靖难元年·二月末·河东郡·煤务监试验场
河东煤务监设立后,首批开采出的优质烟煤被运抵山谷外围临时开辟的试验场。刘据并未急于将煤炭直接用于冶炼或取暖,他深知一个关键环节——炼焦!
前世作为文科博士,他对具体工艺流程虽不精通,但基本概念清晰:煤炭直接燃烧或炼铁会产生大量有害杂质(硫、磷等),且燃烧不充分,温度不够高不稳定。
而将煤炭在隔绝空气(或限制空气)条件下高温干馏,得到的焦炭,才是真正适合高炉炼铁的“黑色黄金”!焦炭具有多孔、坚硬、含碳量高、杂质少、燃烧值高且稳定的特点!
“必须炼出焦炭!”刘据在临时工棚内,对工部官员、经验丰富的陶窑工匠和铁匠斩钉截铁说道,“此煤虽好,但若直接用于炼铁,恐火力不纯杂质难除!难得上乘铁器!甚至可能炸炉!”
“朕知晓一种名为‘焦炭’之物!乃煤炭经特殊烧制而成!其燃烧猛烈纯净稳定!是冶炼神兵利器!此乃提升我大汉冶铁技艺之关键!”
众人面面相觑。“焦炭”?闻所未闻!但皇帝陛下言之凿凿,且煤炭发现已证明其非凡眼光,无人敢质疑。
“陛下,不知这焦炭如何炼制?有何特征?”工部侍郎恭敬问道。
刘据努力回忆前世模糊知识碎片:
“特征朕记得焦炭呈银灰色或灰黑色块状!质地坚硬多孔!敲击有金属脆响!燃烧时火焰呈蓝色!无烟或少烟!火力极猛持久!”
“至于炼制方法……”刘据皱紧眉头,手指无意识在粗糙木桌上划动,“需将煤炭置于密闭或半密闭容器中!隔绝或限制空气!以高温加热!令其内部分解!驱除杂质!最终得到焦炭及一些副产物如煤焦油煤气……”
“具体温度时间容器形状朕亦不详!需我等反复试验摸索!”
艰难的探索·土法炼焦
试验立刻开始。刘据亲自坐镇试验场,如同狂热技术总监。
最简单方法。煤块堆成小山点燃,试图燃烧中覆盖泥土隔绝空气。结果:煤块剧烈燃烧化为灰烬和少量煤渣,根本不成型。
挖深坑铺煤,点燃后覆盖厚泥土湿草席闷烧。结果:内部温度不够,煤块未充分分解,得到大量半焦(疏松易碎燃烧值低)和未燃尽煤,焦炭极少。
刘据想到烧制陶器砖瓦的窑炉。指挥工匠用黏土砖石快速搭建小型试验窑。窑体模仿陶窑结构,有火膛窑室烟道,但更注重密封性。
窑室堆满煤块,封死窑门和大部分通风口,仅留小孔观察。大火猛烧。结果:内部温度急剧升高,但空气未完全隔绝,煤块剧烈燃烧产生大量浓烟有毒气体(煤气),险些爆炸!开窑后煤块大部分烧光,只剩少量熔融结块渣滓。
吸取教训。严格控制通风,仅初期点火提供少量空气助燃,待煤块温度升高后迅速封死所有通风口!仅留极小排烟孔排出分解产生的煤气焦油。窑内温度在隔绝空气下持续升高!闷烧持续整整一天一夜!
窑炉冷却,刘据亲自撬开封门砖块。刺鼻焦油硫磺混合气味扑面而来!窑室内不再是漆黑煤块,而是一堆堆呈现奇异银灰色、表面布满蜂窝状孔隙的坚硬块状物!
“成了?!”刘据心脏狂跳!拿起一块入手沉重!敲击发出清脆金属声响!断面银灰色结构致密多孔!“快!取火来!”刘据声音发颤!一块焦炭被点燃。
火焰呈现明亮蓝色!燃烧稳定几乎没有黑烟!释放灼人高温!“焦炭!是焦炭!!”刘据激动得几乎跳起!周围工匠官员爆发出震天欢呼!虽然焦炭块大小不一有些碎裂产量不高,但确确实实是焦炭!方向对了!
初战告捷,刘据信心大增。带领团队对工艺进行精细化改进:
试验不同种类粒度煤炭对焦炭质量影响。最终确定使用特定粒度优质烟煤效果最佳。
优化窑炉结构。加厚保温层,改进密封方式,设计更合理烟道和煤气导出管道。试验不同形状和大小的窑炉对于冶炼焦炭的影响。
这是关键!刘据虽无温度计,但凭经验观察火焰颜色、窑体颜色及闷烧时间判断。要求工匠记录每次点火时间、封窑时间、开窑时间及焦炭质量,寻找最佳温度曲线。
最终摸索出:前期需一定量空气助燃升温至临界点(约800-900度),然后迅速隔绝空气,在高温缺氧环境下持续闷烧足够时间(约12-18小时),让煤充分分解焦化。
焦炭烧成后不能直接暴露空气,否则剧烈燃烧化为灰烬。刘据指挥工匠在开窑前,通过预留注水孔向高温焦炭喷洒少量水雾进行“闷熄”(类似淬火),使其快速冷却定型避免自燃。
虽无法利用,但刘据严令收集导出煤焦油(黑色粘稠液体),单独存放避免污染危险。至于煤气,为了安全就只能把它们释放到了空气中。他隐约记得这些也是重要化工原料,留待日后研究。
经过近一月反复试验优化,焦炭炼制工艺初步成熟!试验场建起数座专门炼焦的改良型砖窑。虽工艺粗糙,产量有限,焦炭质量参差不齐,但已能稳定产出合格焦炭!
刘据拿起一块精心炼制的焦炭,银灰色表面在阳光下闪烁金属光泽,坚硬而多孔。眼中闪烁兴奋光芒:
“传旨!”
“工部!即刻抽调精干!在河东煤务监设立‘焦炭工坊’!按试验成熟工艺!建造大型炼焦窑炉!全力生产焦炭!”
“调集长安洛阳及边郡最优秀铁官匠师!携带现有高炉图纸!速来河东!朕要亲自指导他们!用此焦炭改造或新建高炉!进行冶铁试验!”
“严令!焦炭炼制工艺!与煤炭矿脉位置同属绝密!泄露者诛九族!”
“此焦炭与煤炭同为我大汉国运所系!未来强兵富国之基石!就在于此!”
“朕要让我大汉的刀剑更利!铠甲更坚!犁铧更锋!让天下万民皆享其利!!”
“诺——!!”众人齐声应诺,眼中充满对未来的憧憬和干劲!
刘据站在试验场中,看着忙碌工匠和冒着青烟的炼焦窑,心中豪情万丈。焦炭的成功炼制,是继发现煤矿后的又一里程碑!
这标志着他不仅找到了“黑色金子”,更掌握了开启“钢铁时代”的钥匙!大汉帝国的工业革命,正从这简陋试验场中迈出坚实关键一步!一个以钢铁和火焰铸就的强盛帝国,正在他手中缓缓拉开序幕!