大明國師 第613節

作者:未知
沈括《夢溪筆談》卷三裏詳細記載了灌鋼法的過程“世間鍛鐵所謂鋼鐵者,用柔鐵屈盤之,乃以生鐵陷其間,泥封煉之,鍛令相入,謂之‘團鋼’,亦謂之‘灌鋼’.二三煉則生鐵自熟,仍是柔鐵”。 其中把柔鐵屈盤起來是爲了增加生熟鐵的接觸面,提高灌鋼的效率,並促使碳分分佈更均勻,封泥則可以促進造渣,去除雜質,並起保護作用。 因爲掌握不好這個度,一開始灌鋼法很麻煩,要灌入很多次生鐵,後來灌鋼技術在宋代以後不斷被改進,減少了灌煉次數,到了現在永樂時期的大明,基本上都是一次成,之所以能一次成,就是因爲現在的灌鋼法,已把柔鐵屈盤改爲薄熟鐵片,進一步增加了生熟鐵的接觸面,加速其“生熟相和,煉成則鋼”的進程,泥封也改爲草泥混封,密閉性更好。 不過灌鋼法這玩意咋說呢. 正面評價,肯定是提高了生產效率,低成本高產出,但從負面意義上,那就是和稀泥,是不利於產出高品質鋼材的,因此在姜星火前世,很多論壇上也譏笑正是灌鋼法的大規模使用,才讓華夏的武器,出現了類似於“考古式修仙”一樣的“考古式寶刃”,也就是說,在宋代以後,都是時間越往前的武器,質量就越好,唐刀更是成爲絕唱。 而北方的異族,也大多開始了在冶煉產品的質量上,開始超越漢人,譬如遼金夏元的馬甲、扎甲、刀槍,普遍比大宋的質量要好。 只能說,在大多數條件下,數量和質量不能兼得吧。 至於說滲碳.《天工開物》就記載了制針時固體滲碳熱處理工藝:針抽絲,剪斷,搓好後入釜慢火炒熟,炒後用松木、木炭作爲滲碳劑,豆豉作催化劑,在土末的密封下,進行固體滲炭。 這東西其實跟往泥巴里戳根木棍,是一個原理,只能說治標不治本,通過這種辦法獲得的鋼材,算是勉強達標,但要說性能多好,那也不用指望。 當然了,不光是鋼鐵冶煉工藝的原因,其中也有燃料的因素在裏面,宋代以前基本都是用木炭的,而宋代以後則是以煤炭爲主,煤炭能讓鋼鐵產量快速增加,但卻會影響質量,因爲華夏的鐵礦普遍質量就不好,煤炭也基本都是含有高磷高硫的,二者相加,產出的鋼鐵質量降低是必然的。 日本人則一直堅持着用木炭鍊鐵,除了日本森林覆蓋率高的原因,那就是日本不需要跟華夏同比例的鋼鐵產量,他們的鋼鐵是裝備精銳的,而不是像華夏這樣動不動就要給以十萬計的部隊進行裝備,所以日本人的披甲率也不高。 “所以方纔你想要提高爐溫,目的是爲何?”姜星火看完這些,最終問道。 胡元澄實話實說道:“找到能高效率出鋼鐵的辦法,現在的炮都是用銅鑄的,不是長久之計。” 姜星火聽罷點了點頭,看來胡元澄也意識到了問題所在。 事實上,明代是中國火炮技術發展的轉折點,在明初和明初以前,中國的火炮技術依然領先於世界,但在短短的一二百年裏,就開始大幅落後於世界了,在明朝的中後期,不僅要從安南和魯密(指奧斯曼土耳其)進口火銃,更是要從葡萄牙和西班牙的手裏進口大炮。 這裏面有兩個主要原因,其一是剛纔說的,由於華夏儲藏的鐵礦石品位不太行,所以冶煉出來的鑄鐵非常脆,是很不適合作爲火銃或大炮的發射管的,如果用料薄了,很容易就會發生炸膛,而如果厚了,那就會嚴重影響武器性能。 其二就是林業資源日益枯竭,給百姓使用還湊合,但要是想要大規模鍊鐵,那就只能用煤炭,可華夏的煤炭基本都是高磷高硫的,而含硫太多的鐵管很脆很容易炸裂,這就使得在本就容易炸膛的鐵,在經過高硫煤的冶煉後,更加容易炸膛。 因此,採用青銅來鑄炮,實在是明軍的無奈之舉。 要是有更容易獲得的鐵炮,誰願意拿青銅來鑄炮呢? 畢竟在這個時代,銅就是貨幣,就是財富,這纔是真正字面意義上的“燒錢”。 如今物價通脹的這麼厲害,國家把銅拿來鑄錢都不夠,如果不是隻能用銅炮,姜星火是真的不想把大量的銅投入到鑄炮裏。 在姜星火的規劃裏,跨海徵日之前,必須要把寶鈔的貨幣價格穩定在40-50%原有幣值的區間裏,否則根本沒法執行換鈔,只要換鈔,整個國民經濟體系必定會崩潰。 而恢復寶鈔的幣值有兩種辦法。 第一種,是姜星火現在正在做的,也就是通過納鈔中鹽、發行國債等手段,回籠在市場上過度氾濫的寶鈔,減少寶鈔的總量這個道理很簡單,只要寶鈔的總量減少了,那麼寶鈔的幣值就上升了。 第二種,則是增加銅錢的供給總量,也就是讓作爲錨定物的銅錢自我貶值,倒也不需要銅錢跟上之前寶鈔貶值的速度,那樣也會玩崩,只需要讓原來10文銅錢/100文面值的寶鈔才能買到的物品,變成11文或12文銅錢買到就可以了,這樣就會讓銅錢和寶鈔之間的實際價值比迅速縮小。 至於第二種辦法會不會造成收割百姓財富的後果,姜星火認爲不會,因爲物價也在通脹,就算國家不增加銅錢的供給總量,這種自然出現的經濟現象還是會出現,或早或晚的事情。 只不過現在姜星火沒有用第二種辦法,就是軍事工業使用了太多的銅資源,導致沒有足夠的銅用來鑄造銅錢,畢竟大明是整體缺銅的。 “如果能用鋼或鐵來鑄炮,而不是用銅鑄炮.” 姜星火陷入了深思之中,見國師沒說話,其他人也不敢言語。 姜星火如果沒記錯的話,其實一開始西方國家在三十年戰爭以後,用的也是鐵炮,而不是銅炮,其中性能的佼佼者,就是英國鑄造的鐵炮,英國鐵炮有無限接近銅炮的性能,使那時候的英國鐵炮在歐洲,其價格甚至相當於歐洲自制鐵炮的四至五倍。 之所以英國人能做到,就是因爲完全使用木炭來鍊鐵,當然了,萬事萬物都有代價,英國人的代價就是整個英倫三島都被砍禿了。 鑄炮一共三條路。 1用鐵炮,木炭鍊鐵 2用鐵炮,煤炭鍊鐵 3直接用銅炮 從燃料上講,木炭鍊鐵這條路,大明走不通,只適用於英國或日本這種森林覆蓋率高的島國,而姜星火又不希望有限的銅資源被投入到軍事工業裏,所以,只能選擇用鐵炮,嘗試煤炭鍊鐵的新方法,這也跟胡元澄的思路不謀而合。 現在的問題就是,煤炭都是高磷高硫的,鐵礦石的品位也不好,怎麼才能解決煉出來的鐵含硫、磷過高,極其容易炸膛的問題。 “解決的思路應該是兩條。” 姜星火深思了良久,方纔開口說道:“其一是從鐵上着手,其二是從煤上着手。” 這當然不是兩句廢話。 鐵的話,熟鐵雖然比生鐵含硫量低,但熟鐵太軟了,很難用來當炮管,所以生鐵不行,熟鐵不行,最終的結果,就是把鐵進化成鋼,不鑄鐵炮,而是鑄造鋼炮。 姜星火斷定道:“不要把主要精力放在改進冶鐵爐了,從冶鐵爐上面動腦筋應該是不行的,因爲無論如何改進冶鐵爐,爐溫都不夠得到液態鋼水。” 想要得到液態鋼水,那第一個想到的,肯定是貝塞麥轉爐法,也就是靠轉爐內液態生鐵的物理熱和生鐵內各組分(如碳、錳、硅、磷等)與送入爐內的氧進行化學反應所產生的熱量,使金屬達到出鋼要求的成分和溫度。 但問題在於,方法不適用! 現在大明基礎材料跟不上,別說姜星火不記得,就算姜星火把貝塞麥轉爐的圖紙畫出來,也白扯。 不是做不出來爐子,而是壓根就沒有低磷鐵! 只要瞭解過一點鋼鐵行業的發展史,都知道低磷鐵好,可哪怕是日本在進入工業化後,所需的低磷鐵都要全部從英國和瑞典進口,直到第一次世界大戰爆發,日本都無法自產低磷鐵華夏哪裏有低磷鐵,姜星火不知道,只能寄希望於遼東有,反正已知的大明現有的鐵礦,是統統都沒有的。 爲什麼非得要低磷鐵?因爲貝塞麥開始試驗的時候就用的磷、硫低而且錳高的生鐵作原料,初步成功了,改用其他生鐵時,煉得的鋼水都不行,雖然通過加鏡鐵(錳系鐵合金,是一種脫硫脫氧劑,因其斷面具有鏡面樣光輝,故稱鏡鐵)能夠有效緩解,但最重要的,還是要低磷鐵,即便是後來英國人托馬斯發現,當使用礆性耐火磚砌襯時,在轉爐冶煉過程中使爐渣成爲高礆性,可爲鐵礦石脫磷,也就是改進的“貝塞麥-托馬斯法”,可鐵礦石還是有嚴格的品質要求。 誰都知道液態鋼具有極高的生產率和極低的成本,鋼質量也優於半固態生產的普德林鐵,若非如此,貝塞麥法也不會在一戰前後成爲世界上的主要鍊鋼方法,但沒有低磷鐵一切都白扯。 事實上,隨着全球低磷鐵礦耗用殆盡,而逐漸積累起來的廢鋼又不能在貝塞麥鍊鋼法中應用,貝塞麥法就開始逐漸衰落,最後被平爐鍊鋼法所取代了。 所以,在鐵不行的條件下,貝塞麥鍊鋼法是用不了的。 就在被否定的胡元澄有些缺乏思路的時候,姜星火卻篤定地說道。 “可以從煤上着手。” “從煤上着手?” 這些冶鐵場的工匠們目瞪口呆地看着姜星火。 這位國師大人,還真是孜孜不倦地尋找改進的思路。 但是這些思路,按照過去的經驗,都是錯誤的啊! 煤又沒有其他種類,就算有,也得重新挖掘,能不能用還不知道呢。 不過胡元澄倒是絲毫不覺得姜星火的思路有問題。 事實上,經過剛纔的失敗,他已經意識到了,好像提高爐溫的辦法,確實不行。 而提高爐溫不行,這路子裏面就倆個主要的材料,一個是鐵,一個是煤。 雖然不曉得國師爲什麼不從鐵上着手,但想來是有他的道理,只是自己沒有悟透,那麼,似乎能選擇的選項,也就只剩下煤了。 其實沒有磷、硫低的鐵,還有一個辦法,那就是脫硫脫磷技術,把磷、硫高的鐵,變成磷、硫低的鐵,但這個現在是做不到的,這科技點太過超前,正常要19世紀下半葉才能出現,姜星火也弄不出來。 但不能給鋼材直接脫硫脫磷,從而得到低磷、硫的鋼材,倒也完全沒有低配版的辦法。 姜星火方纔就想到了,那就是焦煤鍊鋼,然後單獨脫磷。 先獲得液態鋼,然後再用笨辦法去脫磷,這樣就得到了低磷鋼。 跟貝塞麥鍊鋼法雖然途經不同,但結果是一樣的,都能獲得低磷鋼,這就是殊途同歸。 之前說了,獲得鋼水,需要1600度的高溫。 其實在姜星火前世,很少有人想過,東西方的冶鐵技術,是什麼時候出現代差的。 “代差”這個判斷標準,也很簡單,那就是什麼時候能夠穩定獲得1600度高溫。 答案不難,公元1709年。 在清帝康熙於京西暢春園之北建圓明園,賜予皇四子胤禛居住的時候,英國人亞伯拉罕達比,第一次用焦煤作爲原料鍊鐵,讓爐火的溫度劇烈升高,獲得了穩定的1600度的高溫。 從那以後,燃料上的突破就陷入了瓶頸期,爲了獲得更高的爐溫,獲得更高品質的鋼材,西方人又開始從鼓風器具和冶鐵爐兩方面着手,冶鐵爐的結果就是貝塞麥轉爐的出現,而鼓風機則一開始是通過畜力帶動水車,水車帶動鼓風機,後來有了用於抽水的紐科門蒸汽機,就直接用蒸汽機帶動水車了。 焦煤鍊鐵→畜力水車→蒸汽機水車 事實上,想要完全去除或者一步脫硫脫磷姜星火不會,但只要能獲得液態鋼,脫磷的辦法還是有幾種的,難一點的譬如氧吹除磷、鎂還原除磷,當然了,沒有鎂和高壓氧氣其實都無所謂,因爲還有簡單一點的辦法——大明現在總有石灰石吧? 有石灰石,就能脫磷。 作爲石灰石的主要成分,碳酸鈣能能夠用來還原除磷的,其反應原理是在高溫條件下,碳酸鈣和爐內的鋼水反應,生成二氧化碳等氣體和氧化鈣,氧化鈣再與鋼水裏的磷反應生成氣體並排出爐外。 這種方法適用於含磷較高的鋼水,說白了就是往鋼水裏撒石灰石粉末,沒有任何技術難度,跟往水裏撒麪粉沒有任何本質區別。 有了能穩定地低成本高效率獲得的低磷鋼材,就有了重工業大到軍艦火炮,小到車牀零件的一切。 而蒸汽機的發展,也是與煤鐵工業密不可分的,譬如蒸汽機一開始的主要作用,就是用來給煤礦抽水和給冶鐵鼓風,而前置科技點,也就是車牀、鏜牀等技術,卻是爲了用於火炮炮管生產,才發明出來的。 此前對這些零散的知識點始終沒有串聯起來的姜星火,在此情此景的逼迫下,終於理解了這一切。 至此,他也拿到了開啓第一次工業革命裏重工業大門的那把最關鍵的鑰匙。 第479章 鋼材 這是一個技術停滯不前的年代。 在這個年代,由於大明帝國的國土面積廣闊,人口相對稀疏,再加上路引制度導致陸路交通極爲閉塞,這個帝國在建立之初的三十餘年,一直沒有進行有效的、大規模的技術交流,匠戶制度下不管是父死子繼還是師死徒繼,都存在着“代代留一手”的情況,有的技術留着留着就斷了傳承,這使得冶金領域的技術發展速度極其緩慢,幾乎是凝滯,甚至是倒退的狀態。 這時候,在冶金領域使用最廣泛的燃料,其實就是煤炭。 說來很奇怪,但其實一點都不奇怪的一件事,那就是在這個時代,幾乎沒有人想過,煤炭還能變成什麼。 “煤炭的產物”這個命題,放到後世,很多人都能想到一大堆,汽油、柴油、煤油、尿素、甲醛、瀝青、塑料、合成纖維. 但這都是第二次工業革命以後的科技產物了,在第一次工業革命階段,其實煤炭最重要的產物,就是焦煤。 焦煤其實就是煤在隔絕空氣的條件下,加熱到一千度左右,然後經過乾燥、熱解、熔融、粘結、固化、收縮等階段最終制成的,這一過程叫高溫煉焦,然後煉製出來的焦煤主要用於高爐鍊鐵和用於銅、鉛等有色金屬的鼓風爐冶煉,姜星火雖然化學學的一般,但也大概記得,是起還原劑、發熱劑的作用。 而鍊鐵的高爐採用焦煤代替煤炭和木炭,爲現代高爐的大型化奠定了基礎,是冶金史上的一個重大里程碑。 但在現在的工匠眼裏,卻完全意識不到這一點,原因也很簡單,煤炭的主要作用就是在冶煉過程中,作爲跟木炭一樣的燃料,起到給冶鐵高爐加熱的作用。 而對於工匠來說,他們用的煤炭的價格其實是很貴的,不能隨意浪費,是必須要愛惜一點使用的,隨意給霍霍了那就太可惜了,畢竟這玩意兒比木炭要難獲得,大明南方的煤礦並不多,產量也不高。 但工匠們哪知道,如果不霍霍一下,把煤炭扔進密閉空間去幹燒,是無法獲得焦炭的。 總而言之,之所以沒人嘗試,或者有人嘗試了但是沒有傳播出來,主要原因就是煤炭對於工匠們來說,就已經足夠了。 不過工匠們考慮的問題,對姜星火來說都不是問題。 這就像是對於一個家庭來說,一袋米、一捆柴都很重要,不能輕易浪費,但對於一個國家來說,如果能用這種微小的代價就嘗試出新的技術路線,是完全可以通過“浪費”來試錯的。 <div style="text-align:center;"> <script>read_xia();</script>

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