燃料，所以炉温都较低，但中国的技术先进，所以炉温稳定，能接近木炭完全燃烧的温度上限。另一方面，由于炉温一直无法达到1600摄氏度以上，炼出生铁水已经是技术上的极限。现代的冶金技术，在1600摄氏度以上，生铁水以液态，鼓入氧气将多余的碳消耗掉，能够生成仍然是液态的钢水。

古代人类能直接用冶炼炉一次性炼出钢的，只有非洲的某个小地区的小部落，而且存在争议。首先他们采用的燃料是干燥气候区域里长成的植物，硬而致密，烧成的炭热值极高，合理鼓风前提下，炉温接近1400摄氏度。同时，他们的冶炼炉是建在小土坡的侧面，炉膛实际上是在土坡里挖个洞，热废气排出口被挖成几个小通道，紧贴鼓风通道，实际上就是最原始的废气热转换（回收）设计，因此鼓入炉内的空气已被预热，所以最终的炉温能达1600摄氏度以上，能直接炼出极少量的钢。但很显然，由于炉体烧蚀极快（沒有现代的耐火材料设计），燃料选择的特殊性，这种非洲的技术产量极低，无法在非洲其它地区普及，因此对世界冶金技术进步的影响为零。

各位对冶炼炉温感兴趣的，请细心阅读我在46楼发的照片。