第478章 钥匙
第478章钥匙
胡元澄在安南国的时候,就对冶金和火器都非常感兴趣,是主抓这两个方面的,而冶铁场的这一次冶铁技术改进的尝试,其实就是他所一手推动。
当然了,阻力也很大,有很多老师傅和下面的官吏,都对此不理解。
但对于冶铁场仅有的几个官吏来说,又不需要他们去干活,所以也就是看个热闹,可冶铁场的工匠们,却是要实实在在地干活受累的,再加之传统的办法用了这么多年了,如今突然来了个安南国的降人就要指导他们弄新东西,这不是瞎折腾是什么?
在一些老师傅看来,安南人就是蛮夷,懂个屁!既然要用钢,那就得先把生铁给搞定,不要总想着走捷径,那是绝对不行的。
世界上要是有那么多的捷径可以走,哪还需要他们这一代代传承下来的手艺?
不过,官是官,吏是吏,民是民,在这个时代敢以民抗官的人,毕竟是少数中的少数,这个身穿棉袄面色蜡黄的老师傅,你让他反抗胡元澄是不敢的,但嘴巴碎点,胡元澄能把人怎么样?
胡元澄当然有把人开没出冶铁场,亦或是鞭打一顿的权力,可要是这么做了,怕是给了下马威,丢了人心。
本来你的尝试就失败了,大家伙陪着你干是支持伱,但这是看在你官身份上,如果论起私下的交情,这老师傅这么多年亦是有不少威望和人情在的,说一句怪话就把人打伤乃至打死,以后谁还敢跟你干?就算不敢明面反对,怕是也都阳奉阴违,出工不出力了。
胡元澄心里清楚,这时候也在两难之际,若是在安南国内,那他自然干脆打杀了,否则有损于威望,可这是在大明,他也是初来乍到若是事情闹大了,传到了大明的高层耳朵里,怕是不仅对他不利,他丢了官职还是小事,影响到胡氏一族在大明的存亡,才是大事。
恰在此时,有人发现了在冶铁场的炉房外瞧着的姜星火等人,方才解了胡元澄的两难。
“见过国师!”
不仅是胡元澄,甚至连那些工匠们,以及那个穿棉袄,脸色蜡黄的老师傅,一听到这个消息,都连忙走过来朝着姜星火作揖问好,神态恭敬无比,甚至隐约间有一丝畏惧。
在百姓面前,姜星火平日里极少露面,而且他的身份又特殊,所以即使在大明各地的百姓都听说过大名鼎鼎的国师,但见到的人却不多。
可对于这些治炼的工匠们,姜星火的威望却远超其他人。
别的不说,他们这些工匠的晋升等级就是在姜星火的提议下,才一力实施的,虽然现在只是草创,很多东西不完善,但工部毕竟有了这么个东西,也算是给工匠们一些奔头。
胡元澄在大明也算是待了一阵子了,知道对方不喜奢侈享受,平日里住的院落,甚至比普通人家的还要朴素,更不喜欢别人打扰他的清净。
所以,没有合适的理由,胡元澄也没有前往国师的府邸拜访,两人算是颇为陌生。
今天国师居然出现在了自己所负责的工部冶铁场,这令胡元澄心头暗喜,这证明国师已经对冶铁场的改建计划,产生了浓厚的兴趣,只要把握住机会,说不准就能获取国师的赏识和帮助,这对于他们胡氏在大明站稳脚跟可是天赐良机啊!
“胡大使,先介绍一番吧。”
胡元澄虽然被授予了工部的官职,但仅仅是大使。而“大使”这个词,在明代跟后世的意思完全不一样,指的是子单位的主管官员,通常有正九品和不入流两种,胡元澄是前者。
六部里面,各部都有大使这个职位,但数量并不相同,完全取决于各部下面有多少子单位,以工部为例,因为涉及到的工程和采购的方方面面,所以下面的子单位也很多,有文思院、皮作局、鞍辔局、宝源局、颜料局、军器局、织染所、杂造局、竹木局、柴炭司、铸炮所等等以“院、局、所”命名的子单位,主官一般都是大使,副官则是副使。
胡元澄现在的职务,正是铸炮所的大使,这处冶铁场,就是铸炮所下属的。
看着对方镇定的神色,姜星火觉得,这应该是心里有底的意思。
事实上来下面视察,如果不是完全形式主义的话,那么只要看看实际情况,问问问题,其实很容易就能了解到一些东西。
而主管者对自己主管业务的内容到底了不了解,能不能面面俱到,也很简单就能看出来其人的态度和能力。
姜星火前世看三国的电视剧,都说凤雏狂,可人家在刘备面前也能短时间内把积压半年的活都干完不是?说明还是胸有成竹。
果然,胡元澄用基本听不出来口音的汉话,开始给姜星火逐个介绍铸炮所这座冶铁场的器具。
“这个最高的冶炼炉名称是大鉴炉,高一丈二,前二尺五寸,后二尺七寸,左右各一尺六寸,是以耐高温的牛头石为内壁,用简千石作为炉门,一般使用黑沙(一种铁砂)做原料。”
“稍矮一点的是熔铁炉,高六尺和高八尺的都有,三层结构,内层用鸡眼砂(一种耐火的砂石),中层用火砖,外层用红砖,这个路子主要是用来熔炼铁水产出生铁的。”
“这个小的是专门用来炒钢的,叫白作炉。”
“最小的这个呢?”姜星火看着眼前跟腌菜缸差不多的火炉问道。
“这个叫甑炉,底厚如蒸饭用的大木甑,又叫冲天炉,易搬动,两三个人就能抬起来把铁水倾倒出来,跟熔铁炉一样,也是用来炼生铁,但这种小炉子主要是做白口铁。”
白口铁,说白了就是在不重要的边角料部位上糊弄糊弄的,比如大炮的炮管,要么是青铜的,要么是钢材,但其他的部位,那就用低成本的白口铁来了。
姜星火大概了解了冶铁场的主要生产器具,又看着刚才失败的这个熔铁炉,问道。
“这个熔铁炉,是最常用的炉子吗?怎么运转的?”
胡元澄点点头,回答道:“熔铁炉是最常用的,这个炉顶与送料场相平,料场架天桥从炉顶下料。”
说着,指了指头顶,果然二层有个送料的天桥。
“走,去看看。”
姜星火没见过这个时代的冶金工业都是怎么运作的,这时候倒是充满了好奇,见国师想看,这些人也不敢怠慢,带着姜星火去观察送料场。
但送料场并不在这里,而是在隔壁。
准确的说,是隔壁的一层,而由于设置了运送物料的斜坡的缘故,这里的一层,就是相当于旁边冶铁场的二层。
从送料场的天桥往下看去,熔铁炉八尺的大炉子里,铁水缸就约有一两尺深。
结合刚才观察到的实际情况,姜星火大约明白了这玩意的运作原理,他刚才看到的,就是在炉底处的出铁水、炉渣口,是敞开式的装置,铁水、炉渣一齐出,炉渣随风吹飘而散。
“所以方才是在弄什么?”
“试试换风箱,能不能提高炉温。”胡元澄回答的很直接。
姜星火若有所思,又问道:“带我去看看风箱。”
熔铁炉的风箱,是在铁炉两侧的隔间里,一般是左右侧都有,通过进风来帮助煤炭的燃烧,进而烧化铁砂,风箱这东西要么是水力要么是人力,没有其他的发动方式,这里的是人力。
姜星火看了风箱,小隔间里的风箱桶用大树全木挖成的,目测甚至可以钻进去一个人,在箱桶里面都打上了蜡,然后扯风盘大概是两三寸厚的样子,周围全都用鸡毛包裹缠绕,有点像用鸡毛掸子。
姜星火自己用手捋了一下,果然滑不留手。
“熔铁炉每次正常下料多少?正常出铁量是多少?几个人干,分别都做什么?”
如果说之前的问题,还是稍稍上心一下就能搞明白的,那么姜星火现在一连串的问题,就是非得用心无比才能脱口而出的了,这也是对胡元澄的真正考验。
胡元澄略一思忖,旋即答道:“正常下料是每一百斤铁砂,配二百斤煤炭,铁砂最粗不超过两寸,每一百斤铁砂能出四十斤铁,通常一炉会下三百斤铁砂和六百斤煤炭。要两个送料人用铁铲从天桥送料,炉前两个人用铁钳子收,两个风箱四个人,每个风箱需要两个人轮流拉,还有一个杂工,一共是九人一组做工。”
见胡元澄对答如流,姜星火的心头亦是微微赞许。
之前姜星火就听安南前线的将领,说这富良江防线布置的好,如今胡元澄能统御十几万人的本事,让他来管着铸炮所,倒是大材小用了。
至于所谓的尖端技术保密
好吧,大明铸炮也没啥尖端技术,再者说,胡氏父子这辈子是肯定跑不出大明了,用人不疑疑人不用的道理还是不消说的。
“那现在生产方法呢?”
“以炒钢法和灌钢法为主。”
姜星火点了点头,这两种经典的冶炼方法,他还是知道的。
炒钢法是华夏古代把生铁变成熟铁的主要方法,大约发明于西汉后期,原理就是把生铁加热成半液态,并不断搅拌,就像是炒肉的动作一样,使生铁中的碳分和杂质不断氧化,从而得到熟铁。
东汉时期流行的神书《太平经》,也就是张角用的那个,里面就记录了“有急乃后使工师击治石,求其中铁,烧冶之使成水,乃后使良工万锻之,乃成莫邪(代指宝剑)耶”,叙述的是由矿石冶炼得到生铁,再由生铁水经过炒炼,锻打成器的工艺过程。
炒钢法这项技术操作简便,原料易得,可以连续大规模生产,生产效率比较高,对华夏长期领先世界有很重要的意义,事实上,类似的技术在西方直至18世纪中叶才由英国人发明了出来,而此时15世纪的大明,炒钢法就已经趋于登峰造极了,所以在工业革命的这扇大门前,华夏其实有太多比西方更接近这扇门的优势。
至于所谓的灌钢法,现在还没有进化到终极形态,也就是苏钢的出现,但基本工艺早已成熟,主要原理如果要用现代人易于理解的话说,其实就四个字。
——“鸡蛋灌饼”。
理解了鸡蛋灌饼的操作手法,就基本理解了灌钢法是怎么弄的,工艺过程基就是将熔化的生铁与熟铁合炼,熟铁就是“饼”,生铁就是“蛋”,正如鸡蛋液体会均匀的渗透到整个饼里一样,生铁中的碳分也会向熟铁中扩散,并趋于均匀分布,且可去除部分杂质,而成较好的熟铁乃至钢材。
沈括《梦溪笔谈》卷三里详细记载了灌钢法的过程“世间锻铁所谓钢铁者,用柔铁屈盘之,乃以生铁陷其间,泥封炼之,锻令相入,谓之‘团钢’,亦谓之‘灌钢’.二三炼则生铁自熟,仍是柔铁”。
其中把柔铁屈盘起来是为了增加生熟铁的接触面,提高灌钢的效率,并促使碳分分布更均匀,封泥则可以促进造渣,去除杂质,并起保护作用。
因为掌握不好这个度,一开始灌钢法很麻烦,要灌入很多次生铁,后来灌钢技术在宋代以后不断被改进,减少了灌炼次数,到了现在永乐时期的大明,基本上都是一次成,之所以能一次成,就是因为现在的灌钢法,已把柔铁屈盘改为薄熟铁片,进一步增加了生熟铁的接触面,加速其“生熟相和,炼成则钢”的进程,泥封也改为草泥混封,密闭性更好。
不过灌钢法这玩意咋说呢
正面评价,肯定是提高了生产效率,低成本高产出,但从负面意义上,那就是和稀泥,是不利于产出高品质钢材的,因此在姜星火前世,很多论坛上也讥笑正是灌钢法的大规模使用,才让华夏的武器,出现了类似于“考古式修仙”一样的“考古式宝刃”,也就是说,在宋代以后,都是时间越往前的武器,质量就越好,唐刀更是成为绝唱。
而北方的异族,也大多开始了在冶炼产品的质量上,开始超越汉人,譬如辽金夏元的马甲、扎甲、刀枪,普遍比大宋的质量要好。
只能说,在大多数条件下,数量和质量不能兼得吧。
至于说渗碳.《天工开物》就记载了制针时固体渗碳热处理工艺:针抽丝,剪断,搓好后入釜慢火炒熟,炒后用松木、木炭作为渗碳剂,豆豉作催化剂,在土末的密封下,进行固体渗炭。
这东西其实跟往泥巴里戳根木棍,是一个原理,只能说治标不治本,通过这种办法获得的钢材,算是勉强达标,但要说性能多好,那也不用指望。
当然了,不光是钢铁冶炼工艺的原因,其中也有燃料的因素在里面,宋代以前基本都是用木炭的,而宋代以后则是以煤炭为主,煤炭能让钢铁产量快速增加,但却会影响质量,因为华夏的铁矿普遍质量就不好,煤炭也基本都是含有高磷高硫的,二者相加,产出的钢铁质量降低是必然的。
日本人则一直坚持着用木炭炼铁,除了日本森林覆盖率高的原因,那就是日本不需要跟华夏同比例的钢铁产量,他们的钢铁是装备精锐的,而不是像华夏这样动不动就要给以十万计的部队进行装备,所以日本人的披甲率也不高。
“所以方才你想要提高炉温,目的是为何?”姜星火看完这些,最终问道。
胡元澄实话实说道:“找到能高效率出钢铁的办法,现在的炮都是用铜铸的,不是长久之计。”
姜星火听罢点了点头,看来胡元澄也意识到了问题所在。
事实上,明代是中国火炮技术发展的转折点,在明初和明初以前,中国的火炮技术依然领先于世界,但在短短的一二百年里,就开始大幅落后于世界了,在明朝的中后期,不仅要从安南和鲁密(指奥斯曼土耳其)进口火铳,更是要从葡萄牙和西班牙的手里进口大炮。
这里面有两个主要原因,其一是刚才说的,由于华夏储藏的铁矿石品位不太行,所以冶炼出来的铸铁非常脆,是很不适合作为火铳或大炮的发射管的,如果用料薄了,很容易就会发生炸膛,而如果厚了,那就会严重影响武器性能。
其二就是林业资源日益枯竭,给百姓使用还凑合,但要是想要大规模炼铁,那就只能用煤炭,可华夏的煤炭基本都是高磷高硫的,而含硫太多的铁管很脆很容易炸裂,这就使得在本就容易炸膛的铁,在经过高硫煤的冶炼后,更加容易炸膛。
因此,采用青铜来铸炮,实在是明军的无奈之举。
要是有更容易获得的铁炮,谁愿意拿青铜来铸炮呢?
毕竟在这个时代,铜就是货币,就是财富,这才是真正字面意义上的“烧钱”。
如今物价通胀的这么厉害,国家把铜拿来铸钱都不够,如果不是只能用铜炮,姜星火是真的不想把大量的铜投入到铸炮里。
在姜星火的规划里,跨海征日之前,必须要把宝钞的货币价格稳定在40-50%原有币值的区间里,否则根本没法执行换钞,只要换钞,整个国民经济体系必定会崩溃。
而恢复宝钞的币值有两种办法。
第一种,是姜星火现在正在做的,也就是通过纳钞中盐、发行国债等手段,回笼在市场上过度泛滥的宝钞,减少宝钞的总量这个道理很简单,只要宝钞的总量减少了,那么宝钞的币值就上升了。
第二种,则是增加铜钱的供给总量,也就是让作为锚定物的铜钱自我贬值,倒也不需要铜钱跟上之前宝钞贬值的速度,那样也会玩崩,只需要让原来10文铜钱/100文面值的宝钞才能买到的物品,变成11文或12文铜钱买到就可以了,这样就会让铜钱和宝钞之间的实际价值比迅速缩小。
至于第二种办法会不会造成收割百姓财富的后果,姜星火认为不会,因为物价也在通胀,就算国家不增加铜钱的供给总量,这种自然出现的经济现象还是会出现,或早或晚的事情。
只不过现在姜星火没有用第二种办法,就是军事工业使用了太多的铜资源,导致没有足够的铜用来铸造铜钱,毕竟大明是整体缺铜的。
“如果能用钢或铁来铸炮,而不是用铜铸炮.”
姜星火陷入了深思之中,见国师没说话,其他人也不敢言语。
姜星火如果没记错的话,其实一开始西方国家在三十年战争以后,用的也是铁炮,而不是铜炮,其中性能的佼佼者,就是英国铸造的铁炮,英国铁炮有无限接近铜炮的性能,使那时候的英国铁炮在欧洲,其价格甚至相当于欧洲自制铁炮的四至五倍。
之所以英国人能做到,就是因为完全使用木炭来炼铁,当然了,万事万物都有代价,英国人的代价就是整个英伦三岛都被砍秃了。
铸炮一共三条路。
①用铁炮,木炭炼铁
②用铁炮,煤炭炼铁
③直接用铜炮
从燃料上讲,木炭炼铁这条路,大明走不通,只适用于英国或日本这种森林覆盖率高的岛国,而姜星火又不希望有限的铜资源被投入到军事工业里,所以,只能选择用铁炮,尝试煤炭炼铁的新方法,这也跟胡元澄的思路不谋而合。
现在的问题就是,煤炭都是高磷高硫的,铁矿石的品位也不好,怎么才能解决炼出来的铁含硫、磷过高,极其容易炸膛的问题。
“解决的思路应该是两条。”
姜星火深思了良久,方才开口说道:“其一是从铁上着手,其二是从煤上着手。”
这当然不是两句废话。
铁的话,熟铁虽然比生铁含硫量低,但熟铁太软了,很难用来当炮管,所以生铁不行,熟铁不行,最终的结果,就是把铁进化成钢,不铸铁炮,而是铸造钢炮。
姜星火断定道:“不要把主要精力放在改进冶铁炉了,从冶铁炉上面动脑筋应该是不行的,因为无论如何改进冶铁炉,炉温都不够得到液态钢水。”
想要得到液态钢水,那第一个想到的,肯定是贝塞麦转炉法,也就是靠转炉内液态生铁的物理热和生铁内各组分(如碳、锰、硅、磷等)与送入炉内的氧进行化学反应所产生的热量,使金属达到出钢要求的成分和温度。
但问题在于,方法不适用!
现在大明基础材料跟不上,别说姜星火不记得,就算姜星火把贝塞麦转炉的图纸画出来,也白扯。
不是做不出来炉子,而是压根就没有低磷铁!
只要了解过一点钢铁行业的发展史,都知道低磷铁好,可哪怕是日本在进入工业化后,所需的低磷铁都要全部从英国和瑞典进口,直到第一次世界大战爆发,日本都无法自产低磷铁华夏哪里有低磷铁,姜星火不知道,只能寄希望于辽东有,反正已知的大明现有的铁矿,是统统都没有的。
为什么非得要低磷铁?因为贝塞麦开始试验的时候就用的磷、硫低而且锰高的生铁作原料,初步成功了,改用其他生铁时,炼得的钢水都不行,虽然通过加镜铁(锰系铁合金,是一种脱硫脱氧剂,因其断面具有镜面样光辉,故称镜铁)能够有效缓解,但最重要的,还是要低磷铁,即便是后来英国人托马斯发现,当使用碱性耐火砖砌衬时,在转炉冶炼过程中使炉渣成为高碱性,可为铁矿石脱磷,也就是改进的“贝塞麦-托马斯法”,可铁矿石还是有严格的品质要求。
谁都知道液态钢具有极高的生产率和极低的成本,钢质量也优于半固态生产的普德林铁,若非如此,贝塞麦法也不会在一战前后成为世界上的主要炼钢方法,但没有低磷铁一切都白扯。
事实上,随着全球低磷铁矿耗用殆尽,而逐渐积累起来的废钢又不能在贝塞麦炼钢法中应用,贝塞麦法就开始逐渐衰落,最后被平炉炼钢法所取代了。
所以,在铁不行的条件下,贝塞麦炼钢法是用不了的。
就在被否定的胡元澄有些缺乏思路的时候,姜星火却笃定地说道。
“可以从煤上着手。”
“从煤上着手?”
这些冶铁场的工匠们目瞪口呆地看着姜星火。
这位国师大人,还真是孜孜不倦地寻找改进的思路。
但是这些思路,按照过去的经验,都是错误的啊!
煤又没有其他种类,就算有,也得重新挖掘,能不能用还不知道呢。
不过胡元澄倒是丝毫不觉得姜星火的思路有问题。
事实上,经过刚才的失败,他已经意识到了,好像提高炉温的办法,确实不行。
而提高炉温不行,这路子里面就俩个主要的材料,一个是铁,一个是煤。
虽然不晓得国师为什么不从铁上着手,但想来是有他的道理,只是自己没有悟透,那么,似乎能选择的选项,也就只剩下煤了。
其实没有磷、硫低的铁,还有一个办法,那就是脱硫脱磷技术,把磷、硫高的铁,变成磷、硫低的铁,但这个现在是做不到的,这科技点太过超前,正常要19世纪下半叶才能出现,姜星火也弄不出来。
但不能给钢材直接脱硫脱磷,从而得到低磷、硫的钢材,倒也完全没有低配版的办法。
姜星火方才就想到了,那就是焦煤炼钢,然后单独脱磷。
先获得液态钢,然后再用笨办法去脱磷,这样就得到了低磷钢。
跟贝塞麦炼钢法虽然途经不同,但结果是一样的,都能获得低磷钢,这就是殊途同归。
之前说了,获得钢水,需要1600度的高温。
其实在姜星火前世,很少有人想过,东西方的冶铁技术,是什么时候出现代差的。
“代差”这个判断标准,也很简单,那就是什么时候能够稳定获得1600度高温。
答案不难,公元1709年。
在清帝康熙于京西畅春园之北建圆明园,赐予皇四子胤禛居住的时候,英国人亚伯拉罕达比,第一次用焦煤作为原料炼铁,让炉火的温度剧烈升高,获得了稳定的1600度的高温。
从那以后,燃料上的突破就陷入了瓶颈期,为了获得更高的炉温,获得更高品质的钢材,西方人又开始从鼓风器具和冶铁炉两方面着手,冶铁炉的结果就是贝塞麦转炉的出现,而鼓风机则一开始是通过畜力带动水车,水车带动鼓风机,后来有了用于抽水的纽科门蒸汽机,就直接用蒸汽机带动水车了。
焦煤炼铁→畜力水车→蒸汽机水车
事实上,想要完全去除或者一步脱硫脱磷姜星火不会,但只要能获得液态钢,脱磷的办法还是有几种的,难一点的譬如氧吹除磷、镁还原除磷,当然了,没有镁和高压氧气其实都无所谓,因为还有简单一点的办法——大明现在总有石灰石吧?
有石灰石,就能脱磷。
作为石灰石的主要成分,碳酸钙能能够用来还原除磷的,其反应原理是在高温条件下,碳酸钙和炉内的钢水反应,生成二氧化碳等气体和氧化钙,氧化钙再与钢水里的磷反应生成气体并排出炉外。
这种方法适用于含磷较高的钢水,说白了就是往钢水里撒石灰石粉末,没有任何技术难度,跟往水里撒面粉没有任何本质区别。
有了能稳定地低成本高效率获得的低磷钢材,就有了重工业大到军舰火炮,小到车床零件的一切。
而蒸汽机的发展,也是与煤铁工业密不可分的,譬如蒸汽机一开始的主要作用,就是用来给煤矿抽水和给冶铁鼓风,而前置科技点,也就是车床、镗床等技术,却是为了用于火炮炮管生产,才发明出来的。
此前对这些零散的知识点始终没有串联起来的姜星火,在此情此景的逼迫下,终于理解了这一切。
至此,他也拿到了开启第一次工业革命里重工业大门的那把最关键的钥匙。
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胡元澄在安南国的时候,就对冶金和火器都非常感兴趣,是主抓这两个方面的,而冶铁场的这一次冶铁技术改进的尝试,其实就是他所一手推动。
当然了,阻力也很大,有很多老师傅和下面的官吏,都对此不理解。
但对于冶铁场仅有的几个官吏来说,又不需要他们去干活,所以也就是看个热闹,可冶铁场的工匠们,却是要实实在在地干活受累的,再加之传统的办法用了这么多年了,如今突然来了个安南国的降人就要指导他们弄新东西,这不是瞎折腾是什么?
在一些老师傅看来,安南人就是蛮夷,懂个屁!既然要用钢,那就得先把生铁给搞定,不要总想着走捷径,那是绝对不行的。
世界上要是有那么多的捷径可以走,哪还需要他们这一代代传承下来的手艺?
不过,官是官,吏是吏,民是民,在这个时代敢以民抗官的人,毕竟是少数中的少数,这个身穿棉袄面色蜡黄的老师傅,你让他反抗胡元澄是不敢的,但嘴巴碎点,胡元澄能把人怎么样?
胡元澄当然有把人开没出冶铁场,亦或是鞭打一顿的权力,可要是这么做了,怕是给了下马威,丢了人心。
本来你的尝试就失败了,大家伙陪着你干是支持伱,但这是看在你官身份上,如果论起私下的交情,这老师傅这么多年亦是有不少威望和人情在的,说一句怪话就把人打伤乃至打死,以后谁还敢跟你干?就算不敢明面反对,怕是也都阳奉阴违,出工不出力了。
胡元澄心里清楚,这时候也在两难之际,若是在安南国内,那他自然干脆打杀了,否则有损于威望,可这是在大明,他也是初来乍到若是事情闹大了,传到了大明的高层耳朵里,怕是不仅对他不利,他丢了官职还是小事,影响到胡氏一族在大明的存亡,才是大事。
恰在此时,有人发现了在冶铁场的炉房外瞧着的姜星火等人,方才解了胡元澄的两难。
“见过国师!”
不仅是胡元澄,甚至连那些工匠们,以及那个穿棉袄,脸色蜡黄的老师傅,一听到这个消息,都连忙走过来朝着姜星火作揖问好,神态恭敬无比,甚至隐约间有一丝畏惧。
在百姓面前,姜星火平日里极少露面,而且他的身份又特殊,所以即使在大明各地的百姓都听说过大名鼎鼎的国师,但见到的人却不多。
可对于这些治炼的工匠们,姜星火的威望却远超其他人。
别的不说,他们这些工匠的晋升等级就是在姜星火的提议下,才一力实施的,虽然现在只是草创,很多东西不完善,但工部毕竟有了这么个东西,也算是给工匠们一些奔头。
胡元澄在大明也算是待了一阵子了,知道对方不喜奢侈享受,平日里住的院落,甚至比普通人家的还要朴素,更不喜欢别人打扰他的清净。
所以,没有合适的理由,胡元澄也没有前往国师的府邸拜访,两人算是颇为陌生。
今天国师居然出现在了自己所负责的工部冶铁场,这令胡元澄心头暗喜,这证明国师已经对冶铁场的改建计划,产生了浓厚的兴趣,只要把握住机会,说不准就能获取国师的赏识和帮助,这对于他们胡氏在大明站稳脚跟可是天赐良机啊!
“胡大使,先介绍一番吧。”
胡元澄虽然被授予了工部的官职,但仅仅是大使。而“大使”这个词,在明代跟后世的意思完全不一样,指的是子单位的主管官员,通常有正九品和不入流两种,胡元澄是前者。
六部里面,各部都有大使这个职位,但数量并不相同,完全取决于各部下面有多少子单位,以工部为例,因为涉及到的工程和采购的方方面面,所以下面的子单位也很多,有文思院、皮作局、鞍辔局、宝源局、颜料局、军器局、织染所、杂造局、竹木局、柴炭司、铸炮所等等以“院、局、所”命名的子单位,主官一般都是大使,副官则是副使。
胡元澄现在的职务,正是铸炮所的大使,这处冶铁场,就是铸炮所下属的。
看着对方镇定的神色,姜星火觉得,这应该是心里有底的意思。
事实上来下面视察,如果不是完全形式主义的话,那么只要看看实际情况,问问问题,其实很容易就能了解到一些东西。
而主管者对自己主管业务的内容到底了不了解,能不能面面俱到,也很简单就能看出来其人的态度和能力。
姜星火前世看三国的电视剧,都说凤雏狂,可人家在刘备面前也能短时间内把积压半年的活都干完不是?说明还是胸有成竹。
果然,胡元澄用基本听不出来口音的汉话,开始给姜星火逐个介绍铸炮所这座冶铁场的器具。
“这个最高的冶炼炉名称是大鉴炉,高一丈二,前二尺五寸,后二尺七寸,左右各一尺六寸,是以耐高温的牛头石为内壁,用简千石作为炉门,一般使用黑沙(一种铁砂)做原料。”
“稍矮一点的是熔铁炉,高六尺和高八尺的都有,三层结构,内层用鸡眼砂(一种耐火的砂石),中层用火砖,外层用红砖,这个路子主要是用来熔炼铁水产出生铁的。”
“这个小的是专门用来炒钢的,叫白作炉。”
“最小的这个呢?”姜星火看着眼前跟腌菜缸差不多的火炉问道。
“这个叫甑炉,底厚如蒸饭用的大木甑,又叫冲天炉,易搬动,两三个人就能抬起来把铁水倾倒出来,跟熔铁炉一样,也是用来炼生铁,但这种小炉子主要是做白口铁。”
白口铁,说白了就是在不重要的边角料部位上糊弄糊弄的,比如大炮的炮管,要么是青铜的,要么是钢材,但其他的部位,那就用低成本的白口铁来了。
姜星火大概了解了冶铁场的主要生产器具,又看着刚才失败的这个熔铁炉,问道。
“这个熔铁炉,是最常用的炉子吗?怎么运转的?”
胡元澄点点头,回答道:“熔铁炉是最常用的,这个炉顶与送料场相平,料场架天桥从炉顶下料。”
说着,指了指头顶,果然二层有个送料的天桥。
“走,去看看。”
姜星火没见过这个时代的冶金工业都是怎么运作的,这时候倒是充满了好奇,见国师想看,这些人也不敢怠慢,带着姜星火去观察送料场。
但送料场并不在这里,而是在隔壁。
准确的说,是隔壁的一层,而由于设置了运送物料的斜坡的缘故,这里的一层,就是相当于旁边冶铁场的二层。
从送料场的天桥往下看去,熔铁炉八尺的大炉子里,铁水缸就约有一两尺深。
结合刚才观察到的实际情况,姜星火大约明白了这玩意的运作原理,他刚才看到的,就是在炉底处的出铁水、炉渣口,是敞开式的装置,铁水、炉渣一齐出,炉渣随风吹飘而散。
“所以方才是在弄什么?”
“试试换风箱,能不能提高炉温。”胡元澄回答的很直接。
姜星火若有所思,又问道:“带我去看看风箱。”
熔铁炉的风箱,是在铁炉两侧的隔间里,一般是左右侧都有,通过进风来帮助煤炭的燃烧,进而烧化铁砂,风箱这东西要么是水力要么是人力,没有其他的发动方式,这里的是人力。
姜星火看了风箱,小隔间里的风箱桶用大树全木挖成的,目测甚至可以钻进去一个人,在箱桶里面都打上了蜡,然后扯风盘大概是两三寸厚的样子,周围全都用鸡毛包裹缠绕,有点像用鸡毛掸子。
姜星火自己用手捋了一下,果然滑不留手。
“熔铁炉每次正常下料多少?正常出铁量是多少?几个人干,分别都做什么?”
如果说之前的问题,还是稍稍上心一下就能搞明白的,那么姜星火现在一连串的问题,就是非得用心无比才能脱口而出的了,这也是对胡元澄的真正考验。
胡元澄略一思忖,旋即答道:“正常下料是每一百斤铁砂,配二百斤煤炭,铁砂最粗不超过两寸,每一百斤铁砂能出四十斤铁,通常一炉会下三百斤铁砂和六百斤煤炭。要两个送料人用铁铲从天桥送料,炉前两个人用铁钳子收,两个风箱四个人,每个风箱需要两个人轮流拉,还有一个杂工,一共是九人一组做工。”
见胡元澄对答如流,姜星火的心头亦是微微赞许。
之前姜星火就听安南前线的将领,说这富良江防线布置的好,如今胡元澄能统御十几万人的本事,让他来管着铸炮所,倒是大材小用了。
至于所谓的尖端技术保密
好吧,大明铸炮也没啥尖端技术,再者说,胡氏父子这辈子是肯定跑不出大明了,用人不疑疑人不用的道理还是不消说的。
“那现在生产方法呢?”
“以炒钢法和灌钢法为主。”
姜星火点了点头,这两种经典的冶炼方法,他还是知道的。
炒钢法是华夏古代把生铁变成熟铁的主要方法,大约发明于西汉后期,原理就是把生铁加热成半液态,并不断搅拌,就像是炒肉的动作一样,使生铁中的碳分和杂质不断氧化,从而得到熟铁。
东汉时期流行的神书《太平经》,也就是张角用的那个,里面就记录了“有急乃后使工师击治石,求其中铁,烧冶之使成水,乃后使良工万锻之,乃成莫邪(代指宝剑)耶”,叙述的是由矿石冶炼得到生铁,再由生铁水经过炒炼,锻打成器的工艺过程。
炒钢法这项技术操作简便,原料易得,可以连续大规模生产,生产效率比较高,对华夏长期领先世界有很重要的意义,事实上,类似的技术在西方直至18世纪中叶才由英国人发明了出来,而此时15世纪的大明,炒钢法就已经趋于登峰造极了,所以在工业革命的这扇大门前,华夏其实有太多比西方更接近这扇门的优势。
至于所谓的灌钢法,现在还没有进化到终极形态,也就是苏钢的出现,但基本工艺早已成熟,主要原理如果要用现代人易于理解的话说,其实就四个字。
——“鸡蛋灌饼”。
理解了鸡蛋灌饼的操作手法,就基本理解了灌钢法是怎么弄的,工艺过程基就是将熔化的生铁与熟铁合炼,熟铁就是“饼”,生铁就是“蛋”,正如鸡蛋液体会均匀的渗透到整个饼里一样,生铁中的碳分也会向熟铁中扩散,并趋于均匀分布,且可去除部分杂质,而成较好的熟铁乃至钢材。
沈括《梦溪笔谈》卷三里详细记载了灌钢法的过程“世间锻铁所谓钢铁者,用柔铁屈盘之,乃以生铁陷其间,泥封炼之,锻令相入,谓之‘团钢’,亦谓之‘灌钢’.二三炼则生铁自熟,仍是柔铁”。
其中把柔铁屈盘起来是为了增加生熟铁的接触面,提高灌钢的效率,并促使碳分分布更均匀,封泥则可以促进造渣,去除杂质,并起保护作用。
因为掌握不好这个度,一开始灌钢法很麻烦,要灌入很多次生铁,后来灌钢技术在宋代以后不断被改进,减少了灌炼次数,到了现在永乐时期的大明,基本上都是一次成,之所以能一次成,就是因为现在的灌钢法,已把柔铁屈盘改为薄熟铁片,进一步增加了生熟铁的接触面,加速其“生熟相和,炼成则钢”的进程,泥封也改为草泥混封,密闭性更好。
不过灌钢法这玩意咋说呢
正面评价,肯定是提高了生产效率,低成本高产出,但从负面意义上,那就是和稀泥,是不利于产出高品质钢材的,因此在姜星火前世,很多论坛上也讥笑正是灌钢法的大规模使用,才让华夏的武器,出现了类似于“考古式修仙”一样的“考古式宝刃”,也就是说,在宋代以后,都是时间越往前的武器,质量就越好,唐刀更是成为绝唱。
而北方的异族,也大多开始了在冶炼产品的质量上,开始超越汉人,譬如辽金夏元的马甲、扎甲、刀枪,普遍比大宋的质量要好。
只能说,在大多数条件下,数量和质量不能兼得吧。
至于说渗碳.《天工开物》就记载了制针时固体渗碳热处理工艺:针抽丝,剪断,搓好后入釜慢火炒熟,炒后用松木、木炭作为渗碳剂,豆豉作催化剂,在土末的密封下,进行固体渗炭。
这东西其实跟往泥巴里戳根木棍,是一个原理,只能说治标不治本,通过这种办法获得的钢材,算是勉强达标,但要说性能多好,那也不用指望。
当然了,不光是钢铁冶炼工艺的原因,其中也有燃料的因素在里面,宋代以前基本都是用木炭的,而宋代以后则是以煤炭为主,煤炭能让钢铁产量快速增加,但却会影响质量,因为华夏的铁矿普遍质量就不好,煤炭也基本都是含有高磷高硫的,二者相加,产出的钢铁质量降低是必然的。
日本人则一直坚持着用木炭炼铁,除了日本森林覆盖率高的原因,那就是日本不需要跟华夏同比例的钢铁产量,他们的钢铁是装备精锐的,而不是像华夏这样动不动就要给以十万计的部队进行装备,所以日本人的披甲率也不高。
“所以方才你想要提高炉温,目的是为何?”姜星火看完这些,最终问道。
胡元澄实话实说道:“找到能高效率出钢铁的办法,现在的炮都是用铜铸的,不是长久之计。”
姜星火听罢点了点头,看来胡元澄也意识到了问题所在。
事实上,明代是中国火炮技术发展的转折点,在明初和明初以前,中国的火炮技术依然领先于世界,但在短短的一二百年里,就开始大幅落后于世界了,在明朝的中后期,不仅要从安南和鲁密(指奥斯曼土耳其)进口火铳,更是要从葡萄牙和西班牙的手里进口大炮。
这里面有两个主要原因,其一是刚才说的,由于华夏储藏的铁矿石品位不太行,所以冶炼出来的铸铁非常脆,是很不适合作为火铳或大炮的发射管的,如果用料薄了,很容易就会发生炸膛,而如果厚了,那就会严重影响武器性能。
其二就是林业资源日益枯竭,给百姓使用还凑合,但要是想要大规模炼铁,那就只能用煤炭,可华夏的煤炭基本都是高磷高硫的,而含硫太多的铁管很脆很容易炸裂,这就使得在本就容易炸膛的铁,在经过高硫煤的冶炼后,更加容易炸膛。
因此,采用青铜来铸炮,实在是明军的无奈之举。
要是有更容易获得的铁炮,谁愿意拿青铜来铸炮呢?
毕竟在这个时代,铜就是货币,就是财富,这才是真正字面意义上的“烧钱”。
如今物价通胀的这么厉害,国家把铜拿来铸钱都不够,如果不是只能用铜炮,姜星火是真的不想把大量的铜投入到铸炮里。
在姜星火的规划里,跨海征日之前,必须要把宝钞的货币价格稳定在40-50%原有币值的区间里,否则根本没法执行换钞,只要换钞,整个国民经济体系必定会崩溃。
而恢复宝钞的币值有两种办法。
第一种,是姜星火现在正在做的,也就是通过纳钞中盐、发行国债等手段,回笼在市场上过度泛滥的宝钞,减少宝钞的总量这个道理很简单,只要宝钞的总量减少了,那么宝钞的币值就上升了。
第二种,则是增加铜钱的供给总量,也就是让作为锚定物的铜钱自我贬值,倒也不需要铜钱跟上之前宝钞贬值的速度,那样也会玩崩,只需要让原来10文铜钱/100文面值的宝钞才能买到的物品,变成11文或12文铜钱买到就可以了,这样就会让铜钱和宝钞之间的实际价值比迅速缩小。
至于第二种办法会不会造成收割百姓财富的后果,姜星火认为不会,因为物价也在通胀,就算国家不增加铜钱的供给总量,这种自然出现的经济现象还是会出现,或早或晚的事情。
只不过现在姜星火没有用第二种办法,就是军事工业使用了太多的铜资源,导致没有足够的铜用来铸造铜钱,毕竟大明是整体缺铜的。
“如果能用钢或铁来铸炮,而不是用铜铸炮.”
姜星火陷入了深思之中,见国师没说话,其他人也不敢言语。
姜星火如果没记错的话,其实一开始西方国家在三十年战争以后,用的也是铁炮,而不是铜炮,其中性能的佼佼者,就是英国铸造的铁炮,英国铁炮有无限接近铜炮的性能,使那时候的英国铁炮在欧洲,其价格甚至相当于欧洲自制铁炮的四至五倍。
之所以英国人能做到,就是因为完全使用木炭来炼铁,当然了,万事万物都有代价,英国人的代价就是整个英伦三岛都被砍秃了。
铸炮一共三条路。
①用铁炮,木炭炼铁
②用铁炮,煤炭炼铁
③直接用铜炮
从燃料上讲,木炭炼铁这条路,大明走不通,只适用于英国或日本这种森林覆盖率高的岛国,而姜星火又不希望有限的铜资源被投入到军事工业里,所以,只能选择用铁炮,尝试煤炭炼铁的新方法,这也跟胡元澄的思路不谋而合。
现在的问题就是,煤炭都是高磷高硫的,铁矿石的品位也不好,怎么才能解决炼出来的铁含硫、磷过高,极其容易炸膛的问题。
“解决的思路应该是两条。”
姜星火深思了良久,方才开口说道:“其一是从铁上着手,其二是从煤上着手。”
这当然不是两句废话。
铁的话,熟铁虽然比生铁含硫量低,但熟铁太软了,很难用来当炮管,所以生铁不行,熟铁不行,最终的结果,就是把铁进化成钢,不铸铁炮,而是铸造钢炮。
姜星火断定道:“不要把主要精力放在改进冶铁炉了,从冶铁炉上面动脑筋应该是不行的,因为无论如何改进冶铁炉,炉温都不够得到液态钢水。”
想要得到液态钢水,那第一个想到的,肯定是贝塞麦转炉法,也就是靠转炉内液态生铁的物理热和生铁内各组分(如碳、锰、硅、磷等)与送入炉内的氧进行化学反应所产生的热量,使金属达到出钢要求的成分和温度。
但问题在于,方法不适用!
现在大明基础材料跟不上,别说姜星火不记得,就算姜星火把贝塞麦转炉的图纸画出来,也白扯。
不是做不出来炉子,而是压根就没有低磷铁!
只要了解过一点钢铁行业的发展史,都知道低磷铁好,可哪怕是日本在进入工业化后,所需的低磷铁都要全部从英国和瑞典进口,直到第一次世界大战爆发,日本都无法自产低磷铁华夏哪里有低磷铁,姜星火不知道,只能寄希望于辽东有,反正已知的大明现有的铁矿,是统统都没有的。
为什么非得要低磷铁?因为贝塞麦开始试验的时候就用的磷、硫低而且锰高的生铁作原料,初步成功了,改用其他生铁时,炼得的钢水都不行,虽然通过加镜铁(锰系铁合金,是一种脱硫脱氧剂,因其断面具有镜面样光辉,故称镜铁)能够有效缓解,但最重要的,还是要低磷铁,即便是后来英国人托马斯发现,当使用碱性耐火砖砌衬时,在转炉冶炼过程中使炉渣成为高碱性,可为铁矿石脱磷,也就是改进的“贝塞麦-托马斯法”,可铁矿石还是有严格的品质要求。
谁都知道液态钢具有极高的生产率和极低的成本,钢质量也优于半固态生产的普德林铁,若非如此,贝塞麦法也不会在一战前后成为世界上的主要炼钢方法,但没有低磷铁一切都白扯。
事实上,随着全球低磷铁矿耗用殆尽,而逐渐积累起来的废钢又不能在贝塞麦炼钢法中应用,贝塞麦法就开始逐渐衰落,最后被平炉炼钢法所取代了。
所以,在铁不行的条件下,贝塞麦炼钢法是用不了的。
就在被否定的胡元澄有些缺乏思路的时候,姜星火却笃定地说道。
“可以从煤上着手。”
“从煤上着手?”
这些冶铁场的工匠们目瞪口呆地看着姜星火。
这位国师大人,还真是孜孜不倦地寻找改进的思路。
但是这些思路,按照过去的经验,都是错误的啊!
煤又没有其他种类,就算有,也得重新挖掘,能不能用还不知道呢。
不过胡元澄倒是丝毫不觉得姜星火的思路有问题。
事实上,经过刚才的失败,他已经意识到了,好像提高炉温的办法,确实不行。
而提高炉温不行,这路子里面就俩个主要的材料,一个是铁,一个是煤。
虽然不晓得国师为什么不从铁上着手,但想来是有他的道理,只是自己没有悟透,那么,似乎能选择的选项,也就只剩下煤了。
其实没有磷、硫低的铁,还有一个办法,那就是脱硫脱磷技术,把磷、硫高的铁,变成磷、硫低的铁,但这个现在是做不到的,这科技点太过超前,正常要19世纪下半叶才能出现,姜星火也弄不出来。
但不能给钢材直接脱硫脱磷,从而得到低磷、硫的钢材,倒也完全没有低配版的办法。
姜星火方才就想到了,那就是焦煤炼钢,然后单独脱磷。
先获得液态钢,然后再用笨办法去脱磷,这样就得到了低磷钢。
跟贝塞麦炼钢法虽然途经不同,但结果是一样的,都能获得低磷钢,这就是殊途同归。
之前说了,获得钢水,需要1600度的高温。
其实在姜星火前世,很少有人想过,东西方的冶铁技术,是什么时候出现代差的。
“代差”这个判断标准,也很简单,那就是什么时候能够稳定获得1600度高温。
答案不难,公元1709年。
在清帝康熙于京西畅春园之北建圆明园,赐予皇四子胤禛居住的时候,英国人亚伯拉罕达比,第一次用焦煤作为原料炼铁,让炉火的温度剧烈升高,获得了稳定的1600度的高温。
从那以后,燃料上的突破就陷入了瓶颈期,为了获得更高的炉温,获得更高品质的钢材,西方人又开始从鼓风器具和冶铁炉两方面着手,冶铁炉的结果就是贝塞麦转炉的出现,而鼓风机则一开始是通过畜力带动水车,水车带动鼓风机,后来有了用于抽水的纽科门蒸汽机,就直接用蒸汽机带动水车了。
焦煤炼铁→畜力水车→蒸汽机水车
事实上,想要完全去除或者一步脱硫脱磷姜星火不会,但只要能获得液态钢,脱磷的办法还是有几种的,难一点的譬如氧吹除磷、镁还原除磷,当然了,没有镁和高压氧气其实都无所谓,因为还有简单一点的办法——大明现在总有石灰石吧?
有石灰石,就能脱磷。
作为石灰石的主要成分,碳酸钙能能够用来还原除磷的,其反应原理是在高温条件下,碳酸钙和炉内的钢水反应,生成二氧化碳等气体和氧化钙,氧化钙再与钢水里的磷反应生成气体并排出炉外。
这种方法适用于含磷较高的钢水,说白了就是往钢水里撒石灰石粉末,没有任何技术难度,跟往水里撒面粉没有任何本质区别。
有了能稳定地低成本高效率获得的低磷钢材,就有了重工业大到军舰火炮,小到车床零件的一切。
而蒸汽机的发展,也是与煤铁工业密不可分的,譬如蒸汽机一开始的主要作用,就是用来给煤矿抽水和给冶铁鼓风,而前置科技点,也就是车床、镗床等技术,却是为了用于火炮炮管生产,才发明出来的。
此前对这些零散的知识点始终没有串联起来的姜星火,在此情此景的逼迫下,终于理解了这一切。
至此,他也拿到了开启第一次工业革命里重工业大门的那把最关键的钥匙。
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