林墨將熔爐圖紙鋪在木板上,指著多層爐壁的設計說:“最內層用石英砂和耐火黏土混合,耐高溫能到一千八百度,中間加矽藻土保溫,外麵用青磚加固。大家看這樣行不行?”
趙老大湊上前,用手指點著圖紙:“公子,三層爐壁是穩妥,可這塗層咋塗才能均勻?俺們之前抹水泥都常抹不勻,更別說這什麼耐火塗層了。”
林墨笑著說:“趙師傅經驗足,這事就得靠你牽頭。咱們可以先做個小模具試驗,把塗層抹勻後用直尺刮平,反覆練幾次肯定能成。”
改建過程中,雙風箱傳動裝置除錯不順,負責木工的王師傅急得滿頭汗:“公子,兩邊的風箱出力有些不一樣,吹出來的風總不同步,咋辦?”
林墨蹲在傳動桿旁觀察片刻:“兩邊的傳動效率差了點,把這慢的這個齒輪改一下齒數,把原料的二十四齒的換成齒數更大一些的。”
按這法子除錯兩天,終於實現了穩定聯動。
整整八天,新熔爐建成時,李鐵匠摸著滾燙的爐壁,感慨道:“公子,這爐子看著就結實,燒兩千斤鐵水肯定沒問題!”
李鐵匠的話戳中了首個要害:熔鑄爐的容量與溫度雙重瓶頸。
此前鑄六磅炮的土窯狹小逼仄,最高溫度僅能勉強達到一千五百度,而兩千斤的紅夷大炮,單是炮管就需一千五百斤鐵水,加上炮尾、炮耳等部件,總需兩千五百斤以上鐵水,且溫度必須穩定在一千六百度以上,鐵水才能具備足夠流動性。
“熔爐必須徹底改建!”
林墨當機立斷,鋪開新繪的熔爐圖紙。
“以耐火磚為骨,築高兩丈、直徑一丈五的圓形爐體,爐壁分三層,最內層用石英砂與耐火黏土按3:1混合塗抹,耐高溫達一千八百度;中層填矽藻土保溫;外層用青磚加固。”
“爐底設三個品字形出鐵口,可同時引流鐵水;爐頂裝雙風箱,用四頭牛通過傳動軸聯動拉動,風箱口徑加倍,保證爐內氧氣充足。”
改建過程困難重重,工匠們對多層爐壁拚接毫無經驗,第一層耐火塗層反覆塗抹五次,才用直尺刮出均勻厚度。
雙風箱傳動裝置更是除錯了整整三天,才讓兩頭牛的拉力同步,最終耗時八日,新熔爐總算如巨獸般矗立在工坊旁。
熔爐剛完工,第二個難題:模具精度控製就接踵而至。
紅夷大炮的炮管是前細後粗的圓錐形,內壁需光滑如鏡,直徑誤差不能超過半寸。
張木匠拿著木模嘆氣:“公子,木模翻砂法真不行,剛做好的砂型,一取木模就散了,內壁還坑坑窪窪。”
林墨蹲在砂堆旁,手裏捏著一把細砂:“張師傅,一般的法子不夠用,咱們試試‘失蠟法’。我記得這種法子能做精細物件,就是步驟複雜些。”
張木匠眼睛一亮:“失蠟法?俺小時候聽老木匠說過,就是用蠟做模子?”
“對!”林墨點頭。
“咱們用蜂蠟、鬆香、油脂按比例混合做蠟料,先雕蠟模再塗陶泥。”
試配蠟料時,年輕工匠小周嘀咕:“公子,蜂蠟太貴了,能不能少放些?”
林墨耐心解釋道:“蜂蠟塑形性好,少了蠟模容易裂。咱們現在省這點錢,要是鑄炮失敗,損失更大。”
蠟模太長易斷裂,張木匠愁得睡不著,林墨拿著斷裂的蠟模找他。
“張師傅,咱們分段做怎麼樣?炮口、炮身、炮尾分開雕,做好了再粘起來。”
張木匠一拍大腿:“對啊!俺咋沒想到呢!這樣不僅好做,還能分別調整精度!”
最終製成的陶範光滑緻密,張木匠捧著陶範邊緣,興奮地說:“公子,您看這內壁,比銅鏡還亮,肯定能鑄出好炮!”
熔爐剛落成,第二個難題便接踵而至:模具精度控製。
紅夷大炮的炮管呈前細後粗的圓錐形,內壁需光滑如鏡,直徑誤差不得超過半寸,炮耳位置偏差更是不能超一寸,否則炮架安裝不穩,射擊角度便會失準。
張木匠起初打算用傳統“木模翻砂法”,將雕好的木模埋入砂中壓實取出,可試做後發現,木模一取出便帶散砂型,內壁坑窪不平,根本達不到精度要求。
林墨蹲在砂堆旁,手指撚著細砂沉思良久,忽然想起維基百科記載的“失蠟法精密鑄造”,當即讓人採購蜂蠟、鬆香與油脂。
他帶著工匠們反覆試驗蠟料配比:蜂蠟佔七成保塑形,鬆香兩成增硬度,油脂一成提柔韌,加熱混合後製成的蠟料軟硬適中。
製作蠟模時,先雕出炮管粗坯,再用細竹片一寸寸刮削修整,每刮一下便用黃銅卡尺測量直徑,確保錐度均勻。
可一丈二尺的炮管太長,蠟模加熱軟化後中間部位下垂變形,前三次製作的蠟模均在修整時斷裂。
林墨盯著斷裂的蠟模碎片,突然眼前一亮:“這個應該完全可以分段製作,然後再拚接成型啊!”
然後他將蠟模拆分為炮口段、炮身段、炮尾段三部分,每段雕好後用熱蠟將介麵融化粘連,再整體打磨修整,總算解決了變形難題。
蠟模製成後,外層反覆塗抹六層細黏土與石英砂的混合漿料,每層均需自然風乾,待最外層完全硬化,將蠟模浸入熱水中加熱,蠟料融化後從預留孔流出,最終形成一具光滑緻密的中空陶範,內壁亮得能映出人影。
第三個難關落在合金配比與鐵水純凈度上。
純鐵鑄炮極易脆裂炸膛,必須按比例加入銅、錫增強韌性與強度。
維基百科記載紅夷大炮最優配比為“鐵83%、銅15%、錫2%”,可工匠們此前造炮全憑經驗加料,從未如此精確。
林墨讓人打造一套從一兩到百斤的銅製砝碼,又做了帶刻度的鐵勺,每次配料都要三人交叉稱量三次。
首次配料時,李鐵匠按比例將鐵塊、銅塊、錫塊投入熔爐,可熔化後的鐵水呈暗紅色,表麵漂浮著一層灰渣,流動性差得驚人。
林墨用長柄鐵勺舀起一勺鐵水,對著晨光仔細觀察,沉聲道:“是鐵礦石裡的矽酸鹽雜質,加些石灰石進去,能和雜質反應生成爐渣。”
隨著石灰石投入,爐渣果然浮起,被一一撇去。
可新問題又生:錫的溶解度隨溫度升高而降低,一千六百度的爐溫導致部分錫析出,林墨當即讓人加大鼓風,將爐溫提至一千七百度,鐵水瞬間變得清亮,雜質也少了大半。
怎料溫度過高,銅的揮發量又隨之增加,合金比例失衡。
林墨讓人守在爐邊,用簡易測溫裝置緊盯數值,反覆除錯三日,最終將溫度穩定在一千六百五十度,既保證了鐵水流動性,又控製了銅的揮發,歷經五次試熔,終於得到一爐澄澈如金的合格合金鐵水。
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