第十三章 橡膠、鋼鐵、機床

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朱簡烜的實驗室忙碌起來的第二天,陪同朱簡烜的內監要來了負責專利的工匠。

專利申請的相關事宜也直接開始辦理了。

發明專利的申請時間相對比較長,經常起步就是一年以上。

就算朱簡烜身份特殊,肯定能走最快的流程,估計也得好幾個月的時間。

畢竟需要審查和公示,都是有硬性時間要求的。

有了人員專門負責之後,朱簡烜和其他的工匠也不用專門盯著,各自忙活自己的事情就是了。

接下來的三天,朱簡烜都是帶著工匠們們方案,確定後續的實際實驗方向。

三天之後,幾個小組正式開始分頭行動,忙活各自的任務。

朱簡烜不再時刻盯著他們工作,而是在自己的休息室裡麵繼續書寫知識。

每天傍晚放衙的時候,問一次他們的工作進度。

朱簡烜不會親自去當一個工匠,不會親自去當一個科學家或者工程師。

在絕大部分時候,自己隻會提供方向和設想,這已經足夠了。

除非自己的時間真的非常的寬裕,可能會在無聊的時候,纔會親自主持一些實驗工作。

作為君主應該考慮的事情,是如何為科學研究提供更好的環境,如何將研究成果轉化成收入和戰鬥力。

如何有效的應用自己財富和戰鬥力,為自己的國家提供科研條件和安全係數。

而不是花費大量的時間,把某些特定研究做到極致。

十天之後,三個驗證性質的過濾麵具,以及一組十二個過濾模塊做好了。

成品的樣子有點像一戰時代給軍犬用的防毒麵具。

實驗四組的成員也有了正式的工作,開始用這些過濾麵具做動物實驗。

給三隻羊帶上麵具,和三隻不帶麵具的一起關進密封的房間,在房間裡麵加熱硫酸。

硫酸自然蒸發出的霧氣主要是水蒸氣和少量三氧化硫。

但是隨著溫度升高,時間延長,硫酸的濃度越來越高,硫酸分子也會蒸發,直接飄散到空氣中。

硫酸蒸汽被人吸入後可能會損傷呼吸道。

這時候化學理論還不完善,但是研究酸液的化學工匠已經發現,加熱酸液產生的霧氣能讓他們吐血。

經過幾天的實驗後,冇有帶防護麵罩的山羊身上出現了大家意料之中的情況。

但是帶著麵罩的山羊則基本冇有反應。

工匠們確定這些麵具確實能保護動物,就馬上進入到了人體實驗和應用階段。

不過不是用人去做相同的硫酸蒸發實驗。

而是做了一批給人用的防護麵罩,讓實驗人員帶著麵具去研究天然橡膠的硫化反應。

加熱硫磺和橡膠的危害,比加熱硫酸的影響小多了。

而且這些工匠本身,自己本來就在冇有專門防護的情況下,自行研究過酸液等各種化學材料。

朱簡烜現在先給他們做了確實有用的防護麵具,然後再讓他們去搞硫磺和橡膠。

他們以前可是冇有什麼人會考慮這個的。

在他們看來,這位新老闆是認真考慮了他們的安全問題,這簡直是待下屬如親人了。

況且這還是個老闆還是個身份尊貴的皇子。

五歲就會有這樣的做法,可見不但真的是聰慧絕頂,而且也是真的天性善良。

工匠們乾活的積極性也更高了。

天然橡膠能防水,有彈性,本身絕緣,可以在融化之後製作成各種形狀。

這些特性具有極高的實用價值。

但是天然橡膠有個很大的缺陷,那就是遇熱或在陽光下曝曬後,就會迅速變軟並且發粘。

這導致天然橡膠的用途非常有限,主要用來製作雨具和彈球玩具。

直到後來有人發現,隻要適當的加入硫磺並加熱,就能夠去除天然橡膠遇熱變軟和發粘的缺陷。

也就是硫化橡膠。

於是橡膠的應用範疇迅速擴張了起來。

包括絕緣防水的橡膠手套和衣服以及鞋子、電纜的絕緣外皮、充氣式的輪胎和耐磨的外胎、管道和設備用密封橡膠圈、橡膠和乳膠避孕套等生活和工業用的橡膠製品就很快湧現出來了。

以至於形成了一個市場潛力巨大的新產業。

四組開始折騰橡膠之後,朱簡烜也給二組和三組安排了新的任務。

二組負責摸索提高鋼鐵冶煉效率的方法。

朱簡烜給的方向是鋼鐵聯合冶煉,關鍵是使用蒸汽機預加熱鼓風和吹氣。

大明本來就有高爐鍊鐵技術,崇禎朝以前就有人用焦炭鍊鐵。

現在的鍊鐵技術的主要問題是效率低,成本高。

煉一噸生鐵需要消耗將近十噸煤,熱量利用率可能不到百分之五。

在原有的曆史上,提高高爐效率的方法是鼓風,關鍵是要將常規的冷風改為熱風。

往爐內吹冷風的情況下,相當於一邊加熱一邊降溫,不但非常浪費熱量,還會降低總體的爐溫上限。

隻需要使用爐火烘烤鼓風的管道,加熱被吹入高爐的空氣的溫度,就能迅速降低煤炭消耗。

按照曆史經驗,隻要將吹入的空氣加熱到一百二十度以上,就可以將冶煉每噸生鐵的耗煤量降低一半。

再設計專門的密封加熱爐膛,再新增時刻保持紅熱的鋼鐵格柵,將空氣溫度進一步升高,還能將耗煤量再降低一半。

到了十九世紀末期的時候,冶煉一噸生鐵已經隻需要一噸半煤炭了。

有了初步煉化的生鐵後,還要進一步將生鐵轉化成鋼材,才能更加廣泛的應用於工業生產。

鋼和鐵本質上是相同的材料,兩者在效能上的巨大差距,主要是由含碳量多少導致的。

含碳量最高的生鐵脆而硬,含碳量極低的熟鐵軟而韌。

鋼則介於生鐵和熟鐵之間,同時擁有生鐵的部分硬度,又有熟鐵的部分韌性。

所以鋼材適合製作各種武器和工器具。

瞭解了這樣的基本物質特性差異和原因後,就能想到一個非常簡單粗暴的鍊鋼法了:

繼續向融化的生鐵水中吹氣。

空氣中的氧氣與鐵水中的碳反應,在鐵水本身的高溫作用下燃燒,變成一氧化碳和二氧化碳飛出去。

就能得到一爐鋼水或者熟鐵水了。

所以鋼鐵聯合冶煉的過程中,鍊鋼的環節不需要用燃料加熱,隻需要一個用於反應的容器。

這個容器叫空氣轉爐。

將高爐融化的鐵水直接倒進轉爐,向爐子中吹氣反應後倒入模具,冷卻凝固後就變成鋼錠了。

這個原理其實與炒鋼法是一樣的,可以看作是炒鋼法的工業化方案。

其中最困難的點在於控製吹氣反應時間。

因為反應時間過長,鐵水中的含碳量過低,得到的就不是鋼了,而是柔軟的熟鐵。

三組的新任務,首先是參考現有的軍用大型水力鏜床,製造以蒸汽機驅動的同類大型軍用鏜床。

設計用於生產槍管的小型機床,以及相對通用化的工業機床。

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