第13章 橡胶 钢铁 机床
朱简烜的实验室忙碌起来的第二天，陪同朱简烜的内监要来了负责专利的工匠。
专利申请的相关事宜也直接开始办理了。
发明专利的申请时间相对比较长，经常起步就是一年以上。
就算朱简烜身份特殊，肯定能走最快的流程，估计也得好几个月的时间。
毕竟需要审查和公示，都是有硬性时间要求的。
有了人员专门负责之后，朱简烜和其他的工匠也不用专门盯着，各自忙活自己的事情就是了。
接下来的三天，朱简烜都是带着工匠们们方案，确定后续的实际实验方向。
三天之后，几个小组正式开始分头行动，忙活各自的任务。
朱简烜不再时刻盯着他们工作，而是在自己的休息室里面继续书写知识。
每天傍晚放衙的时候，问一次他们的工作进度。
朱简烜不会亲自去当一个工匠，不会亲自去当一个科学家或者工程师。
在绝大部分时候，自己只会提供方向和设想，这已经足够了。
除非自己的时间真的非常的宽裕，可能会在无聊的时候，才会亲自主持一些实验工作。
作为君主应该考虑的事情，是如何为科学研究提供更好的环境，如何将研究成果转化成收入和战斗力。
如何有效的应用自己财富和战斗力，为自己的国家提供科研条件和安全系数。
而不是费大量的时间，把某些特定研究做到极致。
十天之后，三个验证性质的过滤面具，以及一组十二个过滤模块做好了。
成品的样子有点像一战时代给军犬用的防毒面具。
实验四组的成员也有了正式的工作，开始用这些过滤面具做动物实验。
给三只羊带上面具，和三只不带面具的一起关进密封的房间，在房间里面加热硫酸。
硫酸自然蒸发出的雾气主要是水蒸气和少量三氧化硫。
但是随着温度升高，时间延长，硫酸的浓度越来越高，硫酸分子也会蒸发，直接飘散到空气中。
硫酸蒸汽被人吸入后可能会损伤呼吸道。
这时候化学理论还不完善，但是研究酸液的化学工匠已经发现，加热酸液产生的雾气能让他们吐血。
经过几天的实验后，没有带防护面罩的山羊身上出现了大家意料之中的情况。
但是带着面罩的山羊则基本没有反应。
工匠们确定这些面具确实能保护动物，就马上进入到了人体实验和应用阶段。
不过不是用人去做相同的硫酸蒸发实验。
而是做了一批给人用的防护面罩，让实验人员带着面具去研究天然橡胶的硫化反应。
加热硫磺和橡胶的危害，比加热硫酸的影响小多了。
而且这些工匠本身，自己本来就在没有专门防护的情况下，自行研究过酸液等各种化学材料。
朱简烜现在先给他们做了确实有用的防护面具，然后再让他们去搞硫磺和橡胶。
他们以前可是没有什么人会考虑这个的。
在他们看来，这位新老板是认真考虑了他们的安全问题，这简直是待下属如亲人了。
况且这还是个老板还是个身份尊贵的皇子。
五岁就会有这样的做法，可见不但真的是聪慧绝顶，而且也是真的天性善良。
工匠们干活的积极性也更高了。
天然橡胶能防水，有弹性，本身绝缘，可以在融化之后制作成各种形状。
这些特性具有极高的实用价值。但是天然橡胶有个很大的缺陷，那就是遇热或在阳光下曝晒后，就会迅速变软并且发粘。
这导致天然橡胶的用途非常有限，主要用来制作雨具和弹球玩具。
直到后来有人发现，只要适当的加入硫磺并加热，就能够去除天然橡胶遇热变软和发粘的缺陷。
也就是硫化橡胶。
于是橡胶的应用范畴迅速扩张了起来。
包括绝缘防水的橡胶手套和衣服以及鞋子、电缆的绝缘外皮、充气式的轮胎和耐磨的外胎、管道和设备用密封橡胶圈、橡胶和乳胶避孕套等生活和工业用的橡胶制品就很快涌现出来了。
以至于形成了一个市场潜力巨大的新产业。
四组开始折腾橡胶之后，朱简烜也给二组和三组安排了新的任务。
二组负责摸索提高钢铁冶炼效率的方法。
朱简烜给的方向是钢铁联合冶炼，关键是使用蒸汽机预加热鼓风和吹气。
大明本来就有高炉炼铁技术，崇祯朝以前就有人用焦炭炼铁。
现在的炼铁技术的主要问题是效率低，成本高。
炼一吨生铁需要消耗将近十吨煤，热量利用率可能不到百分之五。
在原有的历史上，提高高炉效率的方法是鼓风，关键是要将常规的冷风改为热风。
往炉内吹冷风的情况下，相当于一边加热一边降温，不但非常浪费热量，还会降低总体的炉温上限。
只需要使用炉火烘烤鼓风的管道，加热被吹入高炉的空气的温度，就能迅速降低煤炭消耗。
按照历史经验，只要将吹入的空气加热到一百二十度以上，就可以将冶炼每吨生铁的耗煤量降低一半。
再设计专门的密封加热炉膛，再添加时刻保持红热的钢铁格栅，将空气温度进一步升高，还能将耗煤量再降低一半。
到了十九世纪末期的时候，冶炼一吨生铁已经只需要一吨半煤炭了。
有了初步炼化的生铁后，还要进一步将生铁转化成钢材，才能更加广泛的应用于工业生产。
钢和铁本质上是相同的材料，两者在性能上的巨大差距，主要是由含碳量多少导致的。
含碳量最高的生铁脆而硬，含碳量极低的熟铁软而韧。
钢则介于生铁和熟铁之间，同时拥有生铁的部分硬度，又有熟铁的部分韧性。
所以钢材适合制作各种武器和工器具。
了解了这样的基本物质特性差异和原因后，就能想到一个非常简单粗暴的炼钢法了：
继续向融化的生铁水中吹气。
空气中的氧气与铁水中的碳反应，在铁水本身的高温作用下燃烧，变成一氧化碳和二氧化碳飞出去。
就能得到一炉钢水或者熟铁水了。
所以钢铁联合冶炼的过程中，炼钢的环节不需要用燃料加热，只需要一个用于反应的容器。
这个容器叫空气转炉。
将高炉融化的铁水直接倒进转炉，向炉子中吹气反应后倒入模具，冷却凝固后就变成钢锭了。
这个原理其实与炒钢法是一样的，可以看作是炒钢法的工业化方案。
其中最困难的点在于控制吹气反应时间。
因为反应时间过长，铁水中的含碳量过低，得到的就不是钢了，而是柔软的熟铁。
三组的新任务，首先是参考现有的军用大型水力镗床，制造以蒸汽机驱动的同类大型军用镗床。
设计用于生产枪管的小型机床，以及相对通用化的工业机床。
(本章完)
朱简烜的实验室忙碌起来的第二天，陪同朱简烜的内监要来了负责专利的工匠。
专利申请的相关事宜也直接开始办理了。
发明专利的申请时间相对比较长，经常起步就是一年以上。
就算朱简烜身份特殊，肯定能走最快的流程，估计也得好几个月的时间。
毕竟需要审查和公示，都是有硬性时间要求的。
有了人员专门负责之后，朱简烜和其他的工匠也不用专门盯着，各自忙活自己的事情就是了。
接下来的三天，朱简烜都是带着工匠们们方案，确定后续的实际实验方向。
三天之后，几个小组正式开始分头行动，忙活各自的任务。
朱简烜不再时刻盯着他们工作，而是在自己的休息室里面继续书写知识。
每天傍晚放衙的时候，问一次他们的工作进度。
朱简烜不会亲自去当一个工匠，不会亲自去当一个科学家或者工程师。
在绝大部分时候，自己只会提供方向和设想，这已经足够了。
除非自己的时间真的非常的宽裕，可能会在无聊的时候，才会亲自主持一些实验工作。
作为君主应该考虑的事情，是如何为科学研究提供更好的环境，如何将研究成果转化成收入和战斗力。
如何有效的应用自己财富和战斗力，为自己的国家提供科研条件和安全系数。
而不是费大量的时间，把某些特定研究做到极致。
十天之后，三个验证性质的过滤面具，以及一组十二个过滤模块做好了。
成品的样子有点像一战时代给军犬用的防毒面具。
实验四组的成员也有了正式的工作，开始用这些过滤面具做动物实验。
给三只羊带上面具，和三只不带面具的一起关进密封的房间，在房间里面加热硫酸。
硫酸自然蒸发出的雾气主要是水蒸气和少量三氧化硫。
但是随着温度升高，时间延长，硫酸的浓度越来越高，硫酸分子也会蒸发，直接飘散到空气中。
硫酸蒸汽被人吸入后可能会损伤呼吸道。
这时候化学理论还不完善，但是研究酸液的化学工匠已经发现，加热酸液产生的雾气能让他们吐血。
经过几天的实验后，没有带防护面罩的山羊身上出现了大家意料之中的情况。
但是带着面罩的山羊则基本没有反应。
工匠们确定这些面具确实能保护动物，就马上进入到了人体实验和应用阶段。
不过不是用人去做相同的硫酸蒸发实验。
而是做了一批给人用的防护面罩，让实验人员带着面具去研究天然橡胶的硫化反应。
加热硫磺和橡胶的危害，比加热硫酸的影响小多了。
而且这些工匠本身，自己本来就在没有专门防护的情况下，自行研究过酸液等各种化学材料。
朱简烜现在先给他们做了确实有用的防护面具，然后再让他们去搞硫磺和橡胶。
他们以前可是没有什么人会考虑这个的。
在他们看来，这位新老板是认真考虑了他们的安全问题，这简直是待下属如亲人了。
况且这还是个老板还是个身份尊贵的皇子。
五岁就会有这样的做法，可见不但真的是聪慧绝顶，而且也是真的天性善良。
工匠们干活的积极性也更高了。
天然橡胶能防水，有弹性，本身绝缘，可以在融化之后制作成各种形状。
这些特性具有极高的实用价值。但是天然橡胶有个很大的缺陷，那就是遇热或在阳光下曝晒后，就会迅速变软并且发粘。
这导致天然橡胶的用途非常有限，主要用来制作雨具和弹球玩具。
直到后来有人发现，只要适当的加入硫磺并加热，就能够去除天然橡胶遇热变软和发粘的缺陷。
也就是硫化橡胶。
于是橡胶的应用范畴迅速扩张了起来。
包括绝缘防水的橡胶手套和衣服以及鞋子、电缆的绝缘外皮、充气式的轮胎和耐磨的外胎、管道和设备用密封橡胶圈、橡胶和乳胶避孕套等生活和工业用的橡胶制品就很快涌现出来了。
以至于形成了一个市场潜力巨大的新产业。
四组开始折腾橡胶之后，朱简烜也给二组和三组安排了新的任务。
二组负责摸索提高钢铁冶炼效率的方法。
朱简烜给的方向是钢铁联合冶炼，关键是使用蒸汽机预加热鼓风和吹气。
大明本来就有高炉炼铁技术，崇祯朝以前就有人用焦炭炼铁。
现在的炼铁技术的主要问题是效率低，成本高。
炼一吨生铁需要消耗将近十吨煤，热量利用率可能不到百分之五。
在原有的历史上，提高高炉效率的方法是鼓风，关键是要将常规的冷风改为热风。
往炉内吹冷风的情况下，相当于一边加热一边降温，不但非常浪费热量，还会降低总体的炉温上限。
只需要使用炉火烘烤鼓风的管道，加热被吹入高炉的空气的温度，就能迅速降低煤炭消耗。
按照历史经验，只要将吹入的空气加热到一百二十度以上，就可以将冶炼每吨生铁的耗煤量降低一半。
再设计专门的密封加热炉膛，再添加时刻保持红热的钢铁格栅，将空气温度进一步升高，还能将耗煤量再降低一半。
到了十九世纪末期的时候，冶炼一吨生铁已经只需要一吨半煤炭了。
有了初步炼化的生铁后，还要进一步将生铁转化成钢材，才能更加广泛的应用于工业生产。
钢和铁本质上是相同的材料，两者在性能上的巨大差距，主要是由含碳量多少导致的。
含碳量最高的生铁脆而硬，含碳量极低的熟铁软而韧。
钢则介于生铁和熟铁之间，同时拥有生铁的部分硬度，又有熟铁的部分韧性。
所以钢材适合制作各种武器和工器具。
了解了这样的基本物质特性差异和原因后，就能想到一个非常简单粗暴的炼钢法了：
继续向融化的生铁水中吹气。
空气中的氧气与铁水中的碳反应，在铁水本身的高温作用下燃烧，变成一氧化碳和二氧化碳飞出去。
就能得到一炉钢水或者熟铁水了。
所以钢铁联合冶炼的过程中，炼钢的环节不需要用燃料加热，只需要一个用于反应的容器。
这个容器叫空气转炉。
将高炉融化的铁水直接倒进转炉，向炉子中吹气反应后倒入模具，冷却凝固后就变成钢锭了。
这个原理其实与炒钢法是一样的，可以看作是炒钢法的工业化方案。
其中最困难的点在于控制吹气反应时间。
因为反应时间过长，铁水中的含碳量过低，得到的就不是钢了，而是柔软的熟铁。
三组的新任务，首先是参考现有的军用大型水力镗床，制造以蒸汽机驱动的同类大型军用镗床。
设计用于生产枪管的小型机床，以及相对通用化的工业机床。
(本章完)