姜星火点了点头,这两种经典的冶炼方法,他还是知道的。
炒钢法是华夏古代把生铁变成熟铁的主要方法,大约发明于西汉后期,原理就是把生铁加热成半液态,并不断搅拌,就像是炒肉的动作一样,使生铁中的碳分和杂质不断氧化,从而得到熟铁。
东汉时期流行的神书《太平经》,也就是张角用的那个,里面就记录了“有急乃后使工师击治石,求其中铁,烧冶之使成水,乃后使良工万锻之,乃成莫邪(代指宝剑)耶”,叙述的是由矿石冶炼得到生铁,再由生铁水经过炒炼,锻打成器的工艺过程。
炒钢法这项技术操作简便,原料易得,可以连续大规模生产,生产效率比较高,对华夏长期领先世界有很重要的意义,事实上,类似的技术在西方直至18世纪中叶才由英国人发明了出来,而此时15世纪的大明,炒钢法就已经趋于登峰造极了,所以在工业革命的这扇大门前,华夏其实有太多比西方更接近这扇门的优势。
至于所谓的灌钢法,现在还没有进化到终极形态,也就是苏钢的出现,但基本工艺早已成熟,主要原理如果要用现代人易于理解的话说,其实就四个字。
——“鸡蛋灌饼”。
理解了鸡蛋灌饼的操作手法,就基本理解了灌钢法是怎么弄的,工艺过程基就是将熔化的生铁与熟铁合炼,熟铁就是“饼”,生铁就是“蛋”,正如鸡蛋液体会均匀的渗透到整个饼里一样,生铁中的碳分也会向熟铁中扩散,并趋于均匀分布,且可去除部分杂质,而成较好的熟铁乃至钢材。
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,当使用碱性耐火砖砌衬时,在转炉冶炼过程中使炉渣成为高碱性,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。