节13 炼铜
节13炼铜
知道了基本的原理之后，金属的冶炼其实并不神秘。
比如想要冶炼氧化亚铜为主的赤铜矿，那么只需要加上碳去置换掉氧化亚铜中的氧就可以了。当然，在反中用需要很高的温度才能从从稳定的分子结构中置换出氧原子。
高温，是金属冶炼之中除了碳之外的第二个要素。
原理上很简单，也没有什么神秘之处，但高温这一点却难倒了从古至今无数的科学家与工程师。即便是在被认为科学发达的地球上，如何达到足够的高温依然是个巨大的难题。
当然古人的纠结是如何让温度达到青铜、钢铁融化的程度，而现代人所纠结的是如何产生太阳般的高温，如何增加核心温度，如何提高高温所持续的时间，如何让高温变得可控……
……围绕着温度，由无数世界性的难题困扰着人类，阻碍着人类前进的步伐。
而困扰着陈征前进步伐的，同样是在现代人看来无比简单，而对身处异星的陈征来说却无比艰难的事情——如何才能用木炭达到一千两百度以上的高温。
铜单质的熔化温度高达1300多度，铁单质的熔化温度为1500多度。
相对于单质来说，合金的熔化温度就低得多了，比如青铜就只有900至1000度，虽然根据配方的不同，青铜的熔点也不尽相同，但一般来说都低于1000摄氏度。
如果没记错的话，氧化亚铜的熔化温度应该在1200度左右，远高于一般的青铜。
普通的煤炭燃烧温度大概在900度左右，优质褐煤在民用锅炉中的燃烧温度也不过是1000度。炼钢厂中无烟煤在鼓风机的帮助下燃烧温度可以达到1700至1900度，而使用焦炭的高炉才能到达2300度的高温。
可以看得出，即便是在科技发达的现代，普通的民用温度也很难超过1000度，况且这还是在使用煤炭作为燃料的情况下。
至于木炭的燃烧温度就更低了，只有区区700度，在有着“先进”的泥胚炉膛、鼓风设备（风箱）的情况下，木炭的燃烧温度可以勉强达到1000度。
中原地区古代很少有使用“石炭（煤）”的纪录，即便是冶炼金属也多使用木炭。
青铜的冶炼温度很低，在使用木炭的条件下也可以使其溶化。而铁就不一样了，即便是开始普遍使用的铸铁（主要成分为铁、碳、硅），其熔点也要超过1200度。
别看这差距只有区区200多度，这200多度就是区分铁器时代与青铜时代天堑般的鸿沟。人类文明用了数千年的时间才跨越了这区区200度的瓶颈。
比较一下上述所说就不难发现，为什么古代先经历了“青铜时代”，然后才是“黑铁时代”。
用区区木炭来冶炼熔点1200度的氧化亚铜其中的难度不言而喻。不过对于陈征来说，他与摸石头过河的古代人不同，既然有着前人之慧，那么他要做的只是弯腰去拾就好了。
比起简单粗暴的碳化池，接下来陈征要做的事情既是人类文明曾经迈过的重要一步——冶炼高炉。
准确的说，其实是类似土法炼钢时期的小高炉。
当然，由于没有优质无烟煤，用木炭代替的话陈征还需要做一些结构上的调整。
在这些调整中最重要的部分，可以说是占了整个工程百分之50以上工程量的，就是鼓风设备以及热回收系统。
没错，为了用木炭达到更高的温度，陈征需要更加复杂的系统。
首先要做的是设计工作。
摊开一块风干的树皮，陈征用一根细细的木炭条在凹凸不平的纸面上写写画画起来。
鼓风系统自然就是鼓风机，说白了就是个大号的人力风箱。就其风箱本身来说，难度并不高，不过如何提供动力，如何达到足够大的供风量，这才是最大的难题。
不过好在陈征需要冶炼的铜矿并不多，即便再背回来几箱子，一个几倍于普通风箱的鼓风系统就能搞定了。
至于动力问题嘛，自然不是由人的手臂来回推拉这种费力模式。陈征设计了个类似老式火车的传动系统，可以将下踩的力转化为圆周运动。再由简陋的皮带系统带动整个风箱循环往复。
而风箱的设计，也是无论推拉都可以进风的“双动式活塞风箱”，可以连续不断的鼓风。
热回收系统说得高端，其实说来更加简单，无非就是将炙热的废气与风箱鼓进来的新鲜空气混合，再重新送回炉膛中。
这样的话一方面提高了进风温度，有利于提高炉心温度，另一方面废气中的氧气和燃烧不完全的一氧化碳也可以重新进入炉膛二次反应，大大提升了反应效率。
不过这个废气回收系统如何设计、气密性如何解决、如何利用风箱的力量将废气和空气充分混合……这些，才是整个工程中最大的设计难点。
当这些困难一一攻克之后，陈征就能得到一部分纯度不是很高的铜了。至于如何去除这些铜制品中的杂质……那就是另一个更加庞大的问题了。
在树皮纸上比比划划了一个多小时，陈征终于满意的停下了笔。想象中的困难在这段时间里被陈征逐个解决，当他放下那根纤细的碳条时，心中还颇有些自得。
的确，在工程上用一些小小的改变就实现了困扰他多时的难题，那种感觉的确非常不错。不过很快的，陈征心中的这份得意就变成了苦涩。
计划了半天之后，他发现有一个最重要的部分他忘记计算了，那就是……天气！
在如此寒冷的天气下，他要如何打泥胚砖？如何溜缝？
就算烤化了地面，融出了雪水调出泥浆来，那打成了泥胚砖后要如何风干？没等泥胚子晾干就要被冻裂了！
同理，就算一切顺利陈征砌出了小高炉，但是密封问题怎么解决！？用和好的稀泥溜缝？没等泥干呢墙也要被冻裂啊！！
“……看来还有很多事情要做啊……”
陈征无奈的摇了摇头。
嘴上说和落在纸笔上，比起实际要做的，那可真是简化太多太多了。
不过嘛，这些困难总会有办法克服的，只是计划要稍微调整一下了。
在砌小高炉之前，陈征还需要搭建个烘干室。
“还要再扩大一些才行……”
陈征看着冒出袅袅青烟的碳化池喃喃自语。
知道了基本的原理之后，金属的冶炼其实并不神秘。
比如想要冶炼氧化亚铜为主的赤铜矿，那么只需要加上碳去置换掉氧化亚铜中的氧就可以了。当然，在反中用需要很高的温度才能从从稳定的分子结构中置换出氧原子。
高温，是金属冶炼之中除了碳之外的第二个要素。
原理上很简单，也没有什么神秘之处，但高温这一点却难倒了从古至今无数的科学家与工程师。即便是在被认为科学发达的地球上，如何达到足够的高温依然是个巨大的难题。
当然古人的纠结是如何让温度达到青铜、钢铁融化的程度，而现代人所纠结的是如何产生太阳般的高温，如何增加核心温度，如何提高高温所持续的时间，如何让高温变得可控……
……围绕着温度，由无数世界性的难题困扰着人类，阻碍着人类前进的步伐。
而困扰着陈征前进步伐的，同样是在现代人看来无比简单，而对身处异星的陈征来说却无比艰难的事情——如何才能用木炭达到一千两百度以上的高温。
铜单质的熔化温度高达1300多度，铁单质的熔化温度为1500多度。
相对于单质来说，合金的熔化温度就低得多了，比如青铜就只有900至1000度，虽然根据配方的不同，青铜的熔点也不尽相同，但一般来说都低于1000摄氏度。
如果没记错的话，氧化亚铜的熔化温度应该在1200度左右，远高于一般的青铜。
普通的煤炭燃烧温度大概在900度左右，优质褐煤在民用锅炉中的燃烧温度也不过是1000度。炼钢厂中无烟煤在鼓风机的帮助下燃烧温度可以达到1700至1900度，而使用焦炭的高炉才能到达2300度的高温。
可以看得出，即便是在科技发达的现代，普通的民用温度也很难超过1000度，况且这还是在使用煤炭作为燃料的情况下。
至于木炭的燃烧温度就更低了，只有区区700度，在有着“先进”的泥胚炉膛、鼓风设备（风箱）的情况下，木炭的燃烧温度可以勉强达到1000度。
中原地区古代很少有使用“石炭（煤）”的纪录，即便是冶炼金属也多使用木炭。
青铜的冶炼温度很低，在使用木炭的条件下也可以使其溶化。而铁就不一样了，即便是开始普遍使用的铸铁（主要成分为铁、碳、硅），其熔点也要超过1200度。
别看这差距只有区区200多度，这200多度就是区分铁器时代与青铜时代天堑般的鸿沟。人类文明用了数千年的时间才跨越了这区区200度的瓶颈。
比较一下上述所说就不难发现，为什么古代先经历了“青铜时代”，然后才是“黑铁时代”。
用区区木炭来冶炼熔点1200度的氧化亚铜其中的难度不言而喻。不过对于陈征来说，他与摸石头过河的古代人不同，既然有着前人之慧，那么他要做的只是弯腰去拾就好了。
比起简单粗暴的碳化池，接下来陈征要做的事情既是人类文明曾经迈过的重要一步——冶炼高炉。
准确的说，其实是类似土法炼钢时期的小高炉。
当然，由于没有优质无烟煤，用木炭代替的话陈征还需要做一些结构上的调整。
在这些调整中最重要的部分，可以说是占了整个工程百分之50以上工程量的，就是鼓风设备以及热回收系统。
没错，为了用木炭达到更高的温度，陈征需要更加复杂的系统。
首先要做的是设计工作。
摊开一块风干的树皮，陈征用一根细细的木炭条在凹凸不平的纸面上写写画画起来。
鼓风系统自然就是鼓风机，说白了就是个大号的人力风箱。就其风箱本身来说，难度并不高，不过如何提供动力，如何达到足够大的供风量，这才是最大的难题。
不过好在陈征需要冶炼的铜矿并不多，即便再背回来几箱子，一个几倍于普通风箱的鼓风系统就能搞定了。
至于动力问题嘛，自然不是由人的手臂来回推拉这种费力模式。陈征设计了个类似老式火车的传动系统，可以将下踩的力转化为圆周运动。再由简陋的皮带系统带动整个风箱循环往复。
而风箱的设计，也是无论推拉都可以进风的“双动式活塞风箱”，可以连续不断的鼓风。
热回收系统说得高端，其实说来更加简单，无非就是将炙热的废气与风箱鼓进来的新鲜空气混合，再重新送回炉膛中。
这样的话一方面提高了进风温度，有利于提高炉心温度，另一方面废气中的氧气和燃烧不完全的一氧化碳也可以重新进入炉膛二次反应，大大提升了反应效率。
不过这个废气回收系统如何设计、气密性如何解决、如何利用风箱的力量将废气和空气充分混合……这些，才是整个工程中最大的设计难点。
当这些困难一一攻克之后，陈征就能得到一部分纯度不是很高的铜了。至于如何去除这些铜制品中的杂质……那就是另一个更加庞大的问题了。
在树皮纸上比比划划了一个多小时，陈征终于满意的停下了笔。想象中的困难在这段时间里被陈征逐个解决，当他放下那根纤细的碳条时，心中还颇有些自得。
的确，在工程上用一些小小的改变就实现了困扰他多时的难题，那种感觉的确非常不错。不过很快的，陈征心中的这份得意就变成了苦涩。
计划了半天之后，他发现有一个最重要的部分他忘记计算了，那就是……天气！
在如此寒冷的天气下，他要如何打泥胚砖？如何溜缝？
就算烤化了地面，融出了雪水调出泥浆来，那打成了泥胚砖后要如何风干？没等泥胚子晾干就要被冻裂了！
同理，就算一切顺利陈征砌出了小高炉，但是密封问题怎么解决！？用和好的稀泥溜缝？没等泥干呢墙也要被冻裂啊！！
“……看来还有很多事情要做啊……”
陈征无奈的摇了摇头。
嘴上说和落在纸笔上，比起实际要做的，那可真是简化太多太多了。
不过嘛，这些困难总会有办法克服的，只是计划要稍微调整一下了。
在砌小高炉之前，陈征还需要搭建个烘干室。
“还要再扩大一些才行……”
陈征看着冒出袅袅青烟的碳化池喃喃自语。