张桂耕最早在我国进行直接还原海绵铁试验
直接还原海绵铁是在低于铁矿石熔化温度下,通过固态还原,把铁矿石炼制成铁的过程。这种铁保留了失氧时形成的大量微气孔,在显微镜下观察形似海绵,所以也称为海绵铁。海绵铁的特点是碳、硅含量低,成分接近钢,冶金生产中用它代替废钢作炼钢原料。直接还原生产工艺具有投资省、建设快,不用焦炭等优点,为冶金学者所注意。1937年,抗日战争开始时,全国炼铁工业只有少量近代高炉炼铁,由于日军入侵,仓促内迁,损失较大,加之国内急需生铁,因此,如何加速发展炼铁生产以支援抗战已成为各界关注的焦点。1938年6月,经叶渚沛提议,资源委员会决定在四川綦江电化冶炼厂投资建设一座海绵铁厂,希望通过试验找到一条不同于近代高炉的新的炼铁方法。直接还原生产工艺主要有竖炉还原和回转窑还原两大类。按照设计,该厂是参照爱温氏和洪赛氏法(Edwen and Hornsay process)之特点及美国标准局专家意见采用的回转窑法。工厂的部分关键设备从国外引进,部分国内自制。整个工程于1938年7月动工兴建,1940年6月土建完工,但由于战事吃紧,有些引进设备未能及时运到,只得改用国产设备。由于设备质量差和交货不及时,给工程建设造成很大困难。正在这时,张桂耕应邀担任海绵铁厂厂长,主持该厂的后期建设和试验工作。他到任后,首先积极努力抓紧建设收尾,使工程于1942年底竣工试运行。随后,1942年12月起到1944年元月,他率领全厂员工,努力奋斗一年,进行了6次全流程的海绵铁工业试验,克服了设备事故多、原料条件差、发生炉煤气工艺技术等多项困难,使系统运转逐渐转向正常,终于研制出还原率高达90%以上的海绵铁。张桂耕提出了以实验数据为基础的试验报告,详细阐明了有关技术关键,包括:保证达到还原率,降低成品中硫、磷含量,控制炉渣成分、提高金属含铁量,以及降低杂质等问题。最后还论述了海绵铁生产的经济问题,明确指出,如果用合格的铁矿石和煤炭,海绵铁的生产成本将比传统的高炉炼铁低。
由叶渚沛领导、张桂耕具体主持的中国第一座海绵铁试验工厂的建设和试验,是我国冶金史上的一项开创性工作,为我国海绵铁生产的发展积累了有益的经验。