1856年到1861年以降,隨著轉爐鍊鋼法和平爐鍊鋼法的相繼出現和發展,
到19世紀70年代,鋼鐵的產量和品質都達到了前所未有的高度,
灰口鑄鐵炮這才算徹底退出了歷史的舞臺。
但直到現代,灰口鑄鐵仍是鑄鐵中使用得最多的一種。
灰口鑄鐵主要是碳以片狀石墨形式析出的鑄鐵。
它具有一定的強度、硬度,良好的減振性和耐磨性,較高的導熱性和抗熱疲勞性,
同時還具有良好的鑄造性及可加工性,生產工藝簡單,成本低。
所以它是第一種人類能穩定批次生產的,效能優於白口鑄鐵的新型鑄鐵。
相比之下,球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、蠕墨鑄鐵的生產工藝就要複雜很多,
不但生產成本比灰口鑄鐵高,也很難在古代實現穩定批次生產。
球墨鑄鐵在熔鍊過程中,需要新增球化劑和孕育劑來改變石墨的形態,使其呈球狀。
球化劑和孕育劑的新增增加了原材料成本。
而且,球化處理和孕育處理過程對熔鍊裝置和操作工藝要求較高,
需要嚴格控制鐵水的溫度、成分和處理時間等引數。
如果操作不當,可能會導致球化不良等質量問題,增加廢品率,
也等於間接提高了生產成本。
球墨鑄鐵的熔鍊溫度雖然與灰口鑄鐵相近,但由於處理過程複雜,導致綜合成本更高。
其實以古代的技術條件,並非不能生產出球墨鑄鐵。
我國科學家用現代科技手段,對335件戰國至漢魏時期的鐵器做過金相檢測分析,
在包括古滎漢代冶鐵遺址在內的多個遺址出土的鐵器中共發現10餘件球墨鑄鐵。
國際冶金史專家對此進行驗證後認為,
古代中國已經摸索到了用鑄鐵柔化術製造球墨鑄鐵的規律。
儘管如此,古人仍然無法大量產出球墨鑄鐵,勉強生產也是得不償失的。
可鍛鑄鐵的生產首先要鑄造出白口鑄鐵。
白口鑄鐵的熔鍊溫度較高,一般在1250 ~1350℃之間,這就增加了能耗成本。
不過在17世紀,這倒不是甚麼問題,畢竟白口鑄鐵是最容易生產出來的鑄鐵,
泥模鑄造隨隨便便就可以產出白口鑄鐵,指望它產出灰口鑄鐵反而要燒高香。
可鍛鑄鐵的不易生產,成本高主要還在於工藝複雜。
要產生可鍛鑄鐵就需要對白口鑄鐵進行長時間的石墨化退火處理。
這一過程需要消耗大量的能源,並且退火裝置的投資和維護成本也較高。
在古代的技術條件下,也是可以製成可鍛鑄鐵的。
現代在河南鞏縣鐵生溝冶鐵遺址、南陽瓦房莊冶鐵遺址等漢代冶鐵遺址中,
就發現過退火脫碳窯,完全可以將白口鑄鐵處理成可鍛鑄鐵。
雖然可鍛鑄鐵的效能有其優勢,但在古代要勉強批次生產它也是得不償失的。
要批次穩定地生產球墨鑄鐵和可鍛鑄鐵,既需要成熟的冶金學,也需要成熟的溫度控制技術。
而這都要等到19世紀以後才行。
要控制溫度,首先就要先能準確測量溫度。
而最早應用於冶金領域的溫度計,是熱電偶溫度計和熱電阻溫度計,都是19世紀70年代才出現的。
1821年,德國的塞貝克發現熱電效應,為熱電偶溫度計的發明奠定了理論基礎。
同年,英國的戴維發現金屬電阻隨溫度變化的規律,為熱電阻溫度計的發明提供了理論依據。
1876 年,德國的西門子製造出第一支鉑電阻溫度計,是熱電阻溫度計發展中的重要里程碑。
1877年,法國化學家亨利?勒夏特列設計出了熱電偶溫度計的結構,並交由卡彭特爾工廠製造,這是最早實現工業生產的熱電偶溫度計。
所以在19世紀以前,球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵都不可能像灰口鑄鐵一樣實現穩定批次生產。
這需要的知識和技術積累實在是太多了,一個草根穿越者的腦容量可裝不下這些。
在熔鍊過程中,灰口鑄鐵不需要像球墨鑄鐵那樣新增複雜的球化劑和孕育劑,也不像可鍛鑄鐵需要經過長時間的石墨化退火處理。
其熔鍊溫度一般在1145 ~1250℃之間,這個溫度範圍相對較低,能耗成本也相應較低。
從原材料角度來看,灰口鑄鐵的原料主要是生鐵、廢鋼和少量的合金元素。
這些原材料價格相對較為穩定,並且獲取比較容易。
基本上,只要有合適的原材料,並控制好鐵水的溫度,及模具的強度、導熱性、透氣性等,就能以較高的機率產出灰口鑄鐵。
所以18世紀工業革命期間,灰口鑄鐵就已能被穩定批次生產,並很快成為鑄炮主材。
但其實不用等到18世紀第一次工業革命,以中國悠久的鑄造工藝傳統,
17世紀初就算不能穩定批次地生產灰口鑄鐵,卻也不難使其產出率超過50%。
所以李國助現在就企圖引導翁翊皇去探索球墨鑄鐵和可鍛鑄鐵,實在是有些操之過急了。
還不如引導他儘快找到能大機率產出灰口鑄鐵的方法。
這樣就足夠使中國的鑄炮技術領先歐洲一個世紀了。
果然聽了李國助的話,本來還處在興奮狀態的翁翊皇馬上就露出了難色,為難地說道:
“誒,這個嘛,我覺得還是先找到能比較穩定地產出灰口鑄鐵的方法更現實一點。”
“如果連這個都做不到,就算我找到了比灰口鑄鐵更適合鑄炮的生鐵品種,”
“也未必能找到穩定生產它的方法呀,你說是不是?”
李國助略一沉吟,馬上就想通了其中的道理,便點頭笑道:
“翁叔言之有理,是我太著急了。”
說到這裡,他又停下來想了片刻,說道,
“目前,已經可以基本確定,砂模鑄造是比較容易產出灰口鑄鐵的鑄造方法。”
“所以接下來,我認為翁叔應該從砂模鑄造工藝牽扯到的所有方面著手探索,”
“比如有意改變砂模的強度、透氣性、散熱性,採用不同品質的鐵礦石進行熔鍊,用不同溫度的鐵水進行澆鑄等。”
“透過大量這樣的對比實驗,就一定能夠摸索出穩定產出灰口鑄鐵的方法。”