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第42章 高炉炼精钢

    城南工坊的建设,在春末夏初的艳阳下,如火如荼地进行着。夯土围墙已然高耸,核心试验区的几座砖石厂房也初具规模,青砖灰瓦,在周围的旷野中显得格外醒目。王掌柜以“江南富商周某”的身份,坐镇工坊,调度着数百名工匠、力役,将李瑾那份详尽的规划图,一点一滴变为现实。工坊内昼夜不停,夯声、锯木声、号子声交织,吸引了周围不少好奇的目光,但都被“修建货栈与南方物产加工场”的说辞搪塞过去。偶尔有县衙的胥吏前来巡查,也被王掌柜以不菲的“茶水钱”和气地打发走了。

    李瑾并未频繁亲临,他如今身份不同,目标太大。他主要通过李福和王掌柜秘密安排的心腹账房传递消息、下达指令。他将大部分精力,投注在了两件至关重要的事情上:第一,完善那份准备呈递给皇帝、为工坊寻求“官方庇护”的密奏;第二,也是更具挑战性的——整理、推演并准备试验“高炉炼钢”与“灌钢法”改进工艺。

    钢铁,是工业的骨骼,更是军国利器。唐代的冶铁炼钢技术已相当发达,百炼钢、灌钢法(将生铁和熟铁合炼)等工艺成熟,能够锻造出精良的刀剑甲胄。但受限于炉温、燃料、鼓风技术以及对碳含量的精确控制,产量、质量稳定性以及获取优质“精钢”(高碳钢)的效率仍有很大提升空间。尤其是适用于制造精密器械、坚韧工具、乃至未来可能的火器部件的“匀质高碳钢”,更是难得。

    李瑾并非冶金专家,但他拥有超越时代的基本原理认知。他知道,提高炉温是核心,而提高炉温的关键在于改进鼓风设备(强化空气流量和预热)、使用高热值燃料(焦炭,或优质煤炭替代部分木炭)、以及优化炉膛结构和耐火材料。唐代已有利用水排(水力鼓风机)的记载,但多用于大型官营冶铁,且效率有待提高。至于“高炉”,此时的竖炉炼铁已具雏形,但与后世成熟的、能连续出铁水的高炉尚有差距。

    他结合记忆中的碎片知识(如古代中国冶金史、简易高炉原理图)和唐代现有的技术条件,开始绘制“试验性小型高炉”及配套“热风炉”、“水力/畜力活塞式鼓风机”的草图。他没有好高骛远,目标是建造一座高约两丈、炉膛内径三尺左右的小型高炉,能够使用本地易得的铁矿石(需先破碎、洗选、烧结成块)、木炭与初步煅烧过的“石炭”(煤)混合燃料,配合改进的鼓风,尝试冶炼出品质更优、含碳量更可控的“高碳生铁水”,再通过后续的炒炼、灌炼等工序,获得性能更好的钢。

    这需要试验,大量的、可能失败的试验。耐火砖的配方、炉膛的倾斜角度、风口的布置、燃料的配比、鼓风的风压与风量……每一个细节都可能影响成败。他将这些技术要点分解、简化,用唐代工匠能理解的术语和图示记录下来,并标注出关键的控制参数和可能的风险。

    与此同时,他让王掌柜秘密搜罗长安及周边州县的冶铁、铸铜匠人,尤其是那些“善于琢磨、不墨守成规、且愿意签下严格保密身契”的。最终,选定了三位年约四旬、经验丰富但各有“怪癖”的匠师:一位姓赵,曾因私自改进祖传灌钢法被原东家驱逐;一位姓钱,痴迷于研究各种鼓风机关;还有一位姓孙,对辨识矿石、燃料颇有心得。三人皆因各种原因落魄,被王掌柜许以重利、提供独立工舍、保障家小生活,并承诺其“奇思妙想”若成功可得重赏的优厚条件招揽至工坊,直接入驻核心试验区,由他们牵头组建最初的“冶铁试验组”。

    当李瑾第一次在工坊核心区秘密改建出的“图纸房”内,向赵、钱、孙三位匠师展示他那套“古怪”的高炉与鼓风设备草图,并解释其中“预热鼓风以增炉温”、“以特定比例混合木炭石炭”、“控制‘黑金’(指碳)入铁之多寡可得不同刚柔之铁”等理念时,三位匠师最初是震惊、怀疑,甚至觉得这位年轻得过分、穿着儒袍的“东家”(他们不知李瑾真实身份)在异想天开。但当李瑾用炭笔在木板上画出简单的气流、热量循环示意图,并用他们熟悉的冶铁术语解释为何“热风”能助燃、为何“石炭”煅烧后去杂可增热、为何炉膛形状影响铁水流动与反应时,三人眼中的疑虑渐渐被一种混合了狂热与敬畏的光芒取代。

    “东家……不,先生!” 赵匠师声音发颤,指着热风炉的草图,“此物……此物若成,岂非能将冷风变为暖风甚至热风吹入炉中?寻常水排、皮橐之风,入炉即冷,确是大耗火力!若能预热……乖乖,这炉子怕是要烧得通红透亮!”

    钱匠师则痴迷地看着那活塞式鼓风机的结构图:“以水车或牲畜拉动此杆,推动皮碗往复,风力集中且可调……妙!比某之前所想的翻板风箱,似乎更省力,风压也更大!只是这皮碗密封、连杆铰接,需得精巧……”

    孙匠师则更关注燃料和矿石处理:“先生所言,将石炭先置于无明火之窑中煅烧,去其烟毒硫气,所得‘焦炭’(李瑾借用的名词)更耐烧、更纯净……此理某细思,确有可能!还有这矿石,需破碎、水选、再以粘土粘结煅烧成块……这是为了去杂、均匀,使其在炉中受热反应更匀?”

    见三位匠师迅速理解了核心原理,并开始思考具体实现的细节和难点,李瑾心中大定。他将整理好的、分门别类的“试验要点”和“问题记录簿”交给他们,郑重道:“诸位师傅,此非凭空妄想。我年少时曾得海外奇人传授残卷,于金石冶炼之道略有耳闻。然纸上得来终觉浅,能否成事,全赖诸位师傅之手艺、经验与巧思。工坊之内,一应物料、人手,任凭三位调用。但有所需,可直接寻王总管。唯有一条,所有试验过程、数据、成败,皆需详细记录于此簿,不得外泄一字。若能成功,不仅三位可名留匠史,得享厚报,于国于民,亦是莫大功德!”

    “先生放心!” 三人齐声应诺,眼中燃烧着技术探索者特有的光芒。他们一生与火炉铁水为伴,追求技艺突破几乎成了本能。李瑾提供的思路,为他们打开了一扇前所未有的大门,哪有不全力以赴之理?

    核心试验区的“一号高炉”工程,随即在绝对保密中启动。赵、钱、孙三人带着精心挑选的十余名签了死契、沉默肯干的学徒,在王掌柜调拨的泥瓦匠、铁匠配合下,开始依据李瑾修改后的最终图纸,建造这座承载着超越时代期望的炼铁炉。李瑾则通过李福,不断传递他根据前世模糊记忆和逻辑推演提出的修改建议,比如耐火砖的接缝处理、风口的倾角微调、出铁口与出渣口的位置等。

    就在高炉主体即将完工,开始砌筑内部耐火层和安装鼓风设备时,李瑾等待的“官方东风”,终于来了。

    经过数次修改斟酌,他那份关于“献琉璃精制之法、建工坊以利宫廷、试验奇技巧思”的密奏,通过东宫渠道,悄然呈递到了皇帝李治的案头。李治览罢,沉思良久。对于李瑾“知恩图报、愿献奇术、并自筹资金建坊”的忠心,他颇为赞许。琉璃之美,他早已见识,若能得更大、更精、更多样的制品充盈宫室,自然乐见。更重要的是,李瑾在奏折中隐约提及,此工坊将来或可“试制利农、利工、利兵之新器”,甚至可为牛痘推广、军中防疫提供特制器皿,这无疑打动了他。如今太子病体渐安,朝局稍稳,若能有这样一个不费朝廷帑银、又能产出实用之物、还能让李瑾这等“有巧思”的臣子一展所长的所在,似乎并无不可。

    不过,帝王心术,讲究平衡与掌控。李治将奏折扣下,先召来了长孙无忌、于志宁密议。

    “李瑾此请,二位爱卿以为如何?” 李治将奏折内容简略告知。

    于志宁是东宫首僚,李瑾如今是他下属,且此议对东宫(太子)有间接好处,自然倾向于支持:“陛下,李瑾忠心可嘉,其人所献琉璃,确系珍品。若其能自筹资金建坊,改良工艺,既可供奉内廷,亦可售卖获利,补贴用度,更可试验有益之巧技,似是一举多得。臣以为,只要严加管束,不使其与民争利过甚,或可准其试行。”

    长孙无忌则考虑得更深更广,他抚须缓缓道:“陛下,李瑾年轻,有奇思,肯任事,确是难得。其所言琉璃、奇技,或有所成。然,私营工坊,规模渐大,恐非长久之计。一则有与民争利、聚敛之嫌;二则其术若真有大用,如那‘牛痘’一般,则不宜尽操于私人之手。老臣以为,不若仿将作监下属‘百工署’之例,许其以‘供奉’之名建坊,所出精品优先供应宫中,余者方可发卖。并可派一可靠官员或内侍,参与监管账目、稽核产出,使其虽为私营,实带‘官督’之性质。如此,既可励其忠心,用其才智,又可防微杜渐,将利国奇技,纳于朝廷掌控之中。”

    李治闻言,深以为然。长孙无忌的建议,既给了李瑾施展空间,又套上了笼头,将潜在的利益和风险都控制在可接受范围内。“司徒老成谋国,此言甚善。便依司徒所言,准李瑾所请。着内侍省与将作监,各派一员,协同东宫(于志宁),对李瑾所建工坊行‘稽核监理’之责,一应产出,需报备在案,优先供应宫禁。其坊可挂‘内廷供奉’之牌。具体章程,由司徒与于卿拟定。”

    有了皇帝的口谕和“内廷供奉”这块金字招牌,城南工坊的性质瞬间发生了微妙变化。虽然依旧是王掌柜出面经营,账目独立,但有了官方背景,采购某些受限原料(如大量石炭、优质黏土)、招募特殊匠人,都顺利了许多。于志宁指派了一名东宫属吏,内侍省和将作监也各派了一名品阶不高、但人精似的宦官和匠官,隔三差五来“巡视”,实则更多是了解情况、看看有无新奇玩意可上报,顺便收取些“常例”。王掌柜应对得体,账目清晰,招待周到,偶尔送上些工坊试制的、不算最顶级的琉璃小件,倒也相安无事。

    “内廷供奉”的牌子悄悄挂上工坊大门一侧,并未引起太大波澜,但在有心人眼中,这已是一个明确的信号:这处工坊,背后有宫里,甚至可能是皇帝的影子。那些原本有些蠢蠢欲动、想打探或分一杯羹的地方胥吏、豪强,顿时偃旗息鼓,观望起来。

    李瑾对此结果颇为满意。官方监管虽有掣肘,但换来了保护伞和发展空间,利大于弊。他让王掌柜对三位“监理”恭敬有加,该给的好处不少,但核心试验区的秘密,则严加封锁,那三位“监理”的活动范围也被限制在办公区和已投产的玻璃坊外围。

    时间在忙碌中飞逝。五月末,芒种时节,城南工坊的“一号高炉”,在经历了数次小型点火试验、调整风道、修补耐火层后,终于准备正式进行第一次“出铁”试验。

    这一日,天未亮,李瑾便以“休沐访友”为名,悄然离开崇仁坊,在数名换了便装的东宫侍卫(于志宁特意拨给他“护卫安全”的)暗中保护下,从农庄密道进入工坊核心区。

    试验场气氛凝重而热切。高约两丈的土红色炉体静静矗立,旁边连着略矮些的圆柱形热风炉(以高炉废气预热鼓风),以及由畜力(两头健牛)驱动的改良活塞式鼓风机。炉前堆放着处理好的铁矿石团块、木炭、以及孙匠师带着人反复试验烧制成的、黑亮坚硬、敲击有金属声的“焦炭”。赵、钱、孙三位匠师带着各自挑选的学徒,全身穿着浸过水的厚麻衣,脸上蒙着湿布,神情肃穆,如同即将进行一场庄严的仪式。王掌柜也在一旁,额角见汗,既是紧张,也是炉前高温烘烤。

    李瑾站在稍远的、搭了凉棚的观察台上,同样心潮起伏。他知道,这一步若能成功,意义非凡。这不仅意味着能得到质量更好的钢铁,更是对他带来的知识、唐代工匠智慧以及这种“产学研”结合模式的一次重大验证。

    “吉时已到,开炉——!” 随着赵匠师一声沙哑的高喊,钱匠师指挥学徒驱动牛只,活塞鼓风机开始发出“呼哧呼哧”的沉闷声响,将空气压入热风炉预热,再送入高炉底部风口。孙匠师则亲自监督,指挥学徒们通过炉顶的加料口,将按特定比例混合的焦炭、木炭、矿石团块分层投入炉中。

    炉内很快传来“噼啪”的燃烧声,烟囱冒出浓烟,随即在鼓风机持续送风下,浓烟渐淡,火焰透过炉体上方的观火孔,呈现出明亮的橙黄色,并逐渐向白炽转变。热浪滚滚袭来,即使站在观察台上,也能感到扑面而来的灼热。

    “风力稳!”

    “炉火正!”

    “加料!”

    匠师们简短而有力的指令在炉前回荡。所有人都紧盯着炉火、风压、以及炉体各处的状况。李瑾也全神贯注,根据火焰颜色、烟尘状况,结合前世模糊的常识,判断着炉内反应。他注意到,使用了部分焦炭和热风后,炉温明显高于寻常炼铁炉,火焰更加白亮耀眼。

    时间一点一滴过去。从清晨到正午,高炉持续燃烧。匠师们根据经验和李瑾事先交代的注意事项,不断调整着燃料配比和鼓风强度。炉体在高温下隐隐发红,但坚固的耐火层经受住了考验。

    终于,在午后未时左右,一直紧盯出铁口的赵匠师猛地大吼一声:“见红了!准备出铁!”

    只见那用特殊耐火泥封堵的出铁口,被长长的铁钎猛地捅开,一股炽热耀眼的、金红中带着白亮的粘稠铁水,如同地心奔流的岩浆,带着令人窒息的高温与光芒,轰然涌出,顺着预先挖好并铺了耐火砂的沟槽,奔腾流入下方早已准备好的、用耐火泥制好的“铁水包”中!

    铁水!是铁水!不是以往竖炉炼出的、需要再次破碎熔炼的铁块,而是可以直接浇铸的液态生铁水!而且,看其流动性、光泽和颜色,品质似乎极佳!

    “成功了!出铁水了!” 炉前瞬间爆发出震天的欢呼!许多匠人学徒激动得热泪盈眶,赵、钱、孙三位匠师更是互相拍打着肩膀,哈哈大笑,状若癫狂。王掌柜也长长舒了一口气,抹去额头的汗水,看向观察台上的李瑾,眼中充满敬佩。

    李瑾也笑了,紧绷的心弦为之一松。但他知道,这仅仅是第一步。铁水出来了,还要看其成分、性能。他快步走下观察台,来到稍远处已经准备好的炒炼炉旁。那里,赵匠师已经指挥人,用长柄铁勺舀起一勺铁水,倒入一个浅底的炒炼炉中,加入碎矿石(氧化剂),用铁棒不断搅拌(炒),使生铁中的碳氧化,降低碳含量,得到熟铁或钢。这是关键时刻,考验匠师经验和对火候、碳含量把控的时候。

    铁水在炒炼炉中沸腾、四溅,赵匠师全神贯注,根据铁水的颜色、粘稠度、沸腾状况,不断调整着搅拌速度和氧化剂的添加。终于,他看准时机,猛地用铁勺舀起一团已变得粘稠、颜色暗红、火星四溅的半流体,迅速倒入旁边准备好的模具中。

    “嗤——!” 一阵白烟腾起,模具中的金属迅速冷却成形。

    待其稍冷,赵匠师用铁钳夹出那块仍发着暗红光泽的金属块,放在铁砧上,示意一名膀大腰圆的学徒抡起大锤。

    “铛!铛!铛!”

    沉重的锻打声中,那块金属迅速延展变形,火星四射,却没有像劣质生铁那样脆裂,而是显示出良好的延展性和韧性!赵匠师又取来一块冷却后的边角料,用锤子敲击,其声清脆,断口处呈现细密的银亮光泽,与寻常熟铁或低碳钢的灰暗断口明显不同。

    “成了!是精钢!好钢!” 赵匠师声音颤抖,举起那块经过初步锻打的钢块,在阳光下,其表面隐约可见流水般的细密纹路,那是碳分布相对均匀的表现。

    李瑾接过那块尚有余温的钢块,入手沉甸甸,敲击声清越。他知道,虽然这“精钢”的碳含量、均匀性、杂质控制与后世工业钢不可同日而语,但比起唐代常见的百炼钢、灌钢法所得,其生产效率、材料利用率、以及性能稳定性,很可能已有了质的飞跃!更重要的是,这条路走通了!高炉+热风+改良燃料+炒炼/灌炼的工艺路线是可行的!

    “恭喜先生!贺喜先生!此铁水易得,成钢优良,实乃神术!” 三位匠师围拢过来,激动万分。

    “是诸位师傅技艺精湛,不辞辛劳之功!” 李瑾郑重向三人躬身一礼,“今日之功,当载入工坊史册,三位师傅及所有参与之人,皆有重赏!然此术初成,尚需精益求精,探索最佳配比、工艺。望诸位再接再厉!”

    “愿为先生效力!” 众人齐声应诺,士气高昂。

    李瑾又仔细询问了此次冶炼的详细数据——燃料消耗、铁水产出率、炒炼得钢率、以及钢块的初步观感性能,让随行的账房详细记录。他知道,这些数据是未来改进的基础。

    离开工坊时,夕阳已将天边染成绚烂的橘红色。李瑾回头望去,那座刚刚诞生了唐代第一炉“现代工艺”钢水的高炉,在暮色中静静矗立,烟囱仍有袅袅余烟,仿佛一个新时代的图腾。

    钢铁,文明的基石。有了它,工坊才能制造更精密的工具、更耐用的器械,甚至……为未来可能的更多“奇迹”,打下坚实的基础。而这“高炉炼精钢”的成功,如同一声惊雷,虽暂时只在城南一隅炸响,但其回音,必将穿透围墙,震撼整个长安,乃至更远的地方。

    李瑾坐上马车,嘴角噙着一丝笃定的微笑。玻璃、牛痘、钢铁……他播下的种子,正在这片古老的土地上,一颗接一颗地,破土发芽。
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