在大家为质量更好的钢铁而烦恼时,可是对于朱鼎盛而言,这些基本上都是后世的高中物理化学知识,解决起来并不困难。
明朝时期中国钢铁工业的产量规模和技术储备已经是很雄厚的。
明代中国铁产量高峰时达到3000到5000万千,远远高于汉唐宋元时期的铁产量,也高于同时期的欧洲各国。
在成化、弘治年间,地方已经形成冶铁铸造中心,比如广东佛山镇就发展成为一个典型的工业化城市,各种冶铸工人在二三万人以上,各地铁矿采矿工人也经常在万人以上。当时使用的瓶炉体形巨大,通常情况一日夜可出铁3600斤,最高可日产生铁6000余斤。
不仅产量巨大,而且技术水平也很高。明代发明了多种技术提高了生产效率,比如:苏钢冶炼法;生铁淋口技术;生熟铁串联冶炼工艺;煤炭冶铁大规模的推广运用;炼铁已使用活塞式鼓风机,结构功能与近代鼓风设备一致。
苏钢冶炼法是明朝工匠发明的一种淋铁氧化的方法而使渣铁分开,成为比较纯的工具钢,这是灌钢冶炼技术的新发展。
明代锻制各种兵器的锋刃时,经常采用生铁淋口的方法,使原来以熟铁或低碳钢为本体的生产工具,表面有一层一定厚度的擦生层,包括渗碳层和生铁熔覆层,达到了表面坚硬,内部柔韧和耐磨耐用的要求。
生熟铁串联冶炼工艺,这是把炼铁炉与炒铁炉串联在一起,让由炼铁炉炼出的生铁液流入炒铁炉,用柳木棍搅拌,使生铁液中的碳氧化,而成熟铁。这种连续生产的工艺,已初具组合化生产的系统思想,既提高了生产效率,又减少了能耗。
煤炭冶铁大规模的推广运用,明显提高了这个时期的钢铁产量,但是因为煤炭含有大量的硫磷,又使得制造出来的钢铁质地变脆。
这些在宋应星的《天工开物》中已经有详细的描写,当时钢铁冶炼流程,已经到了规模化、量产化、生熟铁连续生产的地步。
朱鼎盛陆续将后世发明更加先进的技术向大家一一道来:坩埚炼钢法、液态钢和合金钢、脱硫脱磷、蓄热室的概念等等。
宋应星及其带来的多个铁匠,拥有的是这时世界上最先进的钢铁冶炼流程。听了朱鼎盛的说话,一时之间都是茅塞顿开。
坩埚炼钢的关键在于那个坩埚,明朝已经有了,但是无法耐受炼钢的温度,通过反复试验,调整坩埚中石墨、瓷土、粘土的各种不同混合比例,就可以很快得出结果。
但是已经有了耐受高温的坩埚,但是开放式的炼铁炉温度不够,无法将铁完全液化,蓄热室则就可以液化生铁,将钢加热到液态,才能够精确地控制其中的碳与其他元素的比例,制造熟铁(含碳小于0.2)与钢(含碳介于2~0.2)。
中国埋藏的铁矿石与煤炭中磷与硫含量都比较高,导致炼出来的铸铁性脆,作为火炮的性能往往比较差,做管壁做薄了容易炸膛,把管壁厚度加厚又导致重量明显增加,显得特别笨重,无法适应战场上瞬息万变的节奏。
故此,要炼制质量优良的钢铁的另一重点,在于解决寻找如何脱硫脱磷等去除杂质的技术。
石灰石能使铁水脱硫与脱磷,在炼铁炉中添加石灰石、石灰与萤石,就能把铁中的硫磷杂质弄成渣分离出来,这个过程就叫造渣。
另外必须使用碱性耐火砖作为炉壁内衬,因为石灰等造渣剂与磷形成磷酸,磷酸可与石英砂等做成的酸性耐火砖产生剧烈反应,导致炉壁破坏。
朱鼎盛选用的是白云石这种碱性耐火砖作为炉壁内衬。
最后,还有一个重点,就是炼焦。
采用木炭炼铁也行,但是需要的木头太多,拿来烧材炼铁实在太过浪费,大量的砍伐木材,也不符合朱鼎盛想要建设一个美丽华夏的理想。
明末已经有了焦炭炼铁的技术运用,但是不明白原理,朱鼎盛向众人耐心的解释,焖烧煤炭成焦炭的目的,就是通过锻烧去除铁矿中硫磷等杂质,避免钢铁混入杂质变脆。
时间一天一天的过去,各种各样的技术难题在宋应星的技术团队攻克下,逐一迎刃而解。
朱鼎盛翘首以待,他大炼钢铁的梦想,正在按部就班的朝着现实一步一步的走来。
九月份的北京,已经很凉爽了。
这时候,科学院的官员和工匠们,都是汗流浃背,不停的在一座新建的冶铁高炉旁边忙碌。
冶铁高炉中炉火正旺,大家都是热得受不了就往水里一钻,等冷却的差不多了再出来继续干活,终于,第一炉坩埚炼钢制造出来的钢材,经过大家的多重考验,被证实质量明显优于当时可以找到的各种各样的钢材。
火炉旁响起了热烈的欢呼声。
朱鼎盛也是松了一口气,其实他只是一个理论专家,也就能追上说说而已,但是,明朝的科学家们实在是太给力了。
只要再研究一下反射炉,再加上蓄热室,那么立刻可以开发出炼钢平炉,大炼钢铁了。
有了大量的优质钢材,全力发展铁炮,并使铁炮有接近铜炮的性能,也真正的成为了可能。
这也是孙元化最关心的事情。
参加实验的工匠,已经被招纳入了建设军团,享受优质的待遇和同等的功勋制度,朱鼎盛还是反复声明了技术都要严格保密,如果有谁存在泄密的情况,他会毫不犹豫地一刀干掉他,并且会牵连到整个家族。
朱鼎盛