第一百零五章 水之力
三台河畔，新落成的巴州军器监分部正在运行，许多工匠四处忙碌着，监内分成几个区域，而最引人注目的是两座炼铁炉。 炼铁炉已经运行了一段日子，今日巴州刺史宇文温亲临现场，视察这两座凝聚了工匠们心血的炼铁炉，军器监的吏员们担心现场危险，一个劲的劝上官远离，不过宇文温并不在意。 旧的城中军器监炼铁炉暂且不说，这新的炼铁炉和军器监分部他让杨济参与了规划，安全程度可要比原先的高很多，即便是炼铁炉漏铁水也是往三台河里流。 “工匠和杂役们的住所都安排好了么？”宇文温问道，因为这里位于城北郊三台河边，距离西阳城有些距离，为了方便工匠、杂役做事，附带建有住所让他们居住。 “回使君，房间还有多的呢。”工部中士答道，工部中士负责管理百工，为正二命。 “上次出的铁如何？能用么？”他问道，跟在一旁的冶工下士汇报说出铁顺利，而冶工下士还有铸工下士相继作了汇报，说炼出的铁已经可以打造农具。 下士，是周国官制中最低一阶，为正一命，虽然卑微但却是个官，俸禄一百二十五石，还有中士，为正二命，俸禄二百五十石，不过巴州监这种小州军器监，除了工部为中士外，只有低阶的下士。 “这样便好，百姓们即将开荒农垦，急需铁制工具。”宇文温满意的点点头，工欲善其事必先利其器，为了“利其器”他也是绞尽脑汁。 耕和战，都需要一个重要的东西：铁。耕田种地需要铁制工具，例如锄头、铲子、镰刀、铡刀以及正在推广的曲辕犁，而作战就更不用说了。 刀具、矛头、枪头、箭镞、铠甲、头盔，还有马镫等各式各样的辅助工具以及材料，这都离不开铁，巴州本不产铁矿，所以军器监是靠别州供应铁矿或者铁料进行再加工。 炼铁是大头，为了炼铁就需要高温，要高温就得火烧得旺，那么如何让火烧得旺就是关键，首先是燃料要充足，其次是要鼓风。 炼铁炉需要大量鼓风，让火烧得更旺，也就是让炉温更高，这样才能有效的炼铁，常见的炼铁炉鼓风是用皮囊，又叫做‘橐’，皮囊风量较小要多个一起使用，一座炼铁炉要用上许多个皮囊。 许多皮囊共同给炼铁炉鼓风，一般是排在一起又叫“排囊”，可即便如此鼓风效果不怎么样，所以宇文温让人制作了木制风箱。 木制风箱可以做得很大，容量大那么一次性鼓风的风量就大，来回不停的鼓风那么就能保证炉火旺盛，不过这样一来就有个问题：往返推拉风箱很累。 军器监不缺壮汉，可拉风箱是很累人的事情，炼铁炉一点火可就要烧上许久，拉风箱就得让壮汉们轮流来，最开始省力的解决方式是绞盘。 宇文温设计了一个绞盘，杂役们如同拉磨的驴转动绞盘，绞盘上的曲轴转动，带动推杆往返推拉风箱，这样一来能省许多力。 但还得要人推着转，这依旧占用了人力，待得三台河南岸河堤稳固后，宇文温便耗资在南岸建了新的炼铁炉，最大的目的就是利用水力，其中一个就是用水力推动风箱。 人力推动的风箱叫人排，水力推动的风箱叫做水排，严格来说水力鼓风不算是宇文温的‘发明’，早在汉时据说就已经出现了。 水轮被水推动，而转动的水轮又推动曲柄，曲柄转动让连杆往复运动，这样就能利用水力推拉风箱。 用的是水轮不是水车，这一点很重要，虽然都是用水力推动的轮子，但是有着实质性的区别：水车是浸没在河水里的，可是水轮不是。 水轮可以离开水面，比它还高的高架水渠流出水来，利用落差直接带动水轮，这样的水轮效率是下沉式水轮的数倍，即便是很少的水量也能推动巨大的机械装置。 河水水位会因为季节有明显变化，同时波动较大的还有流速，光是靠着传统水车根本就不能提供稳定动力，所以必须使用水轮。 三台河边没有高山，高架水槽要引水有些难度，所以采取的是水箱蓄水的办法，数个水车将水打到一个个高耸的木制水箱上，用水箱出水推动下方的水轮。 出水量可以人工控制，足够的蓄水水箱能够保证水轮不停的转动，所以鼓风装置能够稳定的运行。 鼓风的装置有了，接下来又是一项改进：鼓风预热。 水排向炼铁炉鼓风，鼓进去的空气是常温，而炼铁炉内炉温上千度，“冰冷”的空气鼓进来需要消耗大量的热量来升温，这样会影响炉温的稳定，所以最好是要把鼓进来的空气预热。 有鉴于此，宇文温在炼铁炉和水排之间设计了预热窑，当然他只负责提出构想，具体由工匠们实施，经验丰富的工匠们一点就透，预热窑很快成型，试验过后正式投入使用。 预热窑里烧的是木炭，当然炼铁炉里烧的也是木炭，木炭燃烧能提供的温度有限，若是要炼钢稍显不足，宇文温知道用焦炭来炼铁、炼钢是首选。 焦炭的热值很高，是将煤隔绝空气干馏而得，类似于木材隔绝空气干馏得到木炭，可要炼焦就得有煤，煤被世人称为石炭，但这个时代的煤开采量很低，还没有被大规模使用。 山南各州地界都没多少现成的煤矿，正所谓巧妇难为无米之炊，宇文温只能是按着老办法用木炭炼铁，至于能不能炼出钢，那就真是得看脸了。 幸亏江北地界不缺木材，别的不说，巴水就是发源于大别山脉，砍下的木材用船运出来，用炭窑制炭后就运到炼铁炉这里。 接下来就是最重要的原料：铁矿，亦或是生铁。因为巴州没有铁矿，军器监用的是“来料加工”，不过宇文温却找到了新的矿源：河沙选铁。 铁就是巴水边的河沙选铁，选出来的铁砂积攒起来，巴水边选铁场旁年初建有一座炼铁炉，如今宇文温已将其关闭，统一集中到这里三台河新址炼铁。 虽然选铁场远了些，不过有水利之便倒没什么，用船装着铁砂从巴水入三台河，溯水而上运到这炼铁炉边也很方便，唯一不足的就是铁砂炼出来的铁质量还不行。 从河沙里选出来的铁砂，也不知道具体成分如何，炼出来的铁料较脆，拿来打造刀具是别想了，甚至一开始拿来做铁犁都是银样镴枪头，中看不中用。 还好可以拿来做箭镞，不但解决了弓箭手的需求，还腾出宝贵的铁料去打造刀具、铠甲甲叶还有农具，不过宇文温不死心，依旧让铁匠们研究如何利用巴水中的铁砂。 回忆起那几乎忘得差不多的化学知识，宇文温知道练出来的铁发脆大约是含硫量高。 据说中原的铁矿含硫量都不低，以至于近代以前炼出来的铁器偏脆，他不是冶金专业所以不太清楚这说法对不对，但是含硫量高确实是铁变脆的元凶。 从河沙里选出来的铁砂，里面的硫含量有多少不可能知道，巴州监的铁匠炼其它铁矿石能成功炼出好铁，炼铁砂出来的铁不行，说明得针对性的改进炼铁工艺。 改工艺得慢慢摸索研究，那就要花上不知道多少时间，但另选铁矿源是不可能的，自己选的矿源跪着都要炼出好铁，宇文温还是绞尽脑汁回想所学知识，然后一拍脑袋说有了。 有硫是吧，这玩意应该是酸性物质，那就酸碱中和，这倒不是宇文温乱来，他收集信息写东西时有看过炼钢铁脱硫的资料，虽然只知道皮毛，但也记得石灰石就是炼铁时用来脱硫的东西。 至于下料时配比如何，他是不记得的，还是用老办法：慢慢试，直到试出来为止。反正就是烧钱，让工匠们一次次的试。 烧钱烧了几个月，好歹在秋收前炼出能打造镰刀的铁料，而不久后投产的这两座新炼铁炉，前不久出的铁料也保持了‘较高’水准，能用来打造锄头、铲子和曲辕犁。 虽然出铁的产量还不是更高，但也解了燃眉之急，原先的铁矿石是从黄州弄过来的，质量好可需要的州郡也多，能用铁砂炼出堪用的铁，至少可以省下份额去打造刀具。 “出铁了！”炼铁炉旁的工匠高声喊道，宇文温和随行人员迎着热浪走近，只见炉膛闸门开启，红彤彤的铁水顺着管道流了出来，早已准备好的铁匠们开始忙碌。 炼出铁来，制成各种工具需要打铁，当然这叫做锻造，如果是将铁水倒入预先准备好的模具，那叫做铸造，无论如何，制作铁制品时打铁是最常见的工序。 将铁块放到炉里烧红，用铁钳钳着放到砧子上，再用手锤或者大铁锤不停的打，就如同搓面团般将铁块打成自己想要的形状。 所以打铁是个力气活，用手锤来打铁的是老师傅，抡大锤的就是有力气的徒弟，即便是数九严寒，在铁匠铺里的工匠们也是挥汗如雨，而抡大锤是最辛苦的。 打铁和拉风箱一样占用许多人力，宇文温自然是要借助水力释放人力，继水力风箱之后，水力锻锤也出现在这新落成的军器监里。 水力锻锤的原理和水力舂米差不多，无非是舂米杵变成铁锤，只是为了保证单位时间里较高的锻锤频率，需要加装齿轮组成的简易变速装置。 一炷香时间内锻锤至少动作两千下，若按一炷香十五分钟左右来换算，那么水力锻锤的打铁频率就是每分钟一百三十多下，虽然还有很大的提升空间，但是比起人力来就是天壤之别。 一分钟挥动大铁锤一百余下，平均每秒至少两次，即便有人几分钟内能做到，但也不可能持久，这就是机械动力的威力。 叮叮当当的打铁声此起彼伏，尺寸不同的几个水力锻锤在运作着，凭借着这些新颖的机械，铁匠们可以更快更好地打造铁具，宇文温饶有趣味的围观几个铁匠打造铁犁，不知不觉间已是满头大汗。 “使君，这里太热了，还是到外边凉快凉快吧。”工部奉上一条毛巾后说道，宇文温闻言点点头，接过毛巾擦着头边走边问： “这么热，工匠们都是满身大汗，饮水有保障么？” “使君，那里几个水缸里就是饮用水，还加了些盐。” “是烧开过的熟水么？”宇文温又问道，他对饮用水的要求很简单也很严格，必须是烧过的水才能喝，一来是卫生，二来是直接饮用河水容易得病。 “正是，烧水的炉子在那边。”工部指向不远处的一个炉子，宇文温看了看随即让人去打了一碗水，喝了几口后确定水有些咸。 铁匠打铁出汗多又是力气活，不光要补水，还得补盐分，对于这种技术类工匠，宇文温可不像别人那般视其为卑微的奴仆。 “做的不错，要一直保持。”宇文温点点头，回顾了热火朝天的铁匠铺，他又提出下一个问题：“东西在哪里？” “使君，请到这边。”工部说完迈开步伐，走在前面带路，宇文温连同其他陪同人员还有随从跟了上去。 今日宇文温亲临军器监分部的另一个目的，就是要看看新打造出来的一个宝物，为了这个东西，他也是烧了不少钱，眼见着即将目睹真容，不由得有些小激动。