大明国师 第613节

    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。