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李曜将铁坊诸事分配妥当,便带了憨娃儿到他单独划分出来的一进院子。这进院子从布局上来说,坐落在整个铁坊的最东面。占地不算小,横竖四十丈,除中间的天井外,还有两大一小三间房。小房是李曜的书房,等同于办公室加休息室,两间大房是坩炉房和淬炼房,相当于李曜的实验室。
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这一进院子,算得上麻雀虽小,五脏俱全了。
李曜走到书房门口,脱了鞋进去,从衣袖里取出几卷麻纸放到书案上,回头看憨娃儿还站在门外,不禁奇道:“杵在那儿作甚?进来坐下吧。”然后自己先坐了下来。
憨娃儿愣了愣:“曜少爷,小的就站在门口好了……”
“憨娃儿,你以后别自称什么小的小的,随意一点,等过段时候得了空,我还要你教我骑术,算起来,你还得当我老师呢……”李曜半开玩笑地说道。
“可当不得!”憨娃儿吓了一大跳,连连摆手:“曜少爷要跟小……啊,要跟俺学骑术,那是看得起俺,哪里敢叫老师?万莫折了寿去。俺是蠢人,吃得又多,马圈用不了俺,田庄也不要俺,只有曜少爷见俺可怜,收俺做个帮闲,俺虽然蠢,也知道曜少爷对俺好……”
“诶诶诶,好了好了,打住了吧。哪有自己说自己蠢的?别啰嗦了,进来坐着,外头那风,吹得骨头都僵了,你站在门口方便挺尸么?”李曜又好气又好笑,虽然知道这年代人的等级观念很强,但他自己身上穿着羊皮氅子都觉得寒气刺骨,何况憨娃儿只穿着粗布袄,这样站在外面不动,怎么受得了?
憨娃儿拗不过他,只得也脱了鞋进来,远远地找个下坐了。李曜瞪了他一眼:“坐那么远干甚,过来给我研墨……咦,这纸怎么这么差劲?”原来他一边说,一边拿起书案上的纸摊开,却现那纸居然是脆的,轻轻一折,竟然裂了。
憨娃儿刚爬到前面来坐定,正要研墨,见李曜惊奇,也惊奇起来:“这竹纸本就是如此,曜少爷写了这么多年……”
“哦……”李曜干咳一声:“我是说,这次的竹纸,似乎是次品,嗯,次品。”他一边遮掩过去,一边心里纳闷:“竹纸不是应该洁白柔软、浸润保墨、纤维细腻、绵韧平整,乃是上好的画纸么?怎的这竹纸又黄又脆,轻轻折一下都能裂开?啊,是了,唐朝时最好的纸张似乎是麻纸,譬如封侯拜相,就称之为‘宣麻’,朝廷的诏令、章奏等各种文书均用白麻纸;抚慰军旅,则用黄麻纸。至于竹纸,虽然是唐代的一项重要明,但可能是如今技术还不成熟,一般只用来做读书人日常练习之用,难怪我这‘办公室’里全是这种货色,庶子悲催啊。”
他转念又一想:“记得《天工开物》里的竹纸,乃是以手工舀纸术制作。从选料到成纸共有15个环节、72道工序,用料讲究,生产工艺复杂。特别是‘操纸’一道环节,操纸师傅每一细小的动作都可影响纸质的成败,技艺高的师傅连操数百张纸,其纤维排列、纸张厚薄、沁润度、抗拉能力等完全一致。看来这竹纸就算展起来,也是个高精尖的活计,就凭我在《天工开物》里看过的那些东西,只怕也不足以改进竹纸制造工艺,支撑大规模生产……不能大规模生产的货,是没有搞头的,就不要浪费时间精力了,还是先搞定钢铁的问题才是正理。眼下乱世即将来临,除了人口之外,最重要的就是粮食和钢铁。杂交水稻咱是玩不转的,又没有本事去南美找土豆回来种,也就只好在钢铁上下点功夫,想来日后以此为凭,亦当不愁混个平安富贵,一世逍遥。”
憨娃儿这时已经把墨研开,李曜却实在受不了这竹纸的品质,他要写的东西,是要留存一段时间的,用这种折都不能折的纸,实在靠不住,便问道:“铁坊这儿,可还有麻纸?”
憨娃儿想了想,道:“文书案牍是徐三管事打理的,也许他那儿会有。”
李曜便道:“那好,你去找徐管事,就说我要些麻纸。”
憨娃儿立即应了,起身去找徐文溥。李曜则摊开自己带来的那一卷麻纸,看着昨天写下的一些构想,嘴里嘀咕:“是一步到位直接改进到苏钢法好呢,还是一步步来好?这个时代的人们对于灌钢法,至少从老爹的态度来看,是相当自信的,若是我写一个《灌钢法》,把灌钢法的不足全部举出来,不知道别人看了会是什么反应?……然后我就指出需要改进的地方,技术这种事,乃是硬道理,只要一试就知道我所言不虚,到时候他们自然只能服膺。”
憨娃儿来得甚快,李曜刚有个思路,他便已经拿了一小叠麻纸过来,说徐三管事那里的麻纸也不多,这次拿了二十幅,够徐管事心疼的了。李曜不是不知道这年头上等好纸价格昂贵,但区区二十张纸就让徐文溥心疼,仍是出乎他的意料之外。不过现在不是追究这个的时候,他也就只是笑笑,并未再提。
提起笔来,蘸了蘸墨,李曜便在第一张麻纸最右侧写道:“灌钢法之论。”
憨娃儿不识字,这时却也说了一句:“曜少爷,你的字写得越好看了。”
李曜面色如常,淡然一笑,心里却是颇为自得:“那是当然,想哥当年练毛笔字,废报纸写了起码上百斤啊!这等‘财大气粗’岂是这个年代寻常人等能比的?这年头除非极爱书法的皇亲贵戚,不把钱当钱一般买麻纸练字,才能跟哥比啊。这就是差距,这年头有时候皇帝高兴了,赐文臣麻纸百幅,这赏赐就已经算不轻了。可哥当年买废报纸,那可是论斤不论两的,两毛钱一斤,二十块钱就是一百斤了,够练两三年……”
不得不说,李行云儿时看他那“臭老九”祖父写下的炼钢笔记还是很有用的,作为新中国第一批大学生,李行云的祖父治学严谨,哪怕只是炼土钢,其一应考据也十分充分,李曜虽然偶有遗忘,但大体还是记得个七七八八。
据那炼钢笔记中的说法,最早的灌钢技术记载是王粲的《刀铭》:“灌襞已数、质象已呈。”西晋张协《七命》中也说:“乃炼乃烁,万辟千灌。”而比较具体的是《北史》卷九十(有的作卷八十九,不知何故)《列传第七十七艺术上》所载:“怀文造宿铁刀,其法,烧生铁精以重柔铤,数宿则成刚。以柔铁为刀脊,浴以五牲之溺,淬以五牲之脂,斩甲过三十札。今襄国冶家所铸宿柔铤,是其遗法,作刀犹甚快利,但不能顿截三十札也。”
从这里看不出的具体技术过程,但有三点是可以明确的:一、綦毋怀文的“宿铁刀”是用生熟铁杂合制钢锻造的,要点是加热铸铁直至熔化,设法使之渗入熟铁中,这种钢需要几天几夜才能炼成,看来技术比较复杂,耗费工时较多;二、綦毋怀文在中国历史上第一次提出了以熟铁为本体,以钢为刃的正确焊接原则;三、綦毋怀文尝试过不同的淬火液。
綦毋怀文的成就具有重要的、甚至可以说是决定性的意义。第一、他明了一种相对简易的炼钢方法,这就给了铸造铁器以沉重打击。中国从青铜时代开始,就严重缺乏锻造和热处理经验,无法像其他大文明一样直接走表面渗碳制钢的道路。而灌钢法使中国人得以绕开这条艰难之路,按照后来宋朝时期的灌钢法,锻造铁体钢刃农用工具是比较容易的(相对表面渗碳而言),从南北朝开始,锻造铁器开始逐渐排挤铸造铁器;第二、焊接技术也从此普及,这就为更加优质的兵器和农工具的出现开辟了广阔的道路。像早期百炼钢刀那样脆的兵器从此不再出现,而局部淬火的重要性也下降了(淬火对熟铁影响不大)。所以说綦毋怀文不愧为中国冶金史上的杰出人物。
据《重修政和经史证类备用本草》卷四《玉石部》引用的陶弘景的话说:“钢铁是杂炼生鍒作刀镰者。”可能南北朝时已经把灌钢作为一种普遍运用的制钢法了。至于它的明时代,估计是在东汉末年。
南北朝之后,灌钢法不断展,逐渐成为这一时期甚至是此后整个中国古代最重要的炼钢法,然而它也逐渐走向了它的反面,从帮助锻造铁器打败铸造铁器,到阻碍锻造技术在中国的展。李行云的祖父在笔记中思考和论述过,灌钢生这种转变的原因到底是什么?
沈括的《梦溪笔谈》是最早详细介绍灌钢法的古书,有关的卷三《辩证一》内容如下:“世间锻铁所谓钢铁者,用柔铁屈盘之,乃以生铁陷其间,泥封炼之,锻令相入,谓之‘团钢’,亦谓之‘灌钢’。此乃伪钢耳,暂假生铁以为坚,二三炼则生铁自熟,仍是柔铁。然而天下莫以为非者,盖未识真钢耳。”这里比较清楚的说明了宋代灌钢的一般工序。
虽然沈括记载的是宋代灌钢技术,但据李曜所知,现在大部分的铁坊也都是这么做的,具体就是把熟铁条卷成螺旋状,然后把生铁片塞入螺旋之间的空隙中。然后用泥封住炉灶,或者是封住铁团本身,开始燃烧加温,直到12oo摄氏度以上,生铁熔化,由于泥封,生铁不会因氧化脱碳,而是变成铁水流入熟铁之间,然后冷却取出铁团锻打,就宣告炼制成功。而代州李家的李记铁坊所采用的办法略有不同,主要实在前面几道工序有区别,李记铁坊是将熟铁锻成细条,然后盘成一团(大概类似蚊香),然后把生铁片置于熟铁“蚊香”之上,后面的部分都一样。
这两种办法听起来这是不错的办法,技术简单,成本低,而炼出来的是钢。然而李曜清楚,有两个问题不能忽视:一、铁水本身,不是好的渗碳剂。除了中国的灌钢和欧洲曾短暂尝试的弥散法之外,古今都没有采用生熟铁杂合炼钢法的,尤其现代炼钢业无一采用这种方法,这就很能证明问题了。
铁水是一种粘稠的液体,这种特性使碳分和其它杂质较多的留在它内部(不要忘记灌钢时铁团已经被泥封起来了,氧化现象是比较少的)而较少扩散出去。通俗的说,让铁水熔化渗入熟铁,使它渗碳,就好像把白糖洒在白饭上面,然后放入锅里蒸,指望它从内到外变得一样甜那么困难(相信这里的人都有些生活经验)。绝大多数情况下,只能使碳分渗入熟铁较浅部位,而冷却后的铁水,成为钢中的高碳部分。也就是说,灌钢的特点就是含碳量不均匀;二、更简单的问题,地球重力。铁水熔化后会向下流,冷却后造成钢坯下部含碳量较高而上部含碳量较低——仍是含碳量不均匀。
解决这个问题的方法有二:一是重复这一过程。早期灌钢耗费工时较多,就跟反复灌有关。然而,灌成钢团之后,它的塑性会变得很差,比如沈括所说把熟铁锻成细条,卷曲起来,这要是对钢进行就要困难得多,甚至于不可行。而只灌一次的钢,显然是因为碳分不均匀的问题而被看不起的。虽然问题不少,但时下统一的灌钢法就是这么解决含碳量不均的问题的,李记铁坊也不例外。
但是李曜知道两种改良改进灌钢法的办法。历史上是在明朝出现的。
一种是方以智《物理小识》卷七《金石类》所说:“灌钢以熟片加生铁,用破草鞋盖之,泥涂其下,火力熔渗,取锻再三。”这里主要强调要多次灌、锻。也可以看出明代炼钢炉并不封闭炉口,这样便于氧气进入而提高温度。需要封闭的只是铁团本身。
而李曜曾经熟读的《天工开物》,在卷十四《五金》中介绍了进步的灌法:“凡钢铁炼法,用熟铁打成薄片,如指头阔,长寸半许,以铁片束包尖紧,生铁安置其土上(广南生铁名堕子生钢者妙甚),又用破草履盖其上(粘带泥土者,故不化),泥涂其底下。洪炉鼓鞴,火力到时,生钢先化,渗淋熟铁之中,两情投合。取出加锤,再炼再锤,不一而足。俗名团钢,亦曰灌钢者是也。”(本段以上括号内是宋应星本人的注释)这种技术的重点是:一、熟铁片不再打细,因为比较疏松的熟铁有助于碳分渗入;二、明确生铁置于熟铁之上,这样可以比较好的利用重力使铁水渗入熟铁之间;三、仍强调要多次灌、锻。因为产品不再需要打细卷曲,所以可以多次重复灌钢。
这种技术的问题是:一、一厘米多厚的熟铁片,看来是没有经过多次锻打的,这样的铁片比较疏松,好处是对渗碳有利,坏处是铁中杂质没有除尽,这就需要对炼成的钢认真锻打,对体力和经验的要求较高;二、长5厘米,厚一厘米的铁片,基本上是不可能渗碳完全的,何况渗碳剂是铁水;三、铁片钳紧熟铁,究竟“紧”到什么程度?如果太紧,铁水难以进入熟铁之间的缝隙,进一步加重渗碳不完全的毛病;四、地球重力造成的成品上下部含碳量不一致问题依然没有得到解决。因此需要一个终极解决办法,而这个办法实际上就是苏钢法。
不过李曜把他的《灌钢法之论》写到此处之时,忽然意识到应该适而可止。这既是给工匠们一个适应新技术的时间,也是给自己留点货,毕竟这个家现在可不是他李五郎做主,可别白白给别人做了嫁衣裳。再说,只要自己用这个改进在一定程度上解决了渗碳不均的问题,那对于眼下铁坊铁器质量的提升也是相当明显的,这个功劳已经足够大了。
搁笔,抬头。
李曜便看见憨娃儿早已恹恹欲睡,眼皮打架,不禁笑道:“憨娃儿,怎么,昨晚没睡好?”
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