又到了精彩刺激的科普环节。
今天和大家聊聊金属行业,金银铜铁,和钢。
石器时代,青铜时代,铁器时代,是怎么形成呢?
这主要来源于人对坚硬物质的追求。
石器时代很好理解,就是利用坚固的岩石制作成石矛,石斧,主要的目的是用来狩猎,可在石器时代中,如何加工出一柄合格的石矛呢,首先要有一把坚固的石锤和石凿,锤和凿必须比矛头坚硬,才不会矛没砸出来,锤子到碎了。
在这个基础上,金属便被人所发现。
含金属的矿石,自然比一般的石头更加坚硬,于是铜便被发现了。
因为铜和铁不一样,铁矿石在自然界中是无法天然形成的,但铜和金却可以,首先是纯铜被发现,用来制作坚硬的铜锤,铜凿。
然后金银也被陆续发现。
金银铜,这三种金属都是可以独立形成很大一块的,像前文提到的狗头金和天然铜块。
这些都是单质金属。
所以便奠定了黄金和白银的地位。
贵金属,便形成最贵重的东西。
然后学会了利用火,进入了陶器时代,人类发现了泥土经过高温烧制,可以变成陶器,学会了最初级的冶炼技术,下一步就开始冶炼铜矿了,把铜矿石里的杂质去除,将小块的铜进行熔炼,铸造,但铜的硬度不够,所以又加入了锡矿石与铜矿石一起熔炼,获得更加坚硬的青铜。
就进入了青铜时代。
但早期的青铜时代,是没有铁的,是冶炼技术的问题,铜和金的熔点只需要1000摄氏度左右,但铁需要1500度左右,人即使很早就发现了铁矿石,但温度搞不上去,提炼不出来。
人对于铁的利用,是来自陨石。
含铁量高的陨石,在通过大气层之后,急速燃烧,在下坠的过程中冶炼出纯铁,埃及法老图坦卡蒙的墓里,就曾出土过一件陨铁匕首,由于无法自主提炼,所以陨铁在一段时间内,是世界上最为贵重的东西。
然后到了公元1300年左右,两河流域的赫梯帝国,在与埃及的对抗中强大起来,他们是世界上首先利用煤炭的国家,煤的燃烧肯定比木柴强多了,在这基础上,又用草木灰和石英砂发明了耐火砖,再加上鼓风机,终于将炉温达到了炼铁的需求,起初的目的,是为国王炼制陨铁,终于成功了。
又开创性的熔炼铁矿石,终于得到了铁。
并借助铁器,建立了当时世界上最为强大的军队。
煤炭的利用,帮助历史进入了铁器时代。
而中国这边要晚了一些,大约在春秋时期,才开始出现了生铁冶炼,大规模的应用要等到东汉时期,这里有个关键的知识点,铁为什么需要反复捶打呢?
因为铁元素有个特点,他在地球上是不以单质存在的。
那什么是单质存在呢?纯铜,纯金,天然铜块,天然金块,这种就是单质存在的东西。
除了陨铁之外,你是绝对无法找到一块天然纯铁的。
必须要熔炼。
而古代人要炼制一块铁,有多难呢,这是一个相当漫长的过程,首先是温度方面,春秋时期的工匠,为了提高燃烧的温度,首先发明了木炭,将木柴点燃过后用沙土覆盖起来,进行闷烧,得到高品质的木炭,然后在制造炉子的时候也是费尽脑筋,首先需要筛选最细腻的泥土,拿来反复过滤,揉捏,得到最细腻的精土,精土造炉时,还要加入一定比例的稻杆,草木灰,燃烧过后,让泥窑具有一定的透气性,不至于热胀冷缩让炉子炸裂。
有了高品质的木炭和耐高温的炉子过后,就是矿料了。
矿石要仔细的研磨成矿砂,然后用磁铁将矿砂里的铁给选出来,做成细料,再加入灰石等助溶剂,放进炉子里进行煅烧。
炉子下面还要加入鼓风机。
而这个过程通常会持续两三天的时间,就像用河沙烧玻璃一样,最后烧去杂质,才得到一块海绵状的东西,海绵铁。
但这并不是纯铁,里面还有非常多的杂质,有很多微量元素,例如碳,硫,磷,硅,锰,钨,钒,镍等等化学元素。
其中一些是有利的,而一些是有害的,例如碳元素能增加铁的硬度,镍元素可以抗氧化不会生锈,钨元素能增加刀剑的坚硬和锋利程度。
而磷和硫这两种元素则是有害的,会让铁的表面凹凸不平,形成气泡,所以必须把这些杂质给剔除出去。
就需要反复的加热,捶打,把这里面的杂质给敲打熔炼出去。
这就是锻打的概念。
所谓百炼成钢,百炼钢,就是这么个意思了。
但介于以前的技术低下,所以铁的品质完全无法精确掌控,凑巧这一批矿石含镍或者含钨,这批铁打造出来的兵器,就会格外的出色。
而凑巧另一批矿石,没有这些元素,品质就会低下一等。
所以完全看运气。
到了东汉时期,曹操打制5把百炼钢刀,动用三百多人,花了足足三个多月的时间,号百辟刀,分别名青龙,白虎,朱雀,玄武,熊罡,就是用百炼钢的方法造成的,这一批刀的质量就特别好。
而与之对应呢,刘备还造了蜀八剑,名字分别叫东极,西极,南极,北极,不周,方土,波母,编驹,刘备自己用了一把,其他的分别赐给梁王,鲁王,刘婵,诸葛亮,关羽,赵云,张飞,称呼为蜀国八神兵。
其中的七把剑都在战乱中遗失了,唯独赵云剑流传了下来。
清朝末年,慈禧太后专政,她居然是赵云的铁粉,生平最喜欢听赵云的戏,四川有位高官就刻意去挖了赵云的墓,把赵云剑给挖了出来送给慈禧,被慈禧当做宝贝收藏,死后当陪葬品下葬东陵。
1928年,军阀孙殿英盗掘东陵时,又把它给挖了出来。
蜀有八剑,然后东吴方面,孙权也造了吴六剑,白虹,紫电,辟邪,流星,青冥,百里。
然而同台pk,蜀八剑和吴六剑,都是被百炼刀一砍就断。
元素的无法精准控制,反而成就了这一时期百炼钢的巅峰,出了很多著名的兵器,像倚天剑,青虹剑,七星宝刀,青龙偃月刀,方天画戟,丈八蛇矛,龙胆亮银枪等等,都是当中的佼佼者。
也可谓满满的中二气息。
而到了近现代呢,钢铁的铸造方法已经非常系统了。
生产流程,也有了很大改变,变得更加系统。
流程的第一步,有两个单位,炼焦厂和烧结厂。
炼焦厂负责把煤炭用闷烧法,加工成焦炭,获得更好的燃烧力。
烧结厂,则负责把采来的铁矿石破碎成渣,得到铁矿砂,但这个时候的铁矿砂,含铁量是很低的,需要进一步加工,把矿砂加入灰石,碳酸钙等助溶剂,烧制成圆球一般的球团矿,或者烧结矿,把生料变成熟料。
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