李嘯一行人,離開了濟南,隨後一路南行,三天後,便到了單縣鐵龍城。
“大人請看,那便是我軍建好的鐵龍城!”有隨從興奮地叫起來。
李嘯遠遠地看到,前面不遠處出現的那座巍峨雄峻的高城時,心下十分激動。
這座按李嘯之意設計規劃的雄城,周長12裡,城高爲15米,牆面馬道寬6米,全城皆包青磚,開有東、西、北三座城門,每座城門都建有甕城、並且暗藏了千斤墜之類的守城機關,鐵龍城四周皆挖有寬闊的護城濠,正好利用單縣南部的太行堤河的河水進行填充,使其環城而過。
而在城牆之上,諸如雉堞,女牆,羊馬牆,角樓,炮臺,射孔等防禦措施,統統按制修建,以保證城池的防禦能力。
算起來,從五月初到九月下旬,用了近五個月的時間,這座關於李嘯軍未來命運的鐵龍城,在充足資金的保證下,才終於修建完畢。
李嘯心下暗歎,這般雄峻的鐵龍城,北面那周長不過4裡的單縣縣城,與之相比,何其寒酸簡陋。
李嘯等人首先看到,北門外的官道的兩邊,已修建了十幾家大大小小的商鋪,店鋪夥計此起彼伏的吆喝聲中,鐵龍城的百姓們,進進出出地採買物品與各類商貨,整條官道,已頗有一些熙攘的感覺。
而遠處鐵龍城東西兩側,可影影綽綽地看到,兩處皆有大批的百姓勞工,在挖礦、碎礦、洗礦,然後再裝車運入城中。
再行進到北門外時,駐守鐵龍城的將領王義守,鐵主城主管吳亮等人,已率着一衆鐵龍城的將領官員,分列城門兩邊,歡迎指揮使李嘯到來。
李嘯與王義守吳亮等人親熱擁抱,笑語寒暄,一訴離別之情。隨後,在衆人的簇擁下,一同進入鐵龍城內。
進入城來,李嘯看到,鐵龍城內,有四條闊達10米寬的呈十字交叉狀的中央主幹道,全部用寬闊的青石板鋪就,把整個城堡規劃爲東北,西北,西南,東南四個大區。
李嘯看到,東北區作爲軍隊駐屯地,已環修了一圈內牆,將其與其他三個區隔開,只有兩處路徑通往外面的大道,這樣的做法,可以以確保軍事機密不會輕易泄漏。
其中,軍營,馬廄,校場,武庫,糧倉之類建築,均已修好,大隊的鐵龍總軍兵正在校場中喊着口號進行訓練,而在靠近軍隊建築的一側的空餘地方,則修建了沿着一條小街分列的各類官署,裡面包括給李嘯單獨居住的府邸,以及民政司、商業司、工業司、監撫司、安全司等各類官府機構。
李嘯站在十字街道的中央,又大略地看了了其他的三大區的情況。
西北區,是李嘯打算將它建成火炮廠、火銃廠、彈藥廠、維修廠等與李嘯軍最爲密切相關的軍工產業的地方。現在廠房均已修建好,只是裡面都還是空蕩蕩的,沒有設備也沒有工人。
當然,這是沒辦法的事情,在鋼鐵生產都尚未解決的情況下,造槍造炮之類,還只能是空中樓閣。
西南區,這塊被李嘯設定鍛冶基地的地方,將來要用於打製各種盔甲、刀劍、盾牌、以及各種生活器具等物品。此時,這塊鍛冶基地,也與西北區一樣,在沒有合格的鋼鐵供應的情況下,除了廠房外,也都是空蕩蕩的一片。
李嘯注意到在西南區與東南區靠近主街的地方,修建了大批的普通民居,還有學堂、澡堂、水井、以及公共廁所之類的日常建築。
李嘯的目光,集中在東南區。
他看到,東南區內,修建了大量的巨大倉庫,應該是用來貯裝礦石,以及將來要煉出的生鐵、熟鐵、鋼材、以及作爲燃料的煤炭所用。其中,貯存鐵礦石的兩個巨大的倉庫,已裝得滿滿當當。
李嘯又注意到,鐵場作頭顏均,正帶着十幾名工匠,熱烈地討論高爐設立的要點。
李嘯臉上,露出淡淡的微笑。
他知道,現在,終於輪到自已這個前世學過鋼鐵冶煉專業的大學生來一顯身手了。
李嘯走過去,顏均等人這才發現竟是指揮使李嘯到來,人人一臉慌亂,便要急急下拜。
李嘯扶住他們,然後拍拍顏均的肩膀,微笑着對他說道:“顏作頭,這個高爐的設計,就讓本官與你們一起完成吧。”
顏均等人面面相覷,沒聽錯吧,指揮使李大人,竟還懂得鍊鐵?
不過看上去,李嘯的神情,並不象是開玩笑的樣子,各人略一思索,便一同拱手言道:“既然大人親來主管鍊鐵事項,我等悉聽安排便是。”
李嘯等人安頓下來後,他開始仔細考慮如何用新式方法,來進行鋼鐵工業的規模化生產。
李嘯知道,這個明末時代,工匠中能達到的最先進技術,也不過就如《天工開物》所講的那些鍊鐵手段了。而且,由於明朝各地鋼鐵生產,基本是處於一個封閉與孤立的狀態,先進技術交流不充分,工匠所能採用的方法,許多甚至還沒有達到《天工開物》裡面的標準。
李嘯當然知道現代高爐是怎麼樣子以及如何運作,只不過李嘯並不認爲自已能在短時間內把現代技術完全照搬過來。還是結合當代的實際工業水平,一步一步加以改進來做,纔是更現實的方法。
李嘯決定,在建高爐前,首先建起了一座炭窯。
李嘯這樣做,是爲了保證試驗鍊鐵的效果,因爲木炭的純淨度比煤與焦炭都要高得多,而含雜質量卻比這二者皆要少,現在用來試驗性質的鍊鐵,卻是最合適不過。
然而,李嘯的炭窯設定,是各位明朝工匠前所未見的古怪模式,讓一衆工匠感覺十分新奇。
李嘯設計的炭窯,半截埋在地下,半截露在外面,用一名工匠的話來說,這炭窯,象一隻巨大的烏龜。
李嘯聞言大笑。
李嘯這樣做,是有他的設計道理的。
因爲炭窯半埋地下可以有效的保溫,更好地提高原料利用率。它的具體結構,則是類似一座二層小樓,一樓用來燒火加熱,二樓放置燒製木炭的原料木材。
李嘯讓工匠們用城牆包磚剩餘的磚頭來修建,三天後,一座炭窯便建好了。
隨後,從附近各地荒山上,砍下木材,經簡單晾曬後,便搬進窯的上半部,窯的下層則放入放入從單縣縣城煤行買的煤塊。
接下來,李嘯讓工匠在一樓的火嘴處點火,引燃煤層,這時二樓窯中木材開始被火炙烤,這些猶然有些發溼的木材,水分蒸發後,混合其他揮發物,形成冷白的煙霧,從煙囪中冒出,迅速被寒風颳散。
溫度漸漸升高,此時一樓的煤炭已經燒盡,二樓窯內木材自身開始氧化發熱,木質材料發生熱分解反應,其組成開始發生了變化。其中的不穩定成份,如半纖維素,發生分解生成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物質。
木材自身分解發熱把窯內溫度推到了最高點,大約攝氏400度,木質材料急劇地進行熱分解,木材表面有粘稠的油狀物流出,那是反應生成的大量醋酸、甲醇和木焦油,時不時的還會鼓起一個氣泡,則是甲烷、乙烯等可燃性氣體。這些物質,在爐內缺氧的環境下緩慢燃燒,釋放熱量、保持窯溫。
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此時,冒出的煙也開始變化,開始先變黃,後變青,漸漸變成淡青色的透明狀煙霧。
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見到煙霧變成透明,工匠們便開始封窯,把窯頂的煙囪堵住。
這樣,窯內的木柴開始在非常缺氧的環境下繼續化學反應,固爲徹底堵住了氧氣,窯內氧化反應就慢慢停下來,窯溫逐漸變低。
又過了三天,李嘯讓工匠打開窯頂透氣,隨後又冷卻了兩天,李嘯便讓人開窯取炭。
工匠們打開窯門,一股嗆人的煙氣撲面而來,讓在場的工匠皆咳嗽不止。
一名年紀較大的老工匠命令大家,趕緊把嘴閉住,包上溼巾,然後弓背屈膝,把一段一段烏黑髮亮的木炭從窯內撈出來。
兩個多時辰後,揮汗如雨的工匠們終於取完了所有的木炭。
木炭總重,整整五千斤。
李嘯帶有試驗性質的燒炭大獲成功。
可用於冶煉優質鐵料的木炭,就這樣燒成了。它的炭含量極高,磷、硫等雜質含量低,還原性強,還具有疏鬆多孔的結構,燃燒充分,供熱均勻,在高爐鍊鐵中比焦炭更加優秀。
而在木炭燒製的這幾天裡,一座由青磚搭建,並且內外糊滿的拌了鹽泥的紅色粘土,高約六丈,容積約30立方米的鍊鐵高爐,也在李嘯的指導下,在鐵龍城東南區靠近城牆角的位置,拔地而起。
這一座肚皮寬大,頸部收窄,外觀有點類似景德鎮花瓶的高爐,爐身有一多半是在地下,爐身如瓶,其口廣丈許,底厚三丈五尺,因爲要方便加料,故爐身大半在坑裡。其中爐口瓶頸最窄處,僅容一人鑽入,遠遠看去,有點象個酒瓶,也極象現代社會行爲藝術的荒誕派作品。
相比明朝那些容積最大隻有10立方米的鍊鐵高爐,這座高爐在顏均和衆鐵匠看來幾乎是龐然大物,而在李嘯看來,不過是小兒科罷了,與後世的鍊鐵高爐,實在是不堪對比。
因爲在李嘯前世生活的二十一世紀裡,中國國內基本上都是3000多立多米的大型高爐,200立方以下的高爐都必須強制關停,日本甚至在二十世紀八十年代就已在使用5000立方米的高爐。
真正讓李嘯憂心的是,現代鋼鐵工業中,高爐的內部結構中,所用的構建磚均爲高鋁粘土所制的耐火磚,這種磚頭能保證高爐可以長期使用,而現在在單縣這樣的平原地帶,李嘯實在沒辦法在附近找到高鋁粘土,只能用普通的青磚敷鹽泥代替。
這樣一來,因爲爐壁青磚的主要成份是二氧化硅,當石灰等造渣劑加入爐中後,將與鐵水中的磷等雜質產生磷酸,而這個磷酸會與酸性爐壁發生激烈反應,導致高爐內壁的侵蝕與破損。青磚敷鹽泥這種傳統的中國古代鍊鐵方法,其實有相當的危險性,直接導致了明朝各地炸爐事件的頻發。
按李嘯心下估計,現在這座高爐,很可能用個不到二十次就會有燒塌的危險。
這高鋁礬土,李嘯記得在中國當代礦產物志中記載過,在魯南地區是有出產的,尤其是臨沂山區更是極多,只是李嘯現在只能控制這鐵龍城及附近三十里的範圍,無法伸手撈過界,故暫時無法徹底解決這個問題。
李嘯在心中暗下決心,以後一定要想辦法解決這個問題,力求讓高爐安全使用時間,能達到臨近現代工業的水平。雖然明朝的工人沒有什麼勞保制度,但李嘯還是希望盡力保證這些工人的人身安全,畢竟每個工人的後面,都是有指望他工資活命的一家老小。
爲了保證安全,李嘯對鐵匠們反覆叮囑,這樣的一座高爐,只能用上十六七次,便要務必拆了重新搭建。
李嘯爲了安全起見,又對高爐附設的鼓風機,做出了重大改進。
在明朝的時候,鍊鐵鼓風所用的還是摺疊皮革所製成的地風箱,外型象個大型的手風琴。使用地時候用腳一下一下地踩踏鼓風。這種鼓風機最大的問題就是容易在高溫中老化,萬一因爲鼓風不力,而導致這座沒有使用高鋁粘土耐火磚的高爐炸爐崩塌,滾熱的鐵水能把附近的工匠瞬間汽化。
現在這種可拆卸的活動式推拉木箱鼓風機,便是李嘯經熟思後所設計的新式鼓風設備。
外形上,它象一個大抽屜一般,上面有木製把手,可推拉鼓風。而且一旦發現有破損,因是可拆卸木質結構,可以很方便地立即更換破損部件。
顏均與鐵匠們用近乎崇拜的眼神看着李嘯。
真正讓他們感到震撼的,其實並不是這座鍊鐵高爐,而是在高爐旁邊新建立的炒鐵爐。
顏均他們所知道的明代炒鐵爐,也就是《天工天物》上面所記載的那種開放式炒鐵爐,是一種完全用人力攪拌製作的設備,爐形與一個水水缸類似,爐邊總有一位身強力壯的大漢,拿着根柳木棍做的炒鐵棒,揮汗如雨的來回攪動,使生鐵液中的碳氧化,而成熟鐵。只不過,這種方法,極沒效率也極損害工匠的健康。
此種方法,與當時的歐洲常用的,熟鐵入爐加溫滲碳煉成鋼的灌鋼法不同,被稱爲炒鋼法。
那爲什麼這種用柳木棍攪拌煉製熟鐵的方法,會在中國這般普及呢?這是因爲,這種簡陋的方法,還有個意外的好處。
那就是,攪拌的同時也會逐漸燒去柳木棍,相當於是往生鐵中混入單質碳,藉由這個步驟,有時可以碰運氣般地,直接炒出含碳量低於生鐵,卻高於熟鐵的鋼來,甚至有機會炒出中碳鋼與高碳鋼。用明朝工匠的說法來說,便是祖師爺爺開了眼,賞給辛苦作業的工匠的禮物。
只是這種炒鋼法作業方式,這種碰運氣般鍊鋼的生產作業方法,比起當時歐洲已是規模化的鍊鋼工業來說,實在是太過原始與簡陋。
隨着時代的繼續發展,中國原本就簡陋的鍊鐵技術,自清朝以後,卻更加衰敗不堪,與近代工業迅猛發展的歐洲諸國,形成了鮮明而可悲的對比。
甲午戰爭時,在朝鮮作戰的綠營清軍驚恐地發現,自已的大刀竟然常被日軍的刺刀一磕就斷,這讓本來就士氣低沉的綠營更加畏日如虎,遇之即潰。而日軍則輕蔑地稱這些不堪一戰裝備極差的中國軍隊爲“支那垃圾軍”。
讓顏均與衆鐵匠十分驚奇的是,李嘯設計的這座炒鐵爐完全顛覆了他們對炒鐵爐的原有認知。
這座李嘯設計的炒鐵爐,外形有點像功夫茶的茶杯,它用敷鹽泥青磚整體建造,爐牀底部中間凹陷,四周是拱形爐壁,下部爲燃燒室,進風道在燃燒室底部。是一種前所未見的火焰與鐵礦隔離的反射爐型。
它的結構可以看作上中下三層,頂層和次層互相隔離,中間是多個可翻動的鐵柵欄。使用時鐵水從高爐流到頂層,次層鋪堆的煤炭平躺在鐵柵欄上燃燒,加熱樓上的鐵水,煤炭燒過後翻翻鐵柵欄,炭渣就掉進了底層的除渣室,鐵柵欄放平,又能從斜向下45度的進煤道向它上面添加煤炭。
接下來,李嘯設計了一個支架,安放在炒鐵爐的正中央上方,支架下面安插着有三根熟鐵棍子斜斜地伸向爐牀,外面使用絞盤推用,有三個把柄向外伸出,可以由三個壯漢離着一段距離共同推動炒鐵,這樣改進後,雖然仍是人力推動,但可以有效維護工匠的身體健康,也可以使炒鐵更有效率。
經過了二十多天的籌備,一切準備工作都做好了。
望着這些凝聚着自已心血,新建成的鍊鐵高爐,炒鐵爐,鼓風機等鍊鐵設備。李嘯心下,十分激動。
這些設備,與現代鍊鐵工業對比,雖然還是簡陋不堪,卻已大大超越了明朝這個年代的實際工業水平。
李嘯突然想起明朝一些名人對各地鍊鐵狀況的評價。
當時的鐵以福建的最爲聞名,方以智曾經在《物理小識》說過:南方鐵以閩鐵爲最上,廣鐵次之,而楚鐵只可做鋤。
茅元儀在《武備志》中則在說:制威遠炮用閩鐵,晉鐵次之。
趙士楨則在《神器譜或問》說:制銃須用福建鐵,他鐵不可用。鍊鐵,炭火爲上,北方炭貴,不得已用煤代替,故迸炸常多。
李嘯在心下暗想,我所制的鐵龍城鋼鐵,這質量與數量,定要均在那明朝最好的閩鐵之上。各位大賢,承讓了。