第十三章 橡膠、鋼鐵、機床

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面繼續書寫知識。

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，自己只會提供方向和設想，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，才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面具，以及一組十二個過濾模組做好了。

成品的樣子有點像一戰時代給軍犬用的防毒面具。

實驗四組的成員也有了正式的工作，開始用這些過濾面具做動物實驗。

給三隻羊帶上面具，和三隻不帶面具的一起關進密封的房間，在房間裡面加熱硫酸。

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，沒有帶防護面罩的山羊身上出現了大家意料之中的情況。

但是帶著面罩的山羊則基本沒有反應。

工匠們確定這些面具確實能保護動物，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面罩，讓實驗人員帶著面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，自己本來就在沒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面具，然後再讓他們去搞硫磺和橡膠。

他們以前可是沒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。

工匠們幹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，只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、管道和裝置用密封橡膠圈、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。

在原有的歷史上，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。

只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。

按照歷史經驗，只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，冶煉一噸生鐵已經只需要一噸半煤炭了。

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，只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制吹氣反應時間。

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。