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第一百三十七章 新式炼铁

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    李啸一行人,离开了济南,随后一路南行,三天后,便到了单县铁龙城。

    “大人请看,那便是我军建好的铁龙城!”有随从兴奋地叫起来。

    李啸远远地看到,前面不远处出现的那座巍峨雄峻的高城时,心下十分激动。

    这座按李啸之意设计规划的雄城,周长12里,城高为15米,墙面马道宽6米,全城皆包青砖,开有东、西、北三座城门,每座城门都建有瓮城、并且暗藏了千斤坠之类的守城机关,铁龙城四周皆挖有宽阔的护城濠,正好利用单县南部的太行堤河的河水进行填充,使其环城而过。

    而在城墙之上,诸如雉堞,女墙,羊马墙,角楼,炮台,射孔等防御措施,统统按制修建,以保证城池的防御能力。

    算起来,从五月初到九月下旬,用了近五个月的时间,这座关于李啸军未来命运的铁龙城,在充足资金的保证下,才终于修建完毕。

    李啸心下暗叹,这般雄峻的铁龙城,北面那周长不过4里的单县县城,与之相比,何其寒酸简陋。

    李啸等人首先看到,北门外的官道的两边,已修建了十几家大大小小的商铺,店铺伙计此起彼伏的吆喝声中,铁龙城的百姓们,进进出出地采买物品与各类商货,整条官道,已颇有一些熙攘的感觉。

    而远处铁龙城东西两侧,可影影绰绰地看到,两处皆有大批的百姓劳工,在挖矿、碎矿、洗矿,然后再装车运入城中。

    再行进到北门外时,驻守铁龙城的将领王义守,铁主城主管吴亮等人,已率着一众铁龙城的将领官员,分列城门两边,欢迎指挥使李啸到来。

    李啸与王义守吴亮等人亲热拥抱,笑语寒暄,一诉离别之情。随后,在众人的簇拥下,一同进入铁龙城内。

    进入城来,李啸看到,铁龙城内,有四条阔达10米宽的呈十字交叉状的中央主干道,全部用宽阔的青石板铺就,把整个城堡规划为东北,西北,西南,东南四个大区。

    李啸看到,东北区作为军队驻屯地,已环修了一圈内墙,将其与其他三个区隔开,只有两处路径通往外面的大道,这样的做法,可以以确保军事机密不会轻易泄漏。

    其中,军营,马厩,校场,武库,粮仓之类建筑,均已修好,大队的铁龙总军兵正在校场中喊着口号进行训练,而在靠近军队建筑的一侧的空余地方,则修建了沿着一条小街分列的各类官署,里面包括给李啸单独居住的府邸,以及民政司、商业司、工业司、监抚司、安全司等各类官府机构。

    李啸站在十字街道的中央,又大略地看了了其他的三大区的情况。

    西北区,是李啸打算将它建成火炮厂、火铳厂、弹药厂、维修厂等与李啸军最为密切相关的军工产业的地方。现在厂房均已修建好,只是里面都还是空荡荡的,没有设备也没有工人。

    当然,这是没办法的事情,在钢铁生产都尚未解决的情况下,造枪造炮之类,还只能是空中楼阁。

    西南区,这块被李啸设定锻冶基地的地方,将来要用于打制各种盔甲、刀剑、盾牌、以及各种生活器具等物品。此时,这块锻冶基地,也与西北区一样,在没有合格的钢铁供应的情况下,除了厂房外,也都是空荡荡的一片。

    李啸注意到在西南区与东南区靠近主街的地方,修建了大批的普通民居,还有学堂、澡堂、水井、以及公共厕所之类的日常建筑。

    李啸的目光,集中在东南区。

    他看到,东南区内,修建了大量的巨大仓库,应该是用来贮装矿石,以及将来要炼出的生铁、熟铁、钢材、以及作为燃料的煤炭所用。其中,贮存铁矿石的两个巨大的仓库,已装得满满当当。

    李啸又注意到,铁场作头颜均,正带着十几名工匠,热烈地讨论高炉设立的要点。

    李啸脸上,露出淡淡的微笑。

    他知道,现在,终于轮到自已这个前世学过钢铁冶炼专业的大学生来一显身手了。

    李啸走过去,颜均等人这才发现竟是指挥使李啸到来,人人一脸慌乱,便要急急下拜。

    李啸扶住他们,然后拍拍颜均的肩膀,微笑着对他说道:“颜作头,这个高炉的设计,就让本官与你们一起完成吧。”

    颜均等人面面相觑,没听错吧,指挥使李大人,竟还懂得炼铁?

    不过看上去,李啸的神情,并不象是开玩笑的样子,各人略一思索,便一同拱手言道:“既然大人亲来主管炼铁事项,我等悉听安排便是。”

    李啸等人安顿下来后,他开始仔细考虑如何用新式方法,来进行钢铁工业的规模化生产。

    李啸知道,这个明末时代,工匠中能达到的最先进技术,也不过就如《天工开物》所讲的那些炼铁手段了。而且,由于明朝各地钢铁生产,基本是处于一个封闭与孤立的状态,先进技术交流不充分,工匠所能采用的方法,许多甚至还没有达到《天工开物》里面的标准。

    李啸当然知道现代高炉是怎么样子以及如何运作,只不过李啸并不认为自已能在短时间内把现代技术完全照搬过来。还是结合当代的实际工业水平,一步一步加以改进来做,才是更现实的方法。

    李啸决定,在建高炉前,首先建起了一座炭窑。

    李啸这样做,是为了保证试验炼铁的效果,因为木炭的纯净度比煤与焦炭都要高得多,而含杂质量却比这二者皆要少,现在用来试验性质的炼铁,却是最合适不过。

    然而,李啸的炭窑设定,是各位明朝工匠前所未见的古怪模式,让一众工匠感觉十分新奇。

    李啸设计的炭窑,半截埋在地下,半截露在外面,用一名工匠的话来说,这炭窑,象一只巨大的乌龟。

    李啸闻言大笑。

    李啸这样做,是有他的设计道理的。

    因为炭窑半埋地下可以有效的保温,更好地提高原料利用率。它的具体结构,则是类似一座二层小楼,一楼用来烧火加热,二楼放置烧制木炭的原料木材。

    李啸让工匠们用城墙包砖剩余的砖头来修建,三天后,一座炭窑便建好了。

    随后,从附近各地荒山上,砍下木材,经简单晾晒后,便搬进窑的上半部,窑的下层则放入放入从单县县城煤行买的煤块。

    接下来,李啸让工匠在一楼的火嘴处点火,引燃煤层,这时二楼窑中木材开始被火炙烤,这些犹然有些发湿的木材,水分蒸发后,混合其他挥发物,形成冷白的烟雾,从烟囱中冒出,迅速被寒风刮散。

    温度渐渐升高,此时一楼的煤炭已经烧尽,二楼窑内木材自身开始氧化发热,木质材料发生热分解反应,其组成开始发生了变化。其中的不稳定成份,如半纤维素,发生分解生成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物质。

    木材自身分解发热把窑内温度推到了最高点,大约摄氏400度,木质材料急剧地进行热分解,木材表面有粘稠的油状物流出,那是反应生成的大量醋酸、甲醇和木焦油,时不时的还会鼓起一个气泡,则是甲烷、乙烯等可燃性气体。这些物质,在炉内缺氧的环境下缓慢燃烧,释放热量、保持窑温。

    此时,冒出的烟也开始变化,开始先变黄,后变青,渐渐变成淡青色的透明状烟雾。

    见到烟雾变成透明,工匠们便开始封窑,把窑顶的烟囱堵住。

    这样,窑内的木柴开始在非常缺氧的环境下继续化学反应,固为彻底堵住了氧气,窑内氧化反应就慢慢停下来,窑温逐渐变低。

    又过了三天,李啸让工匠打开窑顶透气,随后又冷却了两天,李啸便让人开窑取炭。

    工匠们打开窑门,一股呛人的烟气扑面而来,让在场的工匠皆咳嗽不止。

    一名年纪较大的老工匠命令大家,赶紧把嘴闭住,包上湿巾,然后弓背屈膝,把一段一段乌黑发亮的木炭从窑内捞出来。

    两个多时辰后,挥汗如雨的工匠们终于取完了所有的木炭。

    木炭总重,整整五千斤。

    李啸带有试验性质的烧炭大获成功。

    可用于冶炼优质铁料的木炭,就这样烧成了。它的炭含量极高,磷、硫等杂质含量低,还原性强,还具有疏松多孔的结构,燃烧充分,供热均匀,在高炉炼铁中比焦炭更加优秀。

    而在木炭烧制的这几天里,一座由青砖搭建,并且内外糊满的拌了盐泥的红色粘土,高约六丈,容积约30立方米的炼铁高炉,也在李啸的指导下,在铁龙城东南区靠近城墙角的位置,拔地而起。

    这一座肚皮宽大,颈部收窄,外观有点类似景德镇花瓶的高炉,炉身有一多半是在地下,炉身如瓶,其口广丈许,底厚三丈五尺,因为要方便加料,故炉身大半在坑里。其中炉口瓶颈最窄处,仅容一人钻入,远远看去,有点象个酒瓶,也极象现代社会行为艺术的荒诞派作品。

    相比明朝那些容积最大只有10立方米的炼铁高炉,这座高炉在颜均和众铁匠看来几乎是庞然大物,而在李啸看来,不过是小儿科罢了,与后世的炼铁高炉,实在是不堪对比。

    因为在李啸前世生活的二十一世纪里,中国国内基本上都是3000多立多米的大型高炉,200立方以下的高炉都必须强制关停,日本甚至在二十世纪八十年代就已在使用5000立方米的高炉。

    真正让李啸忧心的是,现代钢铁工业中,高炉的内部结构中,所用的构建砖均为高铝粘土所制的耐火砖,这种砖头能保证高炉可以长期使用,而现在在单县这样的平原地带,李啸实在没办法在附近找到高铝粘土,只能用普通的青砖敷盐泥代替。

    这样一来,因为炉壁青砖的主要成份是二氧化硅,当石灰等造渣剂加入炉中后,将与铁水中的磷等杂质产生磷酸,而这个磷酸会与酸性炉壁发生激烈反应,导致高炉内壁的侵蚀与破损。青砖敷盐泥这种传统的中国古代炼铁方法,其实有相当的危险性,直接导致了明朝各地炸炉事件的频发。

    按李啸心下估计,现在这座高炉,很可能用个不到二十次就会有烧塌的危险。

    这高铝矾土,李啸记得在中国当代矿产物志中记载过,在鲁南地区是有出产的,尤其是临沂山区更是极多,只是李啸现在只能控制这铁龙城及附近三十里的范围,无法伸手捞过界,故暂时无法彻底解决这个问题。

    李啸在心中暗下决心,以后一定要想办法解决这个问题,力求让高炉安全使用时间,能达到临近现代工业的水平。虽然明朝的工人没有什么劳保制度,但李啸还是希望尽力保证这些工人的人身安全,毕竟每个工人的后面,都是有指望他工资活命的一家老小。

    为了保证安全,李啸对铁匠们反复叮嘱,这样的一座高炉,只能用上十六七次,便要务必拆了重新搭建。

    李啸为了安全起见,又对高炉附设的鼓风机,做出了重大改进。

    在明朝的时候,炼铁鼓风所用的还是折叠皮革所制成的地风箱,外型象个大型的手风琴。使用地时候用脚一下一下地踩踏鼓风。这种鼓风机最大的问题就是容易在高温中老化,万一因为鼓风不力,而导致这座没有使用高铝粘土耐火砖的高炉炸炉崩塌,滚热的铁水能把附近的工匠瞬间汽化。

    现在这种可拆卸的活动式推拉木箱鼓风机,便是李啸经熟思后所设计的新式鼓风设备。

    外形上,它象一个大抽屉一般,上面有木制把手,可推拉鼓风。而且一旦发现有破损,因是可拆卸木质结构,可以很方便地立即更换破损部件。

    颜均与铁匠们用近乎崇拜的眼神看着李啸。

    真正让他们感到震撼的,其实并不是这座炼铁高炉,而是在高炉旁边新建立的炒铁炉。

    颜均他们所知道的明代炒铁炉,也就是《天工天物》上面所记载的那种开放式炒铁炉,是一种完全用人力搅拌制作的设备,炉形与一个水水缸类似,炉边总有一位身强力壮的大汉,拿着根柳木棍做的炒铁棒,挥汗如雨的来回搅动,使生铁液中的碳氧化,而成熟铁。只不过,这种方法,极没效率也极损害工匠的健康。

    此种方法,与当时的欧洲常用的,熟铁入炉加温渗碳炼成钢的灌钢法不同,被称为炒钢法。

    那为什么这种用柳木棍搅拌炼制熟铁的方法,会在中国这般普及呢?这是因为,这种简陋的方法,还有个意外的好处。

    那就是,搅拌的同时也会逐渐烧去柳木棍,相当于是往生铁中混入单质碳,藉由这个步骤,有时可以碰运气般地,直接炒出含碳量低于生铁,却高于熟铁的钢来,甚至有机会炒出中碳钢与高碳钢。用明朝工匠的说法来说,便是祖师爷爷开了眼,赏给辛苦作业的工匠的礼物。

    只是这种炒钢法作业方式,这种碰运气般炼钢的生产作业方法,比起当时欧洲已是规模化的炼钢工业来说,实在是太过原始与简陋。

    随着时代的继续发展,中国原本就简陋的炼铁技术,自清朝以后,却更加衰败不堪,与近代工业迅猛发展的欧洲诸国,形成了鲜明而可悲的对比。

    甲午战争时,在朝鲜作战的绿营清军惊恐地发现,自已的大刀竟然常被日军的刺刀一磕就断,这让本来就士气低沉的绿营更加畏日如虎,遇之即溃。而日军则轻蔑地称这些不堪一战装备极差的中**队为“支那垃圾军”。

    让颜均与众铁匠十分惊奇的是,李啸设计的这座炒铁炉完全颠覆了他们对炒铁炉的原有认知。

    这座李啸设计的炒铁炉,外形有点像功夫茶的茶杯,它用敷盐泥青砖整体建造,炉床底部中间凹陷,四周是拱形炉壁,下部为燃烧室,进风道在燃烧室底部。是一种前所未见的火焰与铁矿隔离的反射炉型。

    它的结构可以看作上中下三层,顶层和次层互相隔离,中间是多个可翻动的铁栅栏。使用时铁水从高炉流到顶层,次层铺堆的煤炭平躺在铁栅栏上燃烧,加热楼上的铁水,煤炭烧过后翻翻铁栅栏,炭渣就掉进了底层的除渣室,铁栅栏放平,又能从斜向下45度的进煤道向它上面添加煤炭。

    接下来,李啸设计了一个支架,安放在炒铁炉的正中央上方,支架下面安插着有三根熟铁棍子斜斜地伸向炉床,外面使用绞盘推用,有三个把柄向外伸出,可以由三个壮汉离着一段距离共同推动炒铁,这样改进后,虽然仍是人力推动,但可以有效维护工匠的身体健康,也可以使炒铁更有效率。

    经过了二十多天的筹备,一切准备工作都做好了。

    望着这些凝聚着自已心血,新建成的炼铁高炉,炒铁炉,鼓风机等炼铁设备。李啸心下,十分激动。

    这些设备,与现代炼铁工业对比,虽然还是简陋不堪,却已大大超越了明朝这个年代的实际工业水平。

    李啸突然想起明朝一些名人对各地炼铁状况的评价。

    当时的铁以福建的最为闻名,方以智曾经在《物理小识》说过:南方铁以闽铁为最上,广铁次之,而楚铁只可做锄。

    茅元仪在《武备志》中则在说:制威远炮用闽铁,晋铁次之。

    赵士桢则在《神器谱或问》说:制铳须用福建铁,他铁不可用。炼铁,炭火为上,北方炭贵,不得已用煤代替,故迸炸常多。

    李啸在心下暗想,我所制的铁龙城钢铁,这质量与数量,定要均在那明朝最好的闽铁之上。各位大贤,承让了。(未完待续。)

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