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东汉的冀州主要就是现代的河北,廖化知道这里的煤铁资源丰富,特别是后世的开滦煤矿,井径煤矿,邯郸钢铁,这些都是大型矿藏,东汉时期根本没有后世的开采条件,只能用最简陋的方法。

采煤的巷道十分窄小、黑暗,没有保护措施,安全性很差。照明是煤壁上昏暗的小油灯;整条巷道没有任何通风工具。

此时矿工采用的是“高落式”采煤,即先用镢头沿煤层底部刨出一道深槽,上面的煤层没有依托而自然松落,俗称“刨根”;之后再由工人用“捅枪”将上方没有松落的煤层捅落下来,俗称“落垛”。

落在地上大块的煤炭,由专人负责背出去;小块的煤炭则装入小拖车,运到井口;在井口的矿工等煤筐装满后,摇动绳铃;地面上的工人听到铃响,就用辘轳将煤筐提出井口。

廖化将巷道拓宽,又用木头做好支架,提升安全性能,同时有专人日夜不停往采煤坑道鼓风,排出坑道内的瓦斯气体,防止瓦斯爆炸。下坑道前还用运煤小车,载上火把试验,安全后才安排矿工下井。

采矿则相对安全,铁矿石多数在表层,但是工程量比较大,大块矿石需要敲碎,有时还需要用大火焚烧,冷却,利用热胀冷缩使矿石碎裂。

在炼铁方面,廖化使用现代的高炉炼钢法,炼制出品质更高的钢。

原始的炼铁炉是由石堆炼铁法改造而成的。在土中挖一坑洞,周围用石块堆砌,称为地炉。以木炭为燃料,利用自然风力进行燃烧、加热和还原铁矿石,产品为类似块状的海绵铁。随着人力、畜力和水力鼓风方法的出现,产量提高,渣和铁也比较容易分离,产品质量有所改进。

为适应冶炼难熔和难还原的矿石,需要增加炉子的高度,于是开始出现竖炉,但其产品仍是“熟铁球”,而含铁很高的炉渣则可以熔化成液体。在廖化的指导下,最早的一批冶炼生铁的高炉出现了。

由于使用鼓风机的鼓风,高炉鼓风量增大,促使高炉炉缸温度提高,于是炉内海绵铁可以大量渗碳而熔化,就产生了生铁。然而由于生铁不能锻造,难以利用,当时称之为“猪铁”。

经过把生铁和矿石一起装炉再一次熔炼,便得到熟铁,同时产量增加,自此形成了炼铁的二步操作法。二步炼铁法的出现是钢铁冶金史上的一个转折点,从此逐渐发展成近代钢铁冶金工业的工艺流程:第一步矿石在高炉中还原生成生铁;第二步在精炼炉中将生铁中的碳、硅等元素氧化而炼成熟铁和钢。

廖化把燃料转变成煤炭,又增加了鼓风机鼓风和水力鼓风,提高炉温,使铁矿石内的碳燃烧充分,降低了碳元素的含量,使钢的质量更好。

有了铁胚、钢胚,就可以锻造武器,铠甲,后世的明光铠,多用钢片制成,前后护心镜就是用钢材打制而成。