阀片过了关,催化剂还在前头等着。
合成氨反应的核心是催化剂。没有催化剂,三百二十个大气压的氮氢混合气就是一罐死气,啥也变不出来。
林天佑脑子里有催化剂的配方。
前世做火箭推进剂的时候,合成氨催化剂虽然不是他的本行,但军工系统里的人多少都了解一些,新龙国第一代合成氨催化剂,主成分是磁铁矿熔铁,助催化剂是氧化钾和氧化铝。
说白了,就是把铁矿石和钾盐在一千五百度以上熔化,浇注成块,再破碎成颗粒。
听着简单。
做起来要命。
一千五百度的铁水,要加入精确比例的碳酸钾和氧化铝。碳酸钾在八百多度就开始分解,产生大量二氧化碳。铁水和碳酸钾混合的那一刻,二氧化碳气泡会从铁水里往外冲。
如果搅拌不均匀,局部气泡聚集,喷溅的铁水能把人烧成火炬。
而且出炉之后不能自然冷却。自然冷却的话,铁会结晶成致密块体,没有孔隙,比表面积太小,催化活性约等于零。
必须骤冷。
一千五百度的铁水,倒进负四度的盐水里。
热炸。
字面意义上的热炸。铁水入盐水的瞬间,接触面的水气化,蒸汽膜炸裂,铁块内部因剧烈温差产生微裂纹和孔隙。这些孔隙就是催化活性的来源。
理论清楚,实操凶险。
纪尚功听完林天佑的方案,沉默了很长时间。
“你是说,把一千五百度的铁水倒进冰水里?”
“对。”
“在哪儿干?”
“兵工厂后面那个废锅炉房。”
纪尚功走到窗户边上,看了看外头的天色。
“我干了十一年炸药,什么乱七八糟的爆炸都见过。搅硝化甘油搅到一半突然花的一下蹿火苗,也不止一次。但一千五百度的铁水往冰水里泼……这个动静,我心里没底。”
“所以我来泼,你在三十米外看温度计。”
“那不成。”纪尚功摇头,“你是总工,你要出事,这个塔谁来收尾?我来泼。”
“你五十七了。”
“五十七怎么了?我手稳着呢。”纪尚功伸出右手,五指张开,纹丝不动,“硝化甘油我都敢搅,铁水我也敢泼。”
林天佑看了他三秒。
“行。你泼,我指挥。”
废锅炉房在兵工厂围墙东北角,砖墙,铁皮顶,里头有一座报废的小型化铁炉。炉膛用的是耐火砖,内径不到半米,高度约一米二,底部有鼓风口。
林天佑花了两天把它改造成可用状态。炉膛内壁补了一层新的耐火泥,鼓风口接了一台手摇鼓风机。燃料用焦炭,沈明从燕京郊区的一个小炼焦厂拉了两卡车回来。
铁矿石用的是鞍钢的边角料,含铁量百分之六十八的磁铁矿粉。碳酸钾是从天津的一个碱厂调来的工业级产品。氧化铝是纪尚功从太原随身带来的存货,一共三十公斤,装在两个铁桶里。
配比:磁铁矿粉一百份,碳酸钾四份,氧化铝三份。
第一次试炼在一个礼拜四的上午。
焦炭装炉,手摇鼓风机转起来。两个工人轮流摇,炉温慢慢爬升。纪尚功拿着光学高温计。
光学高温计是从沈阳兵工厂借来的,樱花国造的,测量原理是比色法,操作者通过目镜观察炉膛内物体的颜色,与标准灯丝的颜色对比,读出温度。精度正负二十度左右。
“一千一百。”纪尚功报数。
“继续鼓风。”
“一千二百五。”
“加矿粉。”
沈明用长柄铁勺把预混好的矿粉、碳酸钾和氧化铝装料一次性倒入炉膛。
粉末接触焦炭表面,一股浅黄色的烟冒出来。碳酸钾开始分解。
“一千三百。”
矿粉表面开始发红。颗粒边缘出现液态的亮点。
“一千四百,继续。”
鼓风机转得更快了。两个工人的衬衣被汗湿透,前胸贴后背。
“一千四百八,快了。”
矿粉全部化成液态,橘红色的铁水在炉膛底部汇聚成一滩。碳酸钾分解产生的气泡从铁水里翻涌上来,表面像煮沸的粥。
“一千五百一,可以了。”纪尚功喊。
林天佑举起右手。“准备出炉。”
纪尚功和一个工人抬着长柄坩埚钳,夹住炉膛里的石墨坩埚,里头装着大约十五公斤的铁水。
三十米外,地上放着一个铁皮槽。槽里装的是燕京护城河的冰块加粗盐,温度负四度。沈明蹲在槽边,拿着一根长木棍准备搅拌。
“倒。”
纪尚功端稳坩埚,铁水从嘴口流出。
橘红色的液体在空中拉出一道弧线,砸进冰盐水里。
那一瞬间发生了三件事。
第一,接触面的冰盐水被汽化,一团白色蒸汽柱冲上屋顶。
第二,铁水入水的位置发出剧烈的嘶嘶声,像一千条蛇同时吐信。
第三,铁水溅了。
一颗黄豆大小的铁水珠从槽沿飞出来,擦过纪尚功的左手背。
“嗤。”
皮肉烧焦的气味。
纪尚功吭都没吭一声,坩埚稳稳地倒完了最后一滴。
“老纪!”沈明扔了木棍冲过去。
“没事。”纪尚功拿右手拎着空坩埚退后两步,低头看了一眼左手背。烫伤不大,一块铜钱大小的水疱正在起。“不碍事,比硝化甘油安全多了。”
但铁水没成功。
等冰盐水平静下来,沈明捞出凝固的铁块。表面看着有裂纹,掰开之后内部却是致密的铸态组织。孔隙率远远不够。
林天佑接过碎块看了看。
“倒得太慢了。铁水入水的速度不够快,冷却不均匀,只有表层激冷出了孔隙,心部还是致密的。”
第二次试炼在第二天下午。
这回林天佑改了方案。不用坩埚倒,改用底部开孔的铁包。铁包底部钻一个直径二十毫米的圆孔,用耐火泥塞住。出炉的时候用铁棍捅破泥塞,铁水从底部孔洞以柱状射流的方式射入冰盐水。
柱状射流的比表面积大,冷却速度快。
“一千五百二,出炉。”
纪尚功用铁棍捅破泥塞。
铁水柱从铁包底部喷出,直径约两厘米,打在冰盐水面上。
蒸汽爆发比上次猛了三倍。
白汽冲到房顶,锅炉房的铁皮顶被蒸汽的压力顶得嘭嘭响。冰盐水里翻滚着橘红色的光点,铁水碎成无数小颗粒,在水中急速凝固。
然后铁包底部的孔洞被扩大了。
铁水的热量把耐火泥侵蚀掉了一圈,孔径从二十毫米扩大到将近四十。铁水的流量骤然翻倍,比预计的大了一倍多。
大量铁水瞬间涌入冰槽,蒸汽暴涨。
铁槽里的水位在两秒内下降了一半,被蒸发了。
铁水接触到槽底的金属,槽底温度急剧上升。
“后退!”林天佑吼了一声。
徐正诚不知道从哪儿蹿出来,一把把林天佑往后拽了三步。他用自己的背挡在林天佑前面,双脚扎在地上。
锅炉房里传来一声闷响。
铁槽的一角被热应力撑裂了。盐水从裂缝里涌出来,地上一片狼藉。蒸汽弥漫,什么都看不清。
五秒后蒸汽散去了大半。
没有人受伤。
林天佑从徐正诚背后探出头,看了看现场。铁槽歪了,地面积水里冒着零星白汽,凝固的铁粒散落了一地。
“徐正诚。”
“在。”
“你下次别挡在我前面。”
“不行。”徐正诚一个字没多余,转过身检查林天佑的衣服和手有没有被烫到。
林天佑拍了拍他的胳膊,没再说什么了。
他蹲下身,从地上捡起几颗铁粒。
黑灰色,表面粗糙,有手感上的颗粒感。他用指甲掐了一下,碎了。
掰开碎面看,内部是多孔结构,孔隙均匀分布,孔径大约零点几毫米。
这就对了!
“沈明,拿放大镜来。”
沈明踩着满地的水跑过来,递上放大镜。
林天佑在放大镜下看了半分钟。铁粒内部的孔隙是三维网状联通的,不是封闭的球形气孔。这种结构的比表面积大,气体分子可以渗透进去接触催化活性面。
“孔隙率大约百分之四十到四十五。”他报了个数。
纪尚功伸着脖子从后面看。“够了?”
“够了。要求是百分之三十五以上。”
纪尚功咧了咧嘴,左手背上的水疱还没消,笑起来牵动了伤处,他的嘴角又缩了回去。
“那就再来一炉。得把铁包改改,底孔做成可更换的陶瓷管,控制孔径,不能让它自己烧大了。”
第三次试炼,两天后。
铁包底部改用预制的耐火陶瓷管,外径四十毫米内径二十毫米,壁厚十毫米,耐温一千六百度。铁槽换了新的,加厚到五毫米钢板,底部垫了一层碎石做隔热。冰盐水多加了一倍。
一千五百度,出炉。
铁水从陶瓷管里射出来,均匀地打入冰盐水。蒸汽还是大,但可控。铁包里九公斤铁水,四十秒全部流完。
捞出的铁粒颗粒均匀,孔隙率实测百分之四十二。
林天佑让纪尚功取三百克样品,装在密封铁罐里,灌上煤油隔绝空气。
“这批先留着做试验。等塔装好,第一批投料用这个。”
纪尚功把铁罐抱在怀里,小心得像抱自己孩子。
“搞了一辈子炸药,最后干的活是炼铁,你说人这一辈子是不是也说不准。”