第258章 初中化學從未如此通俗易懂
樂山堰的開鑿進入正軌之后，李素就懶得再在南安縣視察下去了，反正后續都是按計劃照搬的體力活，能干上差不多大半年。
南安這地方生活條件又不好，交給基層的監工監軍管著就是了。
不過來都來犍為了，回成都之前，李素也不吝再繞百十里路，去僰道、自貢再轉轉，督導一下大煉鋼鐵的事業。
李素是二月二十三這天到的僰道縣，跟他一起來的，只有幾個親隨，加上跟著他學習、“讀萬卷書行萬里路”的諸葛亮。其他有名有姓的能吏一個都沒來，諸葛瑾和荀攸都在成都和南安搞別的事兒呢。
之所以帶著諸葛亮，也是希望他多漲漲見識，知道各行各業的民間疾苦是怎么回事兒。畢竟后世的諸葛亮在出山之前，有十一年時間是在隆中附近躬耕隴畝、交游讀書。
李素一直覺得，那段經歷對于諸葛亮人格的形成、閱歷的豐富有很大幫助。這一世沒工夫讓諸葛亮長期慢慢親自種田參加勞動了，只好帶著他視察各行各業來爭取速成補足這塊短板。而且說不定見識一下煉鐵工業的運作，李素還能教他點半吊子的化學常識。
因為只是臨時視察，所以李素抵達僰道之前，本地的煉鐵工坊建設工作，就已經持續了兩個多月了。
可以說是去年冬天農閑時，鐵礦石和無煙煤到貨后，當地的官府就已經在犍為太守陳實的領導下，做了一些擴大煉鐵坊的基礎工作。李素到了之后，直接在初具雛形的半成品狀態往上走馬觀花指點改良就好。
過完年剛剛虛歲十四歲的諸葛亮，這輩子也是第一次進煉鐵工坊的后堂，心中頗為好奇，也很是珍惜學習機會。畢竟年少嘛，他原先也只見過鐵匠把已經初步去掉雜質的鐵鍛打成型，或是百煉法鍛鋼，但從沒見過鐵從鐵礦石變成粗鐵的過程。
諸葛亮可以感受到，李師對他有很高的期望，似乎比他那個已經當郡丞的兄長還高不少，又談不上嚴厲。但就是這種“老大哥注視著你”的期望，讓諸葛亮自己都反而有些壓力，比直接上戒尺和言語嚴厲訓誡還不敢懈怠。
類似于那些上進的學霸偶爾考砸一次回家，寧可被打一頓或者辱罵一頓，也不希望被冷暴力以悲憫同情的目光注視上一個月。
相比于諸葛亮的好奇與不敢懈怠，李素的情緒要輕松得多，視察時也偶爾有些小驚喜小意外。
說實話，李素原先也沒怎么關心過“鐵礦石到粗鐵”的生產工藝，沒怎么到現場看過，只關注過鍛造加工環節。所以，在陳實的帶領下，參觀僰道新造的最大“高爐”時，李素也驚嘆了一下。
陳實剛把李素領進工場，就自豪地顯擺：“右將軍，此爐方廣兩丈，深逾半丈，爐溫甚熾，就算不用無煙泥炭只用木炭，怕是也能日出鐵數千斤，不下于當年京雒之地的國之重器。”
李素頻頻點頭，又問了一些掃盲的問題，才知道，原來西漢末年東漢初年，煉鐵就已經有了原始的“土高爐”，這并沒有什么稀罕的。理論上用到黏土坑實現熔煉的、爐膛封閉的建筑，都算土法高爐，所以只要會砌窯內溫度一千一兩百度以上的密封瓷窯，就能造出土高爐了。
東漢初年，朝廷最大的高爐就位于雒陽以東的滎陽地區（后世的鄭州），是國家官營的，出的鐵也都是供京師武庫的配套工匠使用。
那種爐子尺寸是一到兩丈長寬，但高度很矮，不到半丈，內爐膛是黏土貼壁，還沒有耐火磚技術，所以爐膛溫度最多也就一千兩百度。滎陽那座最大的熔爐據說每年為朝廷練十萬漢斤以上的鐵，折合后世重量大約是三百噸，足足占了東漢全國鐵產量的近三成。
可見滎陽的鐵爐在東漢絕對是國之重器，也是東漢皇帝確保首都附近的冶金武備能夠碾壓地方外藩的重要保障（雒陽附近的大型煉鐵基地不止滎陽一處，有考證認為司隸地區的煉鐵產量達到東漢全國的一半以上，是技術和資源密集型產業）
此時此刻，陳實在僰道這兒搞的鐵爐，最初的原理和思路顯然還是一樣的，只不過規模和工藝有所區別。
不過，李素在簡單的初步參觀后，還是有些疑惑。
李素前世雖然是文科生，但好歹中學化學會考那點知識點還是挺扎實的，純鐵的熔點要一千五百度左右，他還是知道的。
而按照工匠的介紹來估計，李素知道漢末的這種熔爐，估摸著最多只能到一千二百度，居然也能熔出鐵水——工匠當然說不出“一千兩百度”這個概念，所以當時他們的描述是“爐溫可以在純銅徹底熔汁之后，再提升一成多”。而李素知道純銅差不多是一千零幾十度，再提升一成多爐溫差不多就是一千二了。
李素就忍不住逮著現場一位工匠頭目咨詢：“這位老丈，還未請教高姓大名，這熔爐的溫度，似乎不足以熔融純鐵，你們是怎么煉出鐵水來的呢？”
工匠頭領先不知所措地看了一眼太守陳實，然后連忙下跪：“右將軍折煞老朽了，不敢稱貴，老朽姓周名炳，右將軍此問著實懂行吶，這生鐵一物，確實不該如此爐溫就能熔化。
不過，根據老朽冶鐵三十年的經驗，生鐵此物愈是雜質繁多，熔為鐵水所需的溫度就會越低。往昔用優質木炭煉鐵時，爐溫燒到極致，也只是紅熱軟化，并不流動。但用上無煙泥炭，或是帶些硫磺的木炭來煉，出鐵的質地較差，雜質生脆，但鐵水確是更容易出。
老朽年輕時，大約是桓帝朝末年，在雒陽的滎陽爐也干過些年頭，當時我師傅也是這般教我，后來我又摸索數年，才自己掌握了其中分寸。”
李素聽了，微微點頭，沒想到這個姓周的老鐵匠，還是個“高級人才”呢，是從雒陽周邊的國家頂級工場混過的。
李素就忍不住岔開話題，先問他是怎么混到蜀地來的，后來才知道是劉焉入蜀的時候，重金挖了一些雒陽的軍工技術人才。
李素心中忍不住吐槽：“看來劉焉這廝，當年剛入蜀時就有不臣之心吶，連朝廷中樞的軍工技術骨干都挖角，而且還挺有眼光，那么重視相關產業。”
然后，李素又問了周炳各種混入雜質的燃料煉鐵出鐵水的難度對比，琢磨了好久，才總算是用前世的化學原理理解了這事兒：
初中化學課本上有一句基本知識點，那就是“純質的金屬熔點最高，合金熔點較低，合金中混入的雜質種類、分量越多，熔點也越低”。
漢末的熔爐沒有一千五百度，煉不了純鐵，就指望摻雜、以犧牲鐵的質量和純度來降低熔化難度。
所以用木炭煉鐵，讓鐵里殘留百分之幾的碳、磷、硅之后，熔點就能降低到一千兩百多，差不多就燒成比較稀的糊糊了。如果用無煙煤，無煙煤還會混入少量的硫，進一步可能降低到一千一百五十度。
所以用無煙煤煉出來的鐵質量其實是比木炭的鐵還差的，因為有了更多煤里的硫雜質，鐵更脆更弱。但好處是產量一下子能提升到二點五倍！
畢竟鐵水越稀薄，還原反應效率就越快、鐵水跟摻進去的還原劑反應速度也越快，礦石氧化鐵里的氧被奪走地也就越快。糊糊一樣的優質鐵水要兩天半時間反應完一爐，稀薄的像純水一樣的鐵水一天時間就反應完了。
這是以提升到二點五倍的生產速度，來換取產出更劣質的鐵！這也是為什么一直到唐宋，產量稀少的“閩鐵”才是優質好鐵。浙南地區從春秋末期那些鑄劍大師，到后來福建地區的龍泉寶劍，都是用無硫木炭煉的，那里沒有煤炭，絕對不沾染煤炭里的硫元素。
“鬧了半天，宋朝人因為引入煤炭而讓鐵產量暴漲到幾乎三倍，是以犧牲一定的鐵的質量為代價的啊…這可不是好事兒，咱要兼顧質量和產量，用來造兵器的鐵肯定還得除硫，要不就是在反應的最后環節加入別的工序…”
李素心中對這個問題很是警覺，他覺得不可以聽之任之。
想來想去，李素發現最好的兼顧的解決辦法，還是繼續提升爐溫。
畢竟，煉鐵的鐵水最后之所以凝固，其實就是一個煤炭等還原劑投入之后、氧化鐵里的氧元素被還原出來，鐵的純度越來越高、熔點也越來越高，最后超過一千兩百度了，于是在一千兩百度的爐子里也就凝固了，沒法繼續以液態的高交換比快速反應。
而李素跟周炳了解之后，得知目前的“百煉法”，乃至初具雛形的“炒鋼法”，其實目的就是一個，那就是“在粗鐵不再是鐵水狀態后，依然盡量讓鐵與還原劑的接觸面積和反應面積盡可能大，讓還原反應繼續進行，進一步反應掉里面的雜質”。
當然周炳的原話當然不是這么說的，這是李素根據工匠的經驗、結合自己的化學常識腦內翻譯的。
歷史書上說過，唐朝到了“灌鋼法”，煉鋼的反應效率比炒鋼法更好很多，原因就是液體鐵水反應面積大、滲透率高嘛。
爐溫高就可以讓液態的高效率反應時間持續更久！攪動鐵水還原一個時辰，除雜效果抵得上“液態還原劑淋灌在固態粗鐵上”反應三四個時辰，抵得上“固體細顆粒還原劑撒在固態粗鐵上”反應半天，更抵得上“固體大塊還原劑砸在固態粗鐵上鍛打”好幾天。
想來想去，李素想到了最樸素的一招：提升不了燃料的火焰溫度，那就減少燃燒時的熱量損失嘛。