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大明国师_分节阅读_第613节
小说作者:西湖遇雨   小说类别:历史军事   内容大小:2.97 MB   上传时间:2024-03-16 09:35:23

  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,当使用硷性耐火砖砌衬时,在转炉冶炼过程中使炉渣成为高硷性,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。



第479章 钢材

  这是一个技术停滞不前的年代。

  在这个年代,由于大明帝国的国土面积广阔,人口相对稀疏,再加上路引制度导致陆路交通极为闭塞,这个帝国在建立之初的三十余年,一直没有进行有效的、大规模的技术交流,匠户制度下不管是父死子继还是师死徒继,都存在着“代代留一手”的情况,有的技术留着留着就断了传承,这使得冶金领域的技术发展速度极其缓慢,几乎是凝滞,甚至是倒退的状态。

  这时候,在冶金领域使用最广泛的燃料,其实就是煤炭。

  说来很奇怪,但其实一点都不奇怪的一件事,那就是在这个时代,几乎没有人想过,煤炭还能变成什么。

  “煤炭的产物”这个命题,放到后世,很多人都能想到一大堆,汽油、柴油、煤油、尿素、甲醛、沥青、塑料、合成纤维.

  但这都是第二次工业革命以后的科技产物了,在第一次工业革命阶段,其实煤炭最重要的产物,就是焦煤。

  焦煤其实就是煤在隔绝空气的条件下,加热到一千度左右,然后经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成的,这一过程叫高温炼焦,然后炼制出来的焦煤主要用于高炉炼铁和用于铜、铅等有色金属的鼓风炉冶炼,姜星火虽然化学学的一般,但也大概记得,是起还原剂、发热剂的作用。

  而炼铁的高炉采用焦煤代替煤炭和木炭,为现代高炉的大型化奠定了基础,是冶金史上的一个重大里程碑。

  但在现在的工匠眼里,却完全意识不到这一点,原因也很简单,煤炭的主要作用就是在冶炼过程中,作为跟木炭一样的燃料,起到给冶铁高炉加热的作用。

  而对于工匠来说,他们用的煤炭的价格其实是很贵的,不能随意浪费,是必须要爱惜一点使用的,随意给霍霍了那就太可惜了,毕竟这玩意儿比木炭要难获得,大明南方的煤矿并不多,产量也不高。

  但工匠们哪知道,如果不霍霍一下,把煤炭扔进密闭空间去干烧,是无法获得焦炭的。

  总而言之,之所以没人尝试,或者有人尝试了但是没有传播出来,主要原因就是煤炭对于工匠们来说,就已经足够了。

  不过工匠们考虑的问题,对姜星火来说都不是问题。

  这就像是对于一个家庭来说,一袋米、一捆柴都很重要,不能轻易浪费,但对于一个国家来说,如果能用这种微小的代价就尝试出新的技术路线,是完全可以通过“浪费”来试错的。

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