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,就出在锅炉和汽缸上。
我们用传统方法炼出来的钢材,根本承受不住锅炉里的高压蒸汽,不是冷脆开裂,就是受热变形,前前后后,炸了七台锅炉,死了十三个经验丰富的老匠人,伤了数十人。
臣看著那些惨死的匠人,夜夜难眠,总觉得是自己无能,辜负了陛下的信任。」
朱由校闻言,脸上的笑意也收敛了几分,轻轻叹了口气:「徐卿不必自责,工业研发,本就是踩著失败往前走的。
那些为了试制蒸汽机牺牲的匠人,都要追封赏赐,他们的家人,朝廷要养起来,保他们一生衣食无忧。」
「臣代那些匠人,谢陛下隆恩!」
徐光启连忙起身,对著朱由校深深一躬,眼眶微微泛红。
「徐卿坐,继续说。」
朱由校摆了摆手,示意他坐下。
「是。」
徐光启重新坐下,定了定神,继续说道:「接连的炸膛事故,让臣和科学院的匠人、学者们,百思不得其解。
我们反复检查图纸,反复调整锅炉的结构,可无论怎么改,只要压力一上去,锅炉还是会炸。
直到陛下您之前提点臣,说钢材的问题,根源在炼铁上,铁水不纯,硫磷杂质太多炼出来的钢材,天生就脆,一承压、一受热,自然就会炸裂。
臣才恍然大悟,带著匠人,一头扎进了冶铁厂,从头开始,研究炼铁的法子。」
徐光启说著,从随身带来的木匣里,拿出了一叠厚厚的图纸和记录册,还有几块不同的生铁、钢材样本,呈到了朱由校的面前。
「陛下您看,这是我们用传统原煤炼出来的生铁,断面粗糙,带著密密麻麻的气孔,用锤子一敲就碎。」
徐光启拿起一块灰黑色的铁块,指著上面的裂纹,说道:「这个时期的炼铁,普遍都是用原煤直接入炉,原煤里的硫含量极高,还有大量的磷、二氧化矽等杂质,炼出来的生铁,冷脆现象极其严重,别说做蒸汽机的锅炉,就算是做普通的农具,也很容易断裂。」
「之前我们也试过用木炭炼铁,木炭炼出来的生铁,硫含量确实低了很多,质地也均匀了不少。」
徐光启拿起另一块银白色的铁块,继续说道:「可木炭炼铁,成本太高了,产能也极低。
炼一吨生铁,要耗费十几吨木炭,光是砍伐树木,就要耗费大量的人力物力,根本无法支撑大规模的工业生产。
我们总不能,只靠著木炭炼铁,做几台蒸汽机玩玩,却无法在全国推广吧?」
朱由校拿起两块生铁,掂量了一下,又看了看断面,重重点了点头。
他当然知道,焦炭炼铁,是钢铁工业的核心,没有焦炭,就没有近代钢铁工业,更没有工业革命。
他之前只是给了徐光启一个方向,没想到,这位老徐卿,真的带著匠人,把这条路走通了。
「陛下您之前提点臣,说原煤可以通过干馏,去除里面的挥发分和硫分,炼制成焦炭,再用焦炭炼铁。
臣带著匠人,在冶铁厂,反复试验了上百次,终于摸索出了成熟的密闭式干馏炼焦法I
「」
徐光启的声音,再次激动了起来,眼里闪烁著光芒,语速也快了不少:「我们按照陛下的指引,在开平、大同,找到了低硫的原煤,专门修建了密闭的焦炉,让原煤在隔绝空气的焦炉里,高温干馏,把里面的挥发分、焦油、还有大部分的硫,全都分离出去。
最终炼出来的焦炭,强度高,硫含量只有原煤的三分之一不到,甚至比木炭的硫含量还要低!」
「有了合格的焦炭,我们立刻对炼铁炉进行了改良。」
徐光启拿起一张炼铁炉的图纸,指著上面的结构,给朱由校讲解道:「我们把传统的小型竖炉,放大到了八米高,用耐火砖衬砌炉壁,配套了六组水力驱动的大风箱,能连续不断地向炉内鼓风,炉内的温度,能稳定提升到一千四某度以上!
炉温上去了,铁矿石的还原就更充分,炼出来的生铁,硫含量大幅降低,彻底解决了生铁脆裂的问题!」
「不仅如此,我们还固定了炼铁时,石灰石熔剂的添加比例。」
徐光启继续说道:「按照铁矿石重量的百分之十到十五,添加石灰石,能和铁水彻底分离,进一步降低生铁里的杂质,炼出来的,是成分稳定的低硫低磷灰口生铁,再也不是之前那种杂质遍地的毛铁了。」
朱由校看著图纸上的炼铁炉结构,还有旁边密密麻麻的试验数据,心里满是欣慰。
这一步迈出去,大明的钢铁工业,就彻底打开了大门。
从木炭炼铁到焦炭炼铁,看似只是燃料的改变,却是从手工业,迈向近代工业的关键一步。
「炼出了合格的生铁,接下来就是炼钢了。」
徐光启继续说道:「我们对现有的反射炉进行了改良,把炼出来的生铁水,直接倒入反射炉里,进行预精炼。
让匠人拿著长杆,在铁水里不断搅拌,让铁水和空气充分接触,氧化去除里面多余的碳分和杂质,得到成分均匀的生铁锭,大幅降低了后续炼钢的难度。」
「而最核心的,是我们对灌钢法,进行了系统性的改良。」
徐光启拿起一块银白色的钢坯,递到朱由校的面前,语气里满是自豪。
「陛下您看,这就是我们用改良后的灌钢法,炼出来的钢材!」
朱由校接过那块钢坯,入手沉甸甸的,断面光滑致密,没有丝毫的气孔和裂纹,用手指轻轻一弹,发出清脆悠长的嗡鸣,光听声音,就知道这是质地极好的钢材。
「传统的灌钢法,全凭匠人经验,生熟铁的配比全靠感觉,加热温度、时间也全凭眼力,炼出来的钢材,每一批次都不一样,有的含碳太高太脆,有的含碳太低太软,根本无法满足蒸汽机的生产要求。」
徐光启说道:「我们这次,把灌钢法的每一步,都做了标准化的改进。」
「首先是固定生熟铁的配比,用我们预精炼的低硫生铁,和低碳熟铁,按照1:3到1:5
的比例叠放,根据目标钢材需要的碳含量,精准调整配比,替代了传统的凭经验下料,实现了可控渗碳。」
「其次,我们把传统的泥封地炉加热,改成了反射炉灌钢。
反射炉的炉温更均匀,也更容易控制,能保证生铁完全熔化,均匀地渗碳到熟铁里,避免了局部渗碳过度或者不足的问题。
我们还借鉴了瓷器烧制里的火照、测温锥,固定了加热的温度和时间,保证每一批次炼出来的钢材,成分、性能都完全一致。」
「灌钢之后的钢坯,我们用新造的大型水力锻锤,进行多向反复锻打。
,徐光启的眼里,满是兴奋。
「陛下,我们把之前的小型水力锻锤,放大到了八百公斤级,一锤下去,能产生上万斤的力道,能把钢坯里的气孔、疏松,全部焊合,里面的夹杂物,也能彻底打碎。
不仅能大幅提升钢坏的致密度和气密性,还能直接锻造成汽缸厚壁坏、锅炉钢板这些大件,解决了传统灌钢法,只能做薄件、做不了大件的痛点!」
「最后,我们还摸索出了完整的退火工艺。
锻打后的钢坏,进行完全退火处理,缓慢加热、保温、再缓慢冷却,彻底消除锻打产生的内应力,降低钢材的硬度,方便后续对汽缸内壁进行精密打磨,同时进一步均匀钢材的材质,避免在加工、使用的过程中,出现开裂的情况。
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徐光启一口气说完,长长地舒了一口气,对著朱由校躬身道:「陛下,按照这套工艺,我们已经炼出了十炉合格的钢材,用这些钢材试制的蒸汽机锅炉,已经连续运行了七天七夜,压力稳定,没有出现任何开裂、渗漏的情况!
臣可以保证,只要按照这套工艺推广下去,不出两三年,我们就能大规模量产,完全满足蒸汽机生产、火炮制造所需的所有钢材!」
朱由校拿著那块钢坏,只觉得一股热血,从心底涌了上来。
钢材!
这是工业革命的基石,是近代工业的骨架!
有了合格的、能大规模量产的钢材,蒸汽机就能从实验室里走出来,应用到矿山、纺织、铁路、船舶上。
有了合格的钢材,就能造出更先进的火炮、火枪,让大明的军队,装备上世界上最先进的武器。
有了合格的钢材,就能修建铁路,铺设横跨南北的交通大动脉,让整个大明,彻底连接成一个整体。
这一步,看似只是炼钢技术的突破,却是大明,从农耕文明,迈向工业文明的关键一步!
「好!好!好!」
朱由校连说三个好字,声音里带著难以掩饰的激动,他站起身,走到徐光启面前,亲手扶起了他。
「徐卿,还有科学院的所有匠人、学者,都为大明立下了不世之功!朕,替大明的江山社稷,谢过徐卿了!」
「陛下折煞臣了!」
徐光启连忙躬身,惶恐地说道:「若不是陛下您的提点,给臣指明了方向,臣就算是耗尽毕生心血,也摸不到这门槛。
这所有的功劳,都归功于陛下的圣明,臣不过是奉旨行事,不敢居功。」
「功就是功,过就是过,朕分得清清楚楚。」
朱由校摆了摆手,语气斩钉截铁。
「传朕旨意,科学院院正徐光启,进武英殿大学士,赏白银五千两,绸缎百匹。
冶铁厂总匠头,改良炼焦、炼铁工艺有功,封工部营缮所所正,赏白银三千两。
所有参与此次炼钢研发的匠人、学者,皆有封赏,有功之人,绝不寒心!」
「臣,代所有参与研发的匠人、学者,谢陛下隆恩!」
徐光启再次跪倒在地,对著朱由校,重重地叩了一个头。
他太清楚这份封赏的分量了。
冶铁厂总匠头不过是个匠人,按照祖制,匠人属于贱籍,连科举都不能参加,可陛下竟然直接封了他工部营缮所所正,正七品的官身!
这在大明朝两百多年的历史上,是从未有过的事情!
陛下这是在用实际行动告诉全天下,格物致知之学,工匠之术,和读书科举一样,能光宗耀祖,能封官进爵!
这道旨意下去,整个大明的匠人、学者,必然会为之振奋,科学院的研发,也必然会迎来新的高潮。
封赏的旨意定下之后,徐光启的情绪,稍稍平复了一些。他喝了一口热茶,定了定神,继续说道:「陛下,除了新式炼钢法,臣今日前来,汇报的第二项突破,便是两个月前,陛下吩咐臣研发的千里传信系统。」
朱由校的眼睛,再次亮了起来。
如果说钢材,是大明工业的骨架,那这套千里传信系统,就是大明的神经脉络。
在这个没有无线电的时代,这套光学信号系统,就是最快的信息传递方式,是他能精准掌控全国局势、指挥前线战事的核心依仗。
「徐卿快讲,这套系统,研发得怎么样了?」朱由校急切地问道。
「回陛下,不负陛下所托,这套千里传信系统,已经完成了全部的研发、测试,第一条从北京到天津卫的实验线路,已经全线贯通,测试效果,远超我们的预期!」
徐光启脸上满是自豪,拿出了另一叠厚厚的图纸和方案,呈到了朱由校的面前。
「陛下,这套系统,我们完全按照您的要求,优先复用了现有的烽火台、驿站高岗、
城墙角楼,无需新建站点,节省了大量的人力物力。」
徐光启指著图纸上的站点分布图,给朱由校讲解道:「我们带著千里镜,沿著北京到天津的线路,反复测试了数十次,最终确定了站点的间距:
平原地区,每隔五到八里,设置一个站点,也就是两公里到四公里。
山区和丘陵地带,每隔三到五里,设置一个站点,也就是一公里半到两公里半。
这个间距,能保证两台六倍以上的千里镜,清晰地识别对方的信号,也能最大程度规避雾气遮挡的影响。」
「每个固定站点,我们配置了四个人,分两班,二十四小时值守。」
「分工也做了明确的规定:一名站点负责人,必须识字,负责管理站点、记录信号。
两名瞭望员,专门操作千里镜,接收对方站点传来的信号。
一名信号员,负责举旗、挂灯笼,发送信号。
像北京、天津这样的核心枢纽站点,我们还加配了一名译电员,专门管理密码本,翻译情报内容。」
「设备方面,每个站点,标配两台六到八倍的千里镜,配固定的木质三脚架,带俯仰调节功能,保证瞭望的稳定。」
徐光启拿起一张设备清单,继续说道:「白天的信号器具,我们准备了红、黄、蓝、白、黑五种纯色的丝绸旗,各两面,旗杆长六尺,保证远处能清晰识别颜色,另外配一面铜锣,用于预警、提醒对方接收信号。」
「夜间的信号器具,是红、黄、蓝、