在大家為質(zhì)量更好的鋼鐵而煩惱時,可是對于朱鼎盛而言,這些基本上都是后世的高中物理化學(xué)知識,解決起來并不困難。
明朝時期中國鋼鐵工業(yè)的產(chǎn)量規(guī)模和技術(shù)儲備已經(jīng)是很雄厚的。
明代中國鐵產(chǎn)量高峰時達到3000到5000萬千,遠遠高于漢唐宋元時期的鐵產(chǎn)量,也高于同時期的歐洲各國。
在成化、弘治年間,地方已經(jīng)形成冶鐵鑄造中心,比如廣東佛山鎮(zhèn)就發(fā)展成為一個典型的工業(yè)化城市,各種冶鑄工人在二三萬人以上,各地鐵礦采礦工人也經(jīng)常在萬人以上。當(dāng)時使用的瓶爐體形巨大,通常情況一日夜可出鐵3600斤,最高可日產(chǎn)生鐵6000余斤。
不僅產(chǎn)量巨大,而且技術(shù)水平也很高。明代發(fā)明了多種技術(shù)提高了生產(chǎn)效率,比如:蘇鋼冶煉法;生鐵淋口技術(shù);生熟鐵串聯(lián)冶煉工藝;煤炭冶鐵大規(guī)模的推廣運用;煉鐵已使用活塞式鼓風(fēng)機,結(jié)構(gòu)功能與近代鼓風(fēng)設(shè)備一致。
蘇鋼冶煉法是明朝工匠發(fā)明的一種淋鐵氧化的方法而使渣鐵分開,成為比較純的工具鋼,這是灌鋼冶煉技術(shù)的新發(fā)展。
明代鍛制各種兵器的鋒刃時,經(jīng)常采用生鐵淋口的方法,使原來以熟鐵或低碳鋼為本體的生產(chǎn)工具,表面有一層一定厚度的擦生層,包括滲碳層和生鐵熔覆層,達到了表面堅硬,內(nèi)部柔韌和耐磨耐用的要求。
生熟鐵串聯(lián)冶煉工藝,這是把煉鐵爐與炒鐵爐串聯(lián)在一起,讓由煉鐵爐煉出的生鐵液流入炒鐵爐,用柳木棍攪拌,使生鐵液中的碳氧化,而成熟鐵。這種連續(xù)生產(chǎn)的工藝,已初具組合化生產(chǎn)的系統(tǒng)思想,既提高了生產(chǎn)效率,又減少了能耗。
煤炭冶鐵大規(guī)模的推廣運用,明顯提高了這個時期的鋼鐵產(chǎn)量,但是因為煤炭含有大量的硫磷,又使得制造出來的鋼鐵質(zhì)地變脆。
這些在宋應(yīng)星的《天工開物》中已經(jīng)有詳細的描寫,當(dāng)時鋼鐵冶煉流程,已經(jīng)到了規(guī)?;?、量產(chǎn)化、生熟鐵連續(xù)生產(chǎn)的地步。
朱鼎盛陸續(xù)將后世發(fā)明更加先進的技術(shù)向大家一一道來:坩堝煉鋼法、液態(tài)鋼和合金鋼、脫硫脫磷、蓄熱室的概念等等。
宋應(yīng)星及其帶來的多個鐵匠,擁有的是這時世界上最先進的鋼鐵冶煉流程。聽了朱鼎盛的說話,一時之間都是茅塞頓開。
坩堝煉鋼的關(guān)鍵在于那個坩堝,明朝已經(jīng)有了,但是無法耐受煉鋼的溫度,通過反復(fù)試驗,調(diào)整坩堝中石墨、瓷土、粘土的各種不同混合比例,就可以很快得出結(jié)果。
但是已經(jīng)有了耐受高溫的坩堝,但是開放式的煉鐵爐溫度不夠,無法將鐵完全液化,蓄熱室則就可以液化生鐵,將鋼加熱到液態(tài),才能夠精確地控制其中的碳與其他元素的比例,制造熟鐵(含碳小于0.2%)與鋼(含碳介于2%~0.2%)。
中國埋藏的鐵礦石與煤炭中磷與硫含量都比較高,導(dǎo)致煉出來的鑄鐵性脆,作為火炮的性能往往比較差,做管壁做薄了容易炸膛,把管壁厚度加厚又導(dǎo)致重量明顯增加,顯得特別笨重,無法適應(yīng)戰(zhàn)場上瞬息萬變的節(jié)奏。
故此,要煉制質(zhì)量優(yōu)良的鋼鐵的另一重點,在于解決尋找如何脫硫脫磷等去除雜質(zhì)的技術(shù)。
石灰石能使鐵水脫硫與脫磷,在煉鐵爐中添加石灰石、石灰與螢石,就能把鐵中的硫磷雜質(zhì)弄成渣分離出來,這個過程就叫造渣。
另外必須使用堿性耐火磚作為爐壁內(nèi)襯,因為石灰等造渣劑與磷形成磷酸,磷酸可與石英砂等做成的酸性耐火磚產(chǎn)生劇烈反應(yīng),導(dǎo)致爐壁破壞。
朱鼎盛選用的是白云石這種堿性耐火磚作為爐壁內(nèi)襯。
最后,還有一個重點,就是煉焦。
采用木炭煉鐵也行,但是需要的木頭太多,拿來燒材煉鐵實在太過浪費,大量的砍伐木材,也不符合朱鼎盛想要建設(shè)一個美麗華夏的理想。
明末已經(jīng)有了焦炭煉鐵的技術(shù)運用,但是不明白原理,朱鼎盛向眾人耐心的解釋,燜燒煤炭成焦炭的目的,就是通過鍛燒去除鐵礦中硫磷等雜質(zhì),避免鋼鐵混入雜質(zhì)變脆。
時間一天一天的過去,各種各樣的技術(shù)難題在宋應(yīng)星的技術(shù)團隊攻克下,逐一迎刃而解。
朱鼎盛翹首以待,他大煉鋼鐵的夢想,正在按部就班的朝著現(xiàn)實一步一步的走來。
九月份的北京,已經(jīng)很涼爽了。
這時候,科學(xué)院的官員和工匠們,都是汗流浹背,不停的在一座新建的冶鐵高爐旁邊忙碌。
冶鐵高爐中爐火正旺,大家都是熱得受不了就往水里一鉆,等冷卻的差不多了再出來繼續(xù)干活,終于,第一爐坩堝煉鋼制造出來的鋼材,經(jīng)過大家的多重考驗,被證實質(zhì)量明顯優(yōu)于當(dāng)時可以找到的各種各樣的鋼材。
火爐旁響起了熱烈的歡呼聲。
朱鼎盛也是松了一口氣,其實他只是一個理論專家,也就能追上說說而已,但是,明朝的科學(xué)家們實在是太給力了。
只要再研究一下反射爐,再加上蓄熱室,那么立刻可以開發(fā)出煉鋼平爐,大煉鋼鐵了。
有了大量的優(yōu)質(zhì)鋼材,全力發(fā)展鐵炮,并使鐵炮有接近銅炮的性能,也真正的成為了可能。
這也是孫元化最關(guān)心的事情。
參加實驗的工匠,已經(jīng)被招納入了建設(shè)軍團,享受優(yōu)質(zhì)的待遇和同等的功勛制度,朱鼎盛還是反復(fù)聲明了技術(shù)都要嚴格保密,如果有誰存在泄密的情況,他會毫不猶豫地一刀干掉他,并且會牽連到整個家族。
朱鼎盛不忍心這樣,但是,這個時代就是這樣,不對自己和敵人狠一點,會被吞得連骨頭都不剩。
隨著優(yōu)質(zhì)的鋼材源源不斷地制造出來,大批的火器樣品繼續(xù)被制造出來。
工業(yè)母機車床和火槍工業(yè)化流程制造,也成了朱鼎盛、徐光啟和宋應(yīng)星等人的攻關(guān)重點。
經(jīng)過坩堝煉鋼之后,徐光啟和宋應(yīng)星等人已經(jīng)對朱鼎盛奉若神明,言聽計從。