第十三章 橡膠、鋼鐵、機床
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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。
