所謂反射爐,就是將燃燒室和熔煉室分隔開來,利用爐子帶弧度的穹頂結(jié)構(gòu)將燃燒室中高溫的火焰和制熱空氣導(dǎo)入熔煉室內(nèi),實(shí)現(xiàn)加工料和燃料的分離,避免燃料對(duì)加工料的污染。
早期人們因?yàn)閷?duì)鐵的精煉需求,而發(fā)明了這種爐子。
反射爐這種穿越必備的東西,網(wǎng)絡(luò)寫手的資料中自然不會(huì)沒有。
陳憲將反射爐的熔煉室設(shè)計(jì)成了一個(gè)傾斜的槽狀,銅錢被放入斜槽的上端,受到反射火焰加熱后,銅錢中的錫、鉛會(huì)先溶解,并順著斜槽流淌到斜槽下方的出口處。
經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的控煅燒后,銅錢中的錫、鉛大部分分離后,剩下的銅會(huì)被進(jìn)一步的精煉。
銅的火法精煉,是利用銅中大部分雜質(zhì)對(duì)氧的親和力大于銅,并且生成的氧化物不溶于銅的原理。
比較原始的銅精煉法,就是用反射爐將銅料溶解,鼓入空氣讓銅料和其中的雜質(zhì)氧化,銅氧化后形成的氧化銅會(huì)溶解在銅液中,而雜質(zhì)形成的氧化物則不溶于銅液,形成了爐渣。
清除爐渣后,在銅液中倒入重油,或者插入青木,對(duì)氧化銅進(jìn)行還原,還原過程中,為了防止銅再次被氧化,還要在銅液表面鋪上一層碳,來阻止氧化反應(yīng)。
陳憲修建了更大的反射爐,安裝了更多,更大的風(fēng)箱,順利的將銅溶解成了液態(tài)。
等到銅溶解后,又從側(cè)面直接對(duì)熔煉室鼓入加熱過的空氣,加強(qiáng)銅液的氧化反應(yīng),同時(shí)從熔煉室側(cè)面專門留出的操作門中,伸入熟鐵絲編織的罩濾,不住的將漂浮在銅液表面的氧化物爐渣撈出。
經(jīng)過一段時(shí)間的精煉后,等到銅液表面不在出渣的時(shí)候,停住爐子中的火頭,打開操作門,往銅液表面撒入碳粉,將通液表面覆蓋。
按理來說,重油是更好的還原劑,但陳憲哪里來的重油,他便讓人將青木插入銅溶液中,充當(dāng)還原劑。
事實(shí)證明,個(gè)方法還算靠的,精煉出的紅銅非常漂亮。
熔煉銅幣得到的錫鉛合金,陳憲按照資料中記載的結(jié)晶法嘗試將其分離。
所謂結(jié)晶法,就是指,錫鉛合金的溶液在溫度降低的過程中,會(huì)先結(jié)晶析出錫,利用這個(gè)原理,就能將鉛錫溶液反復(fù)加熱冷卻,撈取純度更高的錫晶體。
這個(gè)方法相當(dāng)?shù)馁M(fèi)時(shí)費(fèi)力,需要反反復(fù)復(fù)的多次結(jié)晶,才能得到高純度的錫,不過好在錫和鉛的熔點(diǎn)不高,加工相對(duì)容易,陳憲對(duì)錫的用量也不大。
資料中還記載了如何檢驗(yàn)錫中還有沒有大量鉛的辦法。
錫容易和強(qiáng)堿反應(yīng),生成錫酸,而鉛不會(huì)和強(qiáng)堿反應(yīng),陳憲手里剛好有氫氧化鉀這種強(qiáng)堿。
利用這個(gè)化學(xué)原理,陳憲取少量的提純過的錫,和強(qiáng)堿混合,觀察最后是否剩下鉛。
通過對(duì)比,陳憲就能分辨出提純是否有效,根據(jù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,他就能判斷出撈取錫結(jié)晶的時(shí)機(jī),從而給未來的量產(chǎn)制定詳細(xì)的工藝指導(dǎo)。
在除去鉛的過程中,錫鉛合金要先在反射爐中進(jìn)行熔煉,陳憲乘著這個(gè)機(jī)會(huì),讓人用細(xì)鐵絲編制的濾網(wǎng)將溶液中的灰渣和硬塊撈取。
這些灰渣和硬塊就是鐵和砷之類的雜質(zhì),這是利用錫鉛遠(yuǎn)比鐵等雜質(zhì)熔點(diǎn)低的多的特性來去除這兩種雜質(zhì),這種方法在現(xiàn)代工業(yè)中叫做熔析法。
經(jīng)過這兩步精煉,錫的純度已經(jīng)足夠高了,陳憲開始按照炮銅的比例將銅錫兩種金屬熔煉成青銅合金。
因?yàn)闆]有鋅,陳憲就先按照銅9錫1的比例來熔煉。
鑄造炮的時(shí)候,陳憲并沒有采取翻砂法,而是直接嘗試鐵模鑄造。
鐵模的好處是可以反復(fù)使用,效率更高,不用怕砂模中的水分高熱之下迅速蒸發(fā),而在炮體中造成氣孔。
不過,使用鐵模鑄造,會(huì)讓鑄造體的溫度降低更快,內(nèi)部應(yīng)力更大,更容易出現(xiàn)殘次品。
不過,前面說過,青銅因?yàn)轫g性和延展性都很好,本身就能很好的吸收應(yīng)力,所以這種缺點(diǎn)對(duì)鑄銅影響不大,但如果用這種方法鑄造鐵炮,那就會(huì)造成鑄造的次品率更高,造出的鐵炮質(zhì)量更差。
在安裝模具時(shí),陳憲采取了豎直的姿態(tài),并且讓大炮的尾端朝下,層層澆筑,這樣鑄造出來的大炮即使有氣孔,也會(huì)因?yàn)楦×Γ容^容易出現(xiàn)在炮口一端,從而更好的保證了更重要大炮后端的質(zhì)量。
實(shí)驗(yàn)表明,鐵模雖說對(duì)銅炮影響不大,但并不代表沒有影響,通過鐵模和砂模兩種方法鑄造出的銅炮進(jìn)行對(duì)比,陳憲發(fā)現(xiàn),鐵模鑄出的銅炮變形更加明顯。
為了消除影響,陳憲采取了預(yù)熱法,他將鐵模安裝在一個(gè)鐵箱子里,在鑄造前往鐵箱里灌滿加熱過的滾燙的沙子,等到沙子將鐵模預(yù)熱后,在向模具里灌入青銅液。
經(jīng)過預(yù)熱后,鑄造出的銅炮變形明顯小了很多。
陳憲以一磅的小炮作為測(cè)試素材,反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn),最終他測(cè)試出,在沒有鋅的情況下,采取銅89%,錫11%的比例的合金最適宜。
為了提升大炮的質(zhì)量,陳憲將給火槍鉆孔的鉆床進(jìn)行放大,制造出了專門給大炮鏜孔的鏜床。
這臺(tái)鏜床的外形和給火槍槍管鉆孔的鉆機(jī)差不多,運(yùn)行原理也基本相似,唯一不同的是,帶動(dòng)這臺(tái)鏜床的不在是人力,而是水輪機(jī)。
經(jīng)過鏜孔后,銅炮的內(nèi)壁更加光滑,尺寸精度更高,炮管內(nèi)的尺寸精度高,炮彈的配合精度就能相應(yīng)提高,炮彈和炮管縫隙中的游隙越小,炮彈的精度和威力也就越大。
除了精度威力,對(duì)于火炮來說,最重要的恐怕就要屬炮車了,沒有炮車,笨重的大炮就只能作為守城工具,有了能拉著大炮到處跑的靈活炮車,大炮才能成為戰(zhàn)場(chǎng)上的王者。
陳憲自然不會(huì)忘記炮車的設(shè)計(jì)制造,從下定決心要制造大炮的那一刻起,陳憲就已經(jīng)開始考慮炮車的設(shè)計(jì)方案。
陳憲要思考的并不是發(fā)明一個(gè)新的炮車,而是如何將網(wǎng)絡(luò)寫手資料中那臺(tái)拿破侖炮的照片中的炮車給復(fù)原出來。
陳憲此時(shí)的工業(yè)積累自然是不能和拿破侖時(shí)代相比,所以他也造不出那種精致的輕便炮車。
陳憲柑橘現(xiàn)有的條件和工藝水平,炮車車體的主干采用木結(jié)構(gòu),一些易損的結(jié)構(gòu)件采取鐵件,有鑄有鍛,車輪輪轂采用木結(jié)構(gòu)外包鐵板,輻條采用鍛造的鐵條……
陳憲本來想采用更先進(jìn)的絲杠來調(diào)整大炮仰角,但經(jīng)過嘗試后他發(fā)現(xiàn),自己雖然能制造絲杠,但限于刀具的強(qiáng)度,生產(chǎn)的絲杠強(qiáng)度不夠,絲杠強(qiáng)度不夠,在大炮發(fā)射的強(qiáng)大反作用力之下,強(qiáng)度不夠的絲杠一炮下來就不能用了。
陳憲只能回頭再考慮用楔子來調(diào)整射角。
……
就在陳憲一心一意的造炮試車的時(shí)候,一場(chǎng)危機(jī)正向他逼來!