古代磚瓦場佔用人力最多的工作是什麼?不是採土,不是翻曬磚坯,也不是裝窯燒窯出窯,而是和泥以及製作磚坯,也就是俗話說的“摔坯”。
這個工作需要將篩好泡透的粘土反覆揉搓摔打成軟硬合適的“熟泥”,然後在專用磚模裡面製成一塊塊的磚坯。這工作聽上去簡單,但是每製作一塊大青磚的磚坯,都要將十幾斤重的泥巴反覆大力摔打十幾次,一個熟練工人一天也只能完成一兩百塊磚坯的製作,效率低得令人髮指。這也正是古代磚瓦昂貴的最主要原因。
章澤天的擠泥機正是代替人工進行這項工作的,其原理與後世磚瓦廠的擠泥機已經很相似了。
這個機器由兩部分組成。一臺和泥機將過篩並浸泡好的粘土裝進一個漏斗形的硬木桶裡面,由一根裝了多根橫枝的主軸在木桶裡面轉動攪拌,在主軸與木桶內壁上凸起的棱的共同作用下,將泥土攪拌均勻,和成熟泥。
熟泥被取出之後,放進另一臺擠泥機裡面,由一根類似於注塑機絞龍的帶有螺旋頁片的鑄鐵主軸旋轉推動,壓進長方形的坯模裡面。當坯模裡面的泥坯壓實之後,一大塊方形泥坯從坯裡面被推出來,然後被一排鋼絲橫向切過,分成一塊塊的磚坯——每次可以成型十幾塊磚坯。
開始的時候,章家並沒有足夠的牲口來驅動擠泥機,只能由人力來推動這些機器,完成製坯工作。饒是如此,其效率也比傳統的手工製坯快了五倍以上,而多數的人力都是用於推動機器的運轉了。
後來章家莊的牲畜比較豐富的時候,章澤天與譚木匠試製了一年多的風車也終於可以工作了,製坯工作的動力就變成了風力,最終也沒有使用開始時準備的畜力。
磚坯被擠出切割成形之後,需要上垛陰乾。在陰乾的過程中,還需要幾次翻垛。所有這些磚坯,和乾燥完成的磚坯,都需要防止被雨水淋溼,完成乾燥之前的磚坯還要防止太陽的曝曬,而防雨防曬的工具就是葦簾。從去年開始,章澤天便讓人積攢了大量的蘆葦,就是準備用來製作保護磚坯的葦簾的。
這次的戰俘到了之後,數量多達一百七十人的老弱土匪,大多數都被派去趕製葦簾了,這才保證在雨季到來之前製作出足夠多的葦簾。
這個時代燒製磚瓦使用的是一種小型的饅頭窯。這種傳統磚窯每次可以燒製傳統大青磚兩千多塊,使用柴草、樹枝之類作爲燃料,每次需要連續燒製三天三夜,封火後再燜燒七天左右,最後澆水滅火,並創造還原性環境,封窯一晝夜之後開窯。連同裝窯出窯的時間算進去的話,一個週期需要將近半個月,效率之低、燃料浪費之巨大,都令章澤天感到無法忍受。
無奈之下,他只能嘗試後世磚窯普遍採用的輪窯模式。他自己沒有近距離觀察過輪窯,對於其原理也只知道個大概,看來只能慢慢摸索着試製了。
輪窯給人印象最深刻的,應該就是那根高聳入雲的大煙囪了。這根菸囪高達三十米以上,能夠爲下面燃燒的窯室提供巨大的吸力,將燃燒產生的煙氣排放到高空之中,歸下方環繞它而建的多個窯室共用。
下方的一圈窯室各有煙道與煙囪相通,窯室之間同樣相通,以使燃燒的火頭可以在各個窯室之間流動燃燒。
每個窯室都有自己的窯門,用來完成出窯和裝窯的工作。
窯室的頂部是厚厚的隔熱層,每個窯室的上方都開有加煤孔。窯頂可以上人,整個輪窯的控制工作,基本都在窯頂上完成。
火頭在各個窯室之間轉圈燃燒,每燒過一個窯室,窯室內的磚就完成了燒製,最後通過送風,把燒製好的窯室溫度降低到可以操作的程度,然後進行出窯和重新裝窯,等待火頭再燒過來。
磚坯在窯室內被碼成多孔通氣結構,以便空氣在窯內流動,以及保持窯內溫度的均勻。
除了一兩個正在進行出裝窯工作的窯門之外,其他窯門平時都是處於密封狀態,並且用泥巴將所有縫隙封嚴,以保持窯室內的溫度,並且防止產生亂流。
窯工對窯的控制是通過啓閉不同窯室通往主煙囪的風門,以及控制燃料煤的添加來實現的。對輪窯的控制,其實就是對窯內空氣流動的控制。
空氣在輪窯內的典型流動方式,是從打開的窯門流入,依次通過幾個等待降溫的窯室,進入正在燒製的窯室完成燃燒,然後從這個窯室的風道進入主煙囪,被排入高空。完成燃燒的熱氣在高高的煙囪內被排入高空,產生典型的“煙囪效應”,成爲推動空氣在窯內流動的動力,使輪窯的燒製工作能夠不停地持續下去。
當需要讓火頭流向下一個窯室的時候,只要關閉這個窯室的風道,打開下一個窯室的風道,燃燒產生的熱氣就會通過下一個窯室,爲其進行預熱,並點燃從頂部投放進去的燃料煤,開始下一個窯室的燒製。
裝窯-預熱-燒製-冷卻-出窯,整個燒製的過程至少需要佔用七八個窯室的空間,也就是說,一座輪窯至少需要八個以上的窯室才能循環起來。而爲了安全起見,少於十個窯室的輪窯,是十分難以操作的。
現代輪窯一般會有二十個窯室左右,可以同時燒兩個火頭。事實上,在管理得當,燒製技術比較高明的情況下,只要有二十個窯室的輪窯,就可以同時燒三個火頭,使窯的生產效率直接提高50%。
在現代磚廠裡面,爲了更方便燒製,在製坯的時候,會在粘土裡面加入一定比例的煤粉,這些被加入到磚坯裡面的煤粉被稱爲“內燃煤”。內燃煤的存在可以使窯室內的溫度更高,更均衡,還可以大幅度降低燒製的勞動強度和技術難度,算是後世制磚業的一個巨大進步。
不過內燃煤的加入,也有一定的不良影響,最主要的表現就是使燒好的磚內部產生多孔結構,使磚的外觀變差,強度降低。但是這種變化程度是有限的,一般不會影響磚的使用效果。