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第313章 水锻板甲的曙光
钱惟昱深知，他弄的蓄热炉，和后世的炼钢平炉还是有很大的差距的，其中最大的一个差距，就是后世炼钢的平炉可以通入制氧机分离空气制取的纯氧来加强反应的充分性，加快钢铁中杂质被氧化的反应速度，并且让钢料的质量更上一个台阶。还有一点重要的是，因为吹氧法所需加热的空气量比非吹氧法低好几倍，所以不能吹氧的炉子比吹氧炉在炼钢过程中，消耗的煤炭等加热燃料要多好几倍，污染也严重好几倍。
分离纯氧，钱惟昱知道他这辈子是看不到了，所以他才不敢把这个新式炼钢炉称作平炉——没有吹氧，只是把普通空气改成热风快速鼓风，叫蓄热炉不也才算名副其实么。拜缺少吹氧工艺所赐，以及其他一些七七八八的技术缺憾，钱惟昱自问如今他指点发展起来的炼钢技术，无论从产能还是质量来看，最多也就是达到欧洲人1750年～1800年之间的技术水平。也就是相当于后世米国独立和法国大革命、拿破仑起家之前那段时间；距离真正工业革命之后的技术，还是相去甚远。
而且因为钱惟昱一个人的干涉只能是让某些部门技术进步，不可能影响这个社会各个产业部门，在其他木桶短板效应的制约下，他这辈子最多也就把冶金工业发展到这一步了，剩下的需要漫长的时间才能补足。所以，此后在争霸天下的过程中，吴越国应当采用何种军事形态、借重何种兵器，如今就算是可以彻底规划完了，反正吴越只能用到这种程度的钢铁来武装其军事机器。
……
高炉炼铁是循环投料的，也就是炉子顶部每隔几个时辰会往里面投一些粉碎选过的精铁矿，同时每隔几个时辰也会从炉子底部的出铁槽放出几千斤铁水。但是这并不是说每一批铁料在高炉里面的反应时间就是那么短短几个时辰——那样根本不够时间把氧化铁中的氧元素彻底剥夺反应充分。
事实上，每一波铁料在高炉炉膛里反应的时间有可能有五六天甚至七八天之久。每一次开炉的时候引出来的铁水有可能是六七天前投进去的矿石料的产物，而刚刚投进去的矿石要到六七天后才会变成生铁水。当然与铁水一起清理掉的，还有其他反应后的炉渣等副产品。
与高炉炼铁的上面投料、下面出铁循环相比，蓄热炉炼钢的过程就要直白得多——炼钢的时候，每次都是投入一整炉的赤红生铁和别的辅料，然后锻炼一两天，再次开炉的时候，就会把所有成品钢全部倒出来，彻底清空炉膛，再进行下一次作业。
从这个角度看，因为大型炼铁高炉每天可以出四次生铁浆、每次四千斤。而蓄热炉炼钢需要两天时间才能消化这四千斤的生铁料。兑换算下来，六座四千斤的小蓄热炉才能吃下一座高炉产出的生铁。如今吴越一方的蓄热炉建立还很少，所以生铁产能是远远大于钢材的。湖州长兴的钢铁厂如今有大小高炉十七座、蓄热炉仅四座。估算下来，一年可以产出生铁两万吨、高碳钢两千吨；如果对这个数据没什么概念，可以参考一下北宋鼎盛时期的钢产量——北宋神宗年间，钢铁产量峰值曾经达到过全国年出铁三万吨、钢四千吨的规模。八百年后，清末洋务运动建起的汉阳铁厂，在甲午海战之前一年，达到了一座钢铁厂年出生铁二十万吨、钢材五万吨。
也就是说，如今的湖州长兴铁厂产能规模，大约是北宋神宗时候全国产能的四成、是甲午海战前汉阳钢铁厂的十几分之一。但是已经略微反超过了北朝后周占领区的全国手工业钢铁冶炼产能了。仅这一座钢铁厂，让吴越成为如今汉语言文明范围内最大的冶金产能势力，是毫无问题的。
……
因为蓄热炉炼钢要至少30多个小时的时间才能出钢，所以钱惟昱自然是不可能在视察的过程中盯着看那些工匠的全程操作过程。所幸如今有四台蓄热炉，所以视察的过程中沈默可以带着钱惟昱去另外一座即将要出铁的蓄热炉边上解说观看——其实，四座蓄热炉都没能把最大的那座高炉的生铁产能吃饱，只能是让其中一半的生铁有机会炼成钢材，剩下一半生铁只能拿来做普通锻打的器具或者铸造所用。
来到即将出铁的那座蓄热炉附近，沈默解说道：“两个月前第一座实验小蓄热炉试炼的时候，用的还是石灰石、铁矾土之类的辅料。后来交趾海防与广西钦州之间也发现了一处大铁矿，所产铁矿石品位与崖州铁矿相若，而且多有磁性。军器监的工匠们在反复实验之后，发现这些磁性的铁矿石充分破碎磨粉后放入炼钢炉内混炼，竟然能让钢料更加纯净优质。此后便形成制度，每四千斤生铁水掺入二百斤磁铁矿粉矿。”
海南岛的石碌铁矿，是钛含量比较高的，而且还有一定量的镍元素。按说在古代缺乏人工改变钢材配比、掺入稀有元素锻造成合金钢的技术的情况下，用石碌铁矿锻造出来的钢是有可能达到钛镍合金钢的水平的——当然，因为不稳定性因素太多，钛含量和镍含量肯定不能和后世专业微调配比的合金那么强大。
众所周知，要极大改善铁基金属的强韧和锋利属性，两大元素的掺杂是很重要的，一个是钨，一个是钛。钨可以让金属坚硬锐利，从古代的宝刀名剑到后世的尾翼稳定脱壳穿甲弹，基本上都要用到钨合金钢制造刀刃或弹头（贫铀弹除外）；而钛合金在坚韧方面的特性就是无与伦比的了，可以用于制造对重量有要求的高强度装甲，并且各种扭矩、抗拉等结构应力强度非比寻常；从次世代战斗机到宇宙飞船，钛合金的应用都非常广泛。
所以用石碌铁矿的矿石冶炼出来的钢材，在合金元素的混成方面，已经是绝对领先于这个时代东亚范围内的其他同行了。剩下的另一个方面对钢铁质量的制约因素就在除杂方面，也就是如何进一步彻底除去钢材中除了铁元素、合金元素、适量的碳之外，其他不该存在的东西。
常规的做法，是在炼钢的时候加入石灰石除去仅存的硫、磷；用生铁和氧化铁矿石粉混成、利用氧化铁中含有的氧元素在高温时被别的杂质氧化夺走提纯铁含量。在这一点上，吴越人如今尝试了使用越南北部的磁铁矿开采出来的矿石。
与普通赤铁矿的氧化铁成分相比，磁铁矿的主要成分是四氧化三铁，其中的铁元素化合价态更加不稳定，也相对活泼一些。更容易用于除杂反应。虽然四氧化三铁矿石单独炼铁炼钢的时候因为其磁性存在比氧化铁要处理麻烦得多，但是在作为少量添加剂的情况下，却可以很好的胜任，也算是一种妙到毫巅的物尽其用了。
钱惟昱一边看着长兴铁厂四台蓄热炉的账目和实验记录，上面记载着两个月来几十次反复试验的掺料配方比例，可见军器监的工匠们在得到了努力方向之后，也是刻苦做了许多次优化，才有了今日的成果。四千斤铁水当中，光是磁铁矿矿粉的掺杂量，这些工匠们就从每炉一百斤试到了五百斤，才得出今天这个成果。
很快，开炉的时辰便到了，蓄热炉首先撤去了堆砌在热风室外面的煤球堆，把水车提供动力的鼓风机吹气管道阀门移开，停止向蓄热炉内鼓风。大约过了几分钟的时间，温度稍微降低稳定了一些，就有工匠拿着用不曾上漆的光滑干木料工具扒开炉膛门外的堆砌物，经过一番繁琐的操作打开炉门，把堆在一排玄武岩磙子上的炉斗拉出来。
足足装了四千斤精钢水的炉斗沉重异常，需要十几个工匠合力缓缓推拉，并且用滑轮和限位的东西保护。炉中的钢水出来时刚好变成暗红色的状态，也就是呈现即将凝结的粘稠状态，常温下不用十分钟就能变成黑铁色的坚硬状态，所以必须抓紧时间连铸或者轧制锻压定型成将来所需的形状。
“半个月前，第二座蓄热炉第五次开工的时候，曾经有匠首建议尝试加大装料量。后来有十五个工匠因为开炉的时候没控制好温度，加上钢包炉斗拉出来的时候重心不稳，人力撑持不住，结果钢水泼炸出来，把十五个工匠全部熔成了人炭，着实惨不忍睹。因为钢厂的诸般事情都要保密，而大王当时还在为陈诲陈都帅大军践行，臣便没有敢第一时间上报。后来为了安全，才定夺一炉四千斤钢水已经是极限了。那些匠人的抚恤，至今还没有发下去。”
“什么，竟然出过如此重大的事故么？”钱惟昱听了悚然动容，一开始很想责备沈默为什么不及时上报，随后也有些漠然：哪怕到20世纪90年代，工地上盖房子出事故死几个民工，还不是能够被包工头赔钱压下去？何况封建时代呢，官僚们可能本来就没有这根弦，加上这是要保密的高度机密事宜，沈默等自己亲自来视察的时候主动坦白，也算不错了。
想了一想，钱惟昱长叹一声：“那些死难的工匠，对其家属每户抚恤五百贯足钱。从寡人的内帑出便是了。”
钱惟昱一边说着，一边心中思忖，水力能源在蒸汽机出现之前固然是可以进行很多替代性的作业，但是终究是有其应用的局限性。水能只能拿来做那些24小时持续不停的反复做功，却没法提供那些时而需要出力、时而需要停机的灵活作业——就好像一个蓄热炉的钢水包，要用水力能来控制钢水包倾倒钢水到模具内连铸或者匀速倒进水力轧机里，就根本不可能做到。
这些要灵活控制的作业环节，或许到钱惟昱统一天下那一天为止，都只能通过人力实施。他在某些方面步子迈的太大，终究被短板给扯着了蛋——比如人力的极限，就让炼钢炉只能保持在一炉四千斤的最大极限了。
第314章 板甲
湖州钢铁厂的位置只是处在西苕溪边，水流毕竟不够湍急，估摸着用这里的水车带动、木质结构传动的锻机和轧机，充其量也就只能形成二三十吨的锻压压力，要想加工大厚度、致密的钢材还是有些力不从心。
锻造和轧击时钢料本身的温度不能低于八九百度，太冷的话钢材变硬，区区几十吨的分量就无法一次性轧制或者锻压成型了。同时钢板的厚度也不能太厚，估摸着最多就只能热处理最多一寸厚的材料。如果再厚，那就只能进一步抬高锻造时钢料的温度，这样不仅对于锻造锤头本身的损耗加重很明显，也会导致材料在热锻情况下应力释放的不充分，机械抗拉、抗扭矩强度不如冷锻出来的材料。
后世为什么会有那么多国家要弄万吨水压机？为啥法国人的空客弄出a380客机后，主起落架还要拿到毛熊国那里请毛熊国用八万吨的模锻机锻压出来？其实就是因为钢材本身的合金配方越强韧、对应力释放的需求越高、厚度越大，就需要用越重型的锻压机来成型锻造。在数十吨的分量下，只能把高温软热的薄铁板压制变形；而在几万吨的液压下，哪怕是一整坨的合金钢钢坯，都能像捏橡皮泥一样在区区200度的低温下冷锻变形。
只能进行应力特性不尽如人意的热锻造，而且还只能加工一寸厚以下的薄料。如此的技术特性，让钱惟昱在为吴越国军器监的锻钢车间寻找第一种适合一体成型的实验对象时，着实费了一番脑子。直到这里正式开工前，钱惟昱才选定了第一个目标：可以用这种机械，进行整块钢质胸甲的锻造。西洋板甲的厚度一般也就几个毫米，在八九百度的温度下屈服强度还是比较弱的，正好适合练手。
……
钢水在半黏稠状态下被倾倒到一个扁平护框划定的容器内，随后跟着底下经过隔热层后放置的脚踏式牛皮传送带一起传动给进——牛皮传送带是紧绷在两个粗糙的木质轮子上的，然后轮轴延伸线上有曲轴踏轮，如同自行车和车轮舸的踏板一样，在需要给水力锻机投料的时候，就会有工匠过来匀速踏动踏轮好让传送带给进红热的钢坯。
水力给进的传送带在这里并不适合，因为这里的传送带只有在蓄热炉的钢水出炉、等待锻造的时候才需要短暂开工，而大部分时间是没必要转动的。水力那种一天十二个时辰源源不断转动的机构用在这里不仅不高效，还只会徒然增加机械结构的磨损。
人力的灵活在这个工段环节显得很适用，但是却需要考虑一个问题：那就是踏轮给进的工匠在踏板的时候是否可以做到足够匀速？如果动作上有时快时慢的问题的话，摊在传送带上的热钢坯就会存在冷却定型过程中厚薄不均的问题。
为了这个事儿，沈默也是从工匠中挑挑拣拣，训练了许久才略微弄出了几个熟练工。而其他不熟练的，就暂时只能拿便宜得多的稀面团练手——换一条专门供练手艺的传送带，只不过上面倾倒的不是钢水而是面糊，传送带下面也有加热的炭火。让手艺不精的工匠通过踏轮传动练习摊面饼的活计，如果那一天摊出来的煎饼果子厚薄很一致了，才有资格上锻造生产线。
据说，在钱惟昱莅临视察之前，长兴钢铁厂的全部工匠们大半个月都没吃到一口米饭，这些江浙稻作文明的汉子，每人每顿都只能啃煎饼果子。在吃了大半个月煎饼果子之后，才敢拿出来给钱惟昱显摆手艺。
厚薄均匀的钢坯逐渐给进，喂入两个限定厚薄的大石磙子底下，再穿出来的时候，便只有非常标准的一分厚度了。石磙子背后是一道闸门一样的切割刀头，是用凸轮机构循环往复绞起…砸落以便把钢料切成一块块长短合适的钢板——到这一步为止，所有的步骤和隔壁湖州钱监铸币厂里轧铜板的工艺是差不多的。只不过钢铁厂里的轧击锤头分量更重、锻造力度更强，同时热锻时产线上的材料温度也更高。
然后，切下来后还未散去红色的钢板被直接丢进一个陶制的凹坑里面放平，上头一个同样铁质的锻造锤头缓缓落下——注意，接触到钢板之后，是缓缓落下，如果靠瞬间冲击力的话，几十吨的分量下去钢板就直接砸断了。锻造的成功，以及锻造出来材料的应力强度，和锻造时的均匀用力有很大的关联。只有绵绵泊泊地持续均匀发力，才能让钢料不会产生金属疲劳。
钱惟昱盯着锤头目不转睛地看着，一分厚的钢板以肉眼可见的速度凹陷下去，最后紧紧贴合在锻锤和锻坑之间的缝隙上，充分延展、释放、冷却。锤头抬起来的时候，一片钛镍钢的弧形胸甲片就算是锻造出来了，整个过程锤头大约需要做功一两分钟之久。
锤头抬起后，很快有工匠走上去，给锤头重新刷一层矿物油，以免下一次锻造时候钢料粘在上面——钢板是铁基的，锻锤本身也是铁基的。如果不刷矿物油的话，那就相当于用一个面团去锤另一个面团，最后的下场只能是两个面团被和面合在一起。
因为整个生产过程必须保持钢料的温度比较稳定，不能冷却过快导致钢料太硬，所以后段少不得再在产线下面加煤炭粉持续烧热保温。所幸热锻只要保持八百度左右的温度，倒也不需要蓄热设施，只是煤炭的消耗着实不是一个小数目。
锻好的钢甲被工匠用火钳取走，然后用手工的大铁锤再略微修一下形状，然后便是退火、回火等热处