40.炼铁成钢
姜明带着孙皓转了一圈，回到高炉的时候，蒋七也过来了，道：“督军，所有的事情都准备好了，就等你过来点火了。”
蒋七还准备了祭台，准备先祭祀一下铁匠祖宗“老子李耳”，传说铁匠炉就是太上老君流传民间的炼丹炉，因此很多铁匠铺供奉太上老君为祖师爷。姜明不搞封建迷信那套，就让蒋七自己去祭拜了下太上老君。
姜明将火扔进高炉里面，已经预热过的木炭便缓慢燃烧起来。
蒋七手上的小旗一挥：“鼓风”。
铁匠见到队长发令，立刻扳下机括，高炉旁边的两个水闸也打开了，水流沿着引水渠快速流下来，冲击着水车的挡水片，推动水车快速旋转，接水流的动能传递给水车。水车的另一侧装有偏心轮，将旋转运动变为风箱活塞的往复运动，将新鲜空气从风道吹入高炉中。
古代很早就用木材做的风箱做鼓风机，这种风箱结构坚实耐用，利用4个活门，无论推拉活塞，都能向风道送风。
由于山谷里面的水流有限，姜明只能用两个水车做鼓风机的动力源，两个风箱分别从高炉的左右两侧送风。
风道是由耐火水泥浇铸的管道，一节一节以拼接好后，用水泥封住缝隙，架放在火道里面，火道燃烧煤炭，新鲜空气从风道向高炉吹去的时候，先经过火道的预热，到达高炉的时候，温度可以达到800度。
水车刚开始转速还很慢，鼓风机的风压小，炉内氧气不足，高炉炉顶冒着浓浓的黑烟。随着水车越转越快，炉内氧气供应充足，烟的颜色由黑转青、由青转白，最后浓浓的火烟冒出炉顶。
负责投料的工人推着翻斗车沿着斜坡走上炉顶，用脚一踩控制索，车内的石料便沿着斜坡滑入高炉内。
倒入高炉的石料主要是赤铁矿、木炭还有石灰石。石灰石是除渣剂，可以与铁矿石里面熔点很高的脉石（二氧化硅）反应，生成硅酸盐，也能与硫、磷等杂质反应，生成硫化钙和磷钙化合物，这些杂质最后都浮在铁水上，从而分离残渣。
铁矿石和木炭在高温的高炉内剧烈地反生氧化还原反应，像两个阔别经年的痴男怨女，欢呼地拥抱在一起，干柴烈火，好不快活。
一旁的孙皓抱怨道：“姐夫，好热啊，是不是快炼出铁了？”
“哪能这么快，没有一整天休想化出铁水。”旁边的蒋七回道：“过去，我们打铁，这炉子没烧一天一夜，根本化不出铁水。”
姜明笑了笑，道：“是没这么快，但也要不了多久，小皓，咱们吃饭去，下午的时候应该就出铁水了，到时候再来看。”
说着便拉着孙皓离开了高炉。
下午两点的时候，蒋七跑来督军府，道：“督军，你真是神机妙算啊，真的烧出铁水了，太快了，快去看看吧。”
等姜明带着孙皓来到高炉的时候，一股赤红的铁水已经从出铁口流了出来。这些生铁水都混合着矿渣，由于生铁水的密度大，矿渣的密度小，所以矿渣都浮在面上，工人们拿着生铁耙子将矿渣扒出来。
生铁水先被引到铸模区，地面上摆好了各种模具，主要是农具，像铁块、铁耙、铁犁等，这些只在生铁就够用了，生铁块则用来打造各种铁制品。
关闭铸模区的沟槽后，生铁水沿着沟槽流到炒铁炉，蒋七让他的儿子蒋炎开始拿着生铁棍不断搅拌铁水，生铁的含碳量大于百分之三，里面的碳原子遇到氧气后，迅速燃烧生成二氧化碳，碳的含量不断降低。铁水从从清汤变得浓稠。
“看，铁水越来越稠了，刚开始还跟水一样呢！”孙皓道：“刚开始跟清粥一样，现在变成浓粥了。”
生铁含碳量降低后，密度上升，熔点也升高，纯铁的熔点超过1500度，而生铁只有1100至1200度，如果不继续提高温度，则铁水会变成半液态。
“加大火量，继续搅拌，继续把那些残渣扒出来，让铁水再次融成水一样。”姜明吩咐道：“老蒋，你去把磨制的炭粉拿过来。”
重新加大热量和搅拌后，铁水已经变成纯铁状态，姜明估计锅内的铁水质量约100公斤，于是拿出让蒋七称出相当后世0.86公斤的木炭粉，考虑到木炭的含碳量在90%左右，这些木炭粉大致有0.77公斤的碳。
姜明将炭粉倒入炉中搅拌后，命令铁匠用坩锅将铁水舀出，倒入刀和剑的模具中。
蒋七用铁钳夹出模具中的剑，淬火后，说道：“督军，这剑好像是钢啊，今天真是走运，铸出的第一把剑就是钢。”
姜明笑了笑，道：“你再看看其它的刀和剑。”说着，便手指向其它的刀剑。
其它铁匠拿着刀剑淬火完，观察片刻，也纷纷说道“督军，我手上的刀（剑）好像也是钢，真是太神奇好，第一批炼出的铁居然全部是钢。”
看到姜明贼兮兮地笑，孙皓猜到其中一定有秘密，便问道：“姐夫，这肯定是你的万物之理的原因，肯定不是因为运气好，才炼出这么多钢。”
听到这都是姜明的功劳，所有铁匠都围过来，等着听他的高见。
姜明整了整思路，道：“其实从铁到钢，只是铁里面炭粉多少的区别而已。刚开始的时候，生铁水含有很多碳，不断搅拌后，炭就被烧成了烟，到熟铁的时候，就基本没有碳了。我再根据铁的多少加入炭粉，搅拌均匀就是钢了。”
蒋七问道：“请问督军，那生铁水搅拌到一定程度，不就钢了吗？为什么还要炒成熟铁再加炭粉呢？”
姜明道：“很好的问题，生铁水炒到一定程度就是钢了，你们以后操作了一段时间，就能掌握到诀窍，比方炒多久能炒出钢。但是，你们每个人会因为见识、水平的不同，炒出的钢有差异，质量也会不同。”
钢的含碳量在0.02%至2%之间，区间很宽泛，古人都是经验总结，当然每个人炼出的钢会有差别，同一个人每次炒出的钢也会有差别。
姜明继续道：“但是，我将生铁炒成熟铁，再根据铁的多少加入碳，那么炒出的钢就总是一样的。”
铁匠们纷纷道：“老朽打了一辈子铁，今日才知人外有人、天外有天。古往今天，能直接炼出钢的人，只督军一人矣！”
姜明笑道：“各位不要看轻自己，你们都是有丰富经验的师傅，我只不过多看了几本书，理论丰富些而矣。以后我会办个工程技术班，教授你们一些冶炼的理论知识，咱们互相切磋经验，以后造出更多的好钢。”
哗哗哗，热烈的掌声，不但允许匠人的子女读书，还亲自给匠人上课，世上还有比这好的老板么？这些人都是发自内心的感激与开心。
姜明捡起一把剑，对蒋七道：“老蒋，选出十五柄剑，放到炭炉里回火，自然冷却后，锻打出十把长剑，送去督军府，麻烦了。”
听到让自己用这些钢打造宝剑，蒋七一脸兴奋，回道：“老朽定当拼死效命，以报督军。”
姜明打算先底下四个营的正副营长、亲卫队正副队长等10人每人送一把宝剑，都要用最好的钢打造，现在最好的钢材就是含碳量0.77%的索氏体共析钢。
共析钢淬火后形成马氏体，硬度极高；如果直接降温，再到500度回火，形成索氏体，兼顾硬度和韧性，用来打造长剑，一定是削铁如泥的宝剑。
姜明摇摇头，道：“不用说的那么严肃，尽力就行。还有，现在炼出的铁，先打造农具为主，像铁锹、铁耙、铁犁，这些用生铁就行了。”
现在条件不够，无法要求工匠们24小时轮班工作，只是安排晚上值班的人，保证高炉不熄火就行。这个高炉的有效容积大概1立方米，利用系数也达不到后世的2至3那么高，扣除只相当后世一半的炼铁时间，利用系数只有0.5左右，每天能炼0.5吨铁。
日本明治维新的时候，学习西方建了很多高炉，高6至7米，腹内最大直径2米，也用水力鼓风，平均每天炼出1吨铁。所以，姜明觉得这个日产量还不错。
古代的长剑平均长1米、宽6厘米、厚2毫米，用铁的密度计算，重量在1公斤左右，每天相当于生产500把剑。而按照铁犁头4斤、铁锹头3斤、铁耙3斤，每户百姓用铁10斤，0.5吨铁可供100户百姓使用。
姜明想到后世常听到的谣言“北宋钢铁产量15万吨，英国工业革命初期都没超过”，就感到好笑。北宋能用铁的地方不多，军队的盔甲、刀剑，百姓的锅、刀、锹之类的，不像后世盖房子、修路都要用大量的钢铁。
15万吨是什么概念？北宋的步人甲全身装备20公斤，就算北宋有100万士兵，需要2万吨铁；北宋有8000万人口，不到2000万户，就算每户都有锅和刀，平均用铁20斤，需铁20万吨。但是盔甲、锅、刀都是耐用的，假设20年换一批，平均每年生产1.1万吨就够了。而且这些东西坏了，士兵百姓都是修补一下继续用，而不是更换。更不用说，北宋只有精税部队装备步人甲，很多百姓只有部分铁器，很多农具都是互相借着用。
其实有很多的学者从北宋钢铁的抽税，算出了北宋的钢铁产量1.5万吨左右。还有像“北宋的财政收入1.5亿贯石匹两束”，然后被谣传成“北宋财政收入1.5亿两”之类的。都是不经大脑的表现，单不说北宋一贯钱不等于一两，银子还没承担货币职能，就是从社会的总产出、总需求，都能算出这是不靠谱的。
如果不是后世的数据都能存档，或许千年以后，就有人会说：“看，我们在20世纪50年代就亩产万斤，领先西方至少一千年”。
孙皓拉了拉姜明的衣袖，将他从沉思中拉回现实，然后问道：“姐夫，你能送我一把宝剑吗？我都长大了，也想要把好的佩剑。”
姜明摇了摇头，道：“你年纪还小，不能持剑，等你长大了，我再送你，而且你姐也不会同意的。不过，我已经想到送你什么了，很好玩的哟！”
孙皓好奇道：“是什么啊？可以先告诉我么？”
姜明神秘地笑了笑，道：“秘密，等过几天你就知道了！”
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