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已經(jīng)發(fā)掘的殷商和春秋時(shí)期的冶銅遺址中,銅礦與赤鐵礦放在一起,銅渣中的氧化鐵含量很高,有的達(dá)到40帕左右。這些證實(shí),在煉銅過(guò)程中,易還原的鐵礦石曾經(jīng)被帶到爐。戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的文獻(xiàn)《山海經(jīng)》,對(duì)銅礦與鐵礦伴生曾有多次記載:白馬山“其陰多鐵,多赤銅”,丙山“多金、銅、鐵”。這種伴生現(xiàn)象,可能是煉銅爐早使用含銅鐵礦的原因。純銅熔點(diǎn)是1083℃。銅中含鐵成分愈高,熔點(diǎn)也愈高。煉銅爐在始初階段溫度較低,原料中的鐵不可能大量還原出來(lái)。隨著煉銅爐加高、擴(kuò)大,爐料在爐內(nèi)經(jīng)過(guò)充分預(yù)熱,爐溫逐漸提高,如超過(guò)1300℃就有可能煉出生鐵。
爐底使用碳磚有三種型式:全部為碳磚;爐底四周和上部為碳磚,下部為粘土磚或高鋁磚;爐底四周和下部為碳磚,上部為粘土磚或高鋁磚。后兩種又稱為綜合爐底。設(shè)計(jì)爐底厚度有減薄趨勢(shì)(由0.5d右減至0.3d左右或爐殼內(nèi)徑的1/4厚度,d為爐缸直徑)。碳磚的缺點(diǎn)是易受空氣、二氧化碳、水蒸氣和堿金屬侵蝕。爐腰特別是爐身下部磚襯,由于磨損、熱應(yīng)力、化學(xué)侵蝕等,容易損壞。
下降爐料中的毛細(xì)水分當(dāng)受熱到100~200℃即蒸發(fā),褐鐵礦和某些脈石中的結(jié)晶水要到500~800℃才分解蒸發(fā)。主要的熔劑石灰石和白云石,以及其他碳酸鹽和硫酸鹽,也在爐中受熱分解。石灰石中CaCO3和白云石中MgCO3的分解溫度分別為900~1000℃和740~900℃。鐵礦石在高爐中于 400℃或稍低溫度下開始還原。部分氧化鐵是在下部高溫區(qū)先熔于爐渣,然后再?gòu)脑羞€原出鐵。