Глава 201 Тигельное сталеварение
(тигель – плавильный чан, котел)
Покончив с официальными встречами, Ли Джи занялся изучением тигельного сталеварения.
Хоть Сучжоуская сталь и соответствовала обычной стали более поздних эпох, она все еще содержала значительное количество фосфора и серы, что снижало ее качество и делало нежелательной в использовании. Кроме того, Сучжоуская сталь была невероятно дорогой. Фунт стоил от 2 до 5 лян серебра. Сделанные из такой стали штыки отличались высокой себестоимостью. В настоящий момент у Ли Джи было 8000 винтовок на вооружении и 2000 в запасе. Стоимость 10 000 штыков из Сучжоуской стали составляла 25000 лян. Если Ли Джи хочет расширить свою армию, ему придется потратить еще больше денег.
Кроме того, высококачественная сталь нужна была Ли Джи для изготовления обычных пружин и пружин для кремневого замка. Качество стали напрямую определяет эффективность этих двух пружин и, соответственно, скорострельность винтовки. В настоящее время скорострельность имеющихся винтовок составляла 80%. Если ее улучшить, то улучшиться и точность попаданий.
Наконец, хорошая сталь сможет принести Ли Джи огромную прибыль. Сучжоуская сталь продавалась на севере за 225 вэнь за дзинь. Если Ли Джи начнет продавать более качественную сталь по низкой цене, он сможет захватить большую часть рынка и хорошо на этом заработать.
Нужно знать, что в эту эпоху высококачественная сталь была большой редкостью, и ее даже использовали в качестве денежного эквивалента. Некоторые богатые семьи хранили в своих запасах немного очищенной стали для чрезвычайных ситуаций. Если Ли Джи начнет производить качественную сталь, то на нее обязательно будет спрос.
Вопрос необходимости качественной и дешевой стали для Ли Джи стоял остро, и тигельное производство стали, которое появилось в середине восемнадцатого века, несомненно было единственным вариантом доступным для него.
В этом методе производства стали в качестве сырья использовалось кованное железо, графит служил цементирующим материалом и восстановителем тигля, а также применялся известняк, как шлакообразующий компонент. Качество такой стали получалось очень хорошее. Этот метод производства исторически использовался в течении столетия, пока не был заменен на производство стали в электродуговой печи в конце 19 века.
Как технология 18 века, метод производства стали в тигле относительно прост. Перед своим путешествием во времени Ли Джи изучил несколько способов изготовления стали, но применить один из них сможет только сейчас.
Трудность изготовления стали в тигле заключалась в том, что для этого требовалась температура 1600 градусов. Ли Джи нашел Цая Хуайшуя и попросил его взять на себя ответственность по покупке тигля, способного выдержать такую высокую температуру.
В это время Цая Хуайшуй зарабатывал 4 ляна в месяц, взял в жены Цуйэр и у них в прошлом месяце родился толстенький малыш. 4 ляна в месяц было достаточно, чтобы семья из пяти человек жила достойной жизнью, не говоря уже о том, что пока Цай Хуайшуй работал начальником в стекольной мастерской, ему было обеспечено трехразовое мясное питание. Хоть отец и выгнал его из дома, он не побирался по улицам, а жил яркой и достойной жизнью. Он был доволен своей судьбой, которая сложилась в поселении Фань и благодарен Ли Джи за то, что подарил ему такую возможность.
«Цай Хуайшуй, мне нужен тигель, с более высокой температурой, чем необходимо для плавки стекла. Ты знаешь, где его достать?»
Цай Хуайшуй задумался и ответил: «Господин, тигель с более высокой температурой вполне можно изготовить, тогда в качестве материала для него лучше использовать черный тальк. Минерала черного талька не так много, кусок, размером с тарелку риса вытянет примерно на 4 цуня и будет стоить 2 ляна серебра. В Дэчжоу есть люди, которые используют подобные тигли для изготовления фарфора. Там мы и сможем их купить».
Ли Джи ненадолго задумался и сообразил, что черный тальк, о котором говорил Цай Хуайшуй, вероятно, был графитом и сказал: «А не дешевле ли сделать тигель наполовину из черного талька, наполовину из глины?»
«Тигли из черного талька уже состоят наполовину или на треть из глины».
Ли Джи подсчитал, что тигель, о котором говорил Цай Хуайшуй, мог вмесить не менее 10 дзинь стали. Он кивнул и сказал: «Хорошо, тогда покупаем такие тигли. Для начала закупи сотню, я использую их для выплавки стали. Если все сделаешь хорошо, я награжу тебя двадцатью лянами серебра».
Услышав это, Цай Хуайшуй очень обрадовался: «Господин, одолжите мне трех дзядинов, четыре лошади и две повозки. Я поеду в Дэчжоу и куплю тигли из черного талька».
В тот же день Цай Хуайшуй отправился в Дэчжоу и через шесть дней вернулся с повозками, груженными сотней тиглей.
Ли Джи внимательно осмотрел тигли и обнаружил, что они действительно сделаны из графита и глины.
Используя тигли, Ли Джи стал строить тигельную сталеплавильную печь. Такая печь изготавливалась из огнеупорного кирпича, дно полое, рядом с полостью располагалась воздуходувка, которая непрерывно продувалась с использованием рабочей силы. Посередине печи находилась перемычка из железных прутьев. Перемычку заполняли коксом и помещали графитовый тигель, а в крыше печи оставляли отверстие. Это отверстие использовали для наблюдений и перемешивания жидкого чугуна.
В такой печи можно было разместить пять тиглей.
В конце династии Мин для производства стали использовали кокс. Ли Джи отправил людей обыскать Тяньзинь и нашел коксохимический цех рядом с официальным сталелитейным заводом. Там он и закупил необходимый кокс.
На строительство печи ушло три дня, после чего Ли Джи приступил к экспериментам по варке стали.
Он наполнил печь коксом, подложил под кокс дрова, поджег их, отчего тот начал медленно тлеть. Поставил пустой тигель в печь только после того, как она прогорела полчаса и стала горячей. Затем, поддувая мехами, нагрел тигель, куда поместил предварительно подогретое железо.
В тоже время в кованное железо он добавил немного известкового порошка, чтобы образовался шлак.
Затем закрыл печь и грел несколько часов. Когда графитовый материал из тигля проник в жидкий чугун, можно сказать, что процесс превращения кованного железа в сталь завершился. Ли Джи открыл печь, вычерпал образовавшийся на поверхности шлак и вылил готовую сталь. Обычно ее разливают в формы в виде слитков, которые потом можно использовать.
Ли Джи не знал сколько часов требовалось для полноценного диффузного насыщения углеродом, поэтому сделал множество попыток. Тигли неоднократно использовались и на пятом использовании один из них треснул. Вытекший расплавленный чугун разрушил всю печь, но к счастью не вытек за ее пределы и не ранил Ли Джи.
Оказалось, что эти графитовые тигли можно было использовать не больше трех-четырех раз. С тех пор Ли Джи выбрасывал тигли после их трехкратного использования и больше к ним не прикасался.
После окончательного обжига расплавленного железа в более чем дюжине тиглей Ли Джи обнаружил, что диффузное насыщение углеродом в течении двух с половиной часов было наиболее подходящим, в результате него получалась хорошая сталь.
Но после того, как появился первый удачный результат, в итоге он оказался не очень хорошим. Ли Джи попросил сделать из этой стали пружину. В результате эксперимента, после десятикратного нажатия упругость пружины ослабла. Очевидно, что в этот раз качество стали было не на должном уровне.
Ли Джи предположил, что сталь содержала слишком много фосфора и серы. Особенно высоким было содержание фосфора. Фосфор и железо образуют чрезвычайно хрупкое соединение – фосфид железа, из-за которого пластичность и вязкость стали резко падали при комнатной температуре.
Ли Джи попробовал еще. На этот раз он подождал, пока расплавленный чугун прогорит, а потом добавил в тигель еще известняка, флюорита, речного песка и кальцинированной соды, чтобы получить шлак. Затем он продолжил перемешивать расплавленный чугун стальным шестом, пока он насыщался углеродом. Этим он надеялся удалить больше серы и фосфора.
Качество стали, полученного в этом тигле, оказалось очень хорошим, а производимые пружины были равны по качеству с пружинами современной эпохи. Но Ли Джи все еще не был удовлетворен. Продукция, производимая тигельным методом варения стали, должна была быть прочнее Сучжоуской стали. Было очевидно, что этот процесс можно улучшить.