第28章耐火磚與高爐
至於焦炭，朱由檢並不陌生。他記得後世煉焦用的是洗選後的精煤，在隔絕空氣的炭化室中乾餾，產出焦炭和煤焦油、煤氣等副產品。
但眼下條件簡陋，他只能採用土法——挖坑築窯，將煤塊堆入窯中，用泥封頂，留出煙道，點火後控制進氣量，使煤在缺氧狀態下緩慢燃燒。
這個過程需要反覆試驗，火候大了煤會燒成灰燼，火候小了又無法充分乾餾。
朱由檢命人挖了數座試驗窯，每座窯填入不同粒度的煤塊，封泥厚度與煙道大小也各有差異。
點火後，他每隔半個時辰便查看一次窯內情況，用鐵釺探入煤層，觀察煤塊顏色與煙氣變化。
第一窯開窯時，煤塊大多未能完全焦化，中心仍是黑色，只有表層變硬發亮。
第二窯則因進氣過多，煤塊燒成了灰白色的灰燼。直到第三窯，他調整了封泥厚度與煙道尺寸，控制進氣量，終於得到了一批灰白色、質地堅硬、敲擊聲清脆的焦炭。
雖然產量不高，但足以支撐下一階段的耐火磚試燒。
有了焦炭，爐溫得以提升。他命工匠將陰乾的耐火磚坯放入窯中，以焦炭為燃料，配合鼓風機送風，但是出窯的耐火磚還是不行，強度依然不足，部分磚塊出現裂紋。朱由檢仔細觀察火焰顏色後發現，火焰顏色為亮黃，按照朱由檢後世記憶火焰亮黃溫度差不多是一千三百度左右，說明爐溫仍然不夠高。
這時怎麼回事呢？朱由檢蹲在窯口，盯著那跳動的亮黃色火焰，眉頭緊鎖。
他忽然想起後世高爐煉鐵時，還有個預熱環節——將鼓風機送入的空氣先經過熱風爐加熱，再進入爐膛，這樣能顯著提升燃燒溫度。
對，熱風！」他猛地一拍大腿，恨不得扇自己兩耳光，居然把這麼重要的環節忘了。
眼下鼓風機送的是冷風，冷風入爐會吸收大量熱量，導致爐溫難以進一步提升。
他立刻召集工匠，命人用普通耐火磚砌築甲乙兩個格柵狀的預熱室，通過兩根管道將磚窯的煙道和鼓風機連接到預熱室。
磚窯燒制時產生的高溫煙氣先進入甲預熱室，加熱其中的格柵磚，待甲室磚體溫度升高後，切換煙道使煙氣進入乙室，同時將冷風鼓入甲室，冷風經過被加熱的格柵磚後變為熱風，如此交替使用，便能持續獲得熱風。
朱由檢親自指揮工匠調整管道閥門，確保切換時機準確。但是此時的熱風溫度仍然不夠理想。
因為煙氣與冷風在預熱室中交替通過，熱量交換效率有限。熱風溫度至多三四百度，距離煉鐵所需的高溫仍有差距。
朱由檢意識到，若要進一步提升熱風溫度，熱風還必須繼續加熱，於是朱由檢命工匠在熱風管道上加裝一個煤炭燃燒的小型加熱爐，讓熱風在進入主爐膛前再經過一道明火加熱。
經過這道「二次加熱」，熱風溫度終於突破了七八百度。
當這股七八百度的熱風鼓入磚窯內與焦炭相遇，火焰的顏色慢慢地從亮黃轉為刺目的橙白色，而優質耐火磚就需要這個溫度。朱由檢知道，橙白色火焰對應的溫度已在一千四百三十度左右，足以將耐火磚坯燒結成緻密、耐高溫的成品。
再高就會將耐火磚燒開裂或是玻璃化，所以必須嚴格控制溫度。他命工匠記錄每次燒制火焰細微顏色變化，並以此作為判斷爐溫的依據。
經過反覆試驗，終於燒制出第一批合格的耐火磚——表面光滑、敲擊聲清脆、質地堅硬，用鐵錘猛砸也只留下淺淺的白印。
朱由檢拿起一塊，仔細端詳，嘴角終於露出一絲笑意。
這批耐火磚，將成為他打造更高爐溫、煉出精鐵的關鍵基石。他命人將此次磚窯火焰顏色變化記錄成冊，作為日後工匠判斷爐溫的標準圖譜。
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朱由檢繪製圖紙，設計爐體結構，在工坊空地上選址，用條石砌築爐基，爐身外側用青磚砌築，中間層用普通耐火磚砌築，最內層則是用新燒制的高嶺土耐火磚砌築，耐火磚之間用耐火泥填充，形成三層複合結構。
爐身高達三丈，底部設鼓風口，旁邊裝有一套和磚窯一樣的加熱裝置。
爐體砌成後，他下令在爐膛內壁加厚一層耐火塗層，用高嶺土與碎瓷粉調製的泥漿反覆塗抹，待干後再燒，以形成緻密的保護層，以減少爐渣侵蝕。
高爐建成後，他並未急於點火，而是先讓爐體自然乾燥數日，再用小火烘烤，去除爐壁中的殘餘水分，防止點火後因水汽急劇膨脹導致爐體開裂。
待爐體徹底乾燥，整個高爐才最終建成。這個高爐的爐體結構比磚窯複雜得多，是按照後世的土高爐建造的，可以日產八噸左右的生鐵水，這個產量在後世就是零頭中的零頭，但是現在，這個產量足以讓大明的鐵產量翻上幾番。僅此一個高爐，就能讓石景山冶鐵所成為全世界最大的冶鐵中心。
整個高爐建成，現在只差一個外部結構——鼓風系統。
由於是新的高爐，爐體比原有的大很多，所以原有的鼓風系統風量嚴重跟不上，必須重新設計一套更大功率的鼓風設備。
朱由檢決定用葉片鼓風機，以水力驅動，利用石景山冶鐵所旁的水壩落差，用一座大型水車，通過齒輪變速傳動帶動鼓風機葉片高速旋轉，但是新的問題又來了：鼓風機高速旋轉，軸承和傳動軸承受不了巨大的摩擦和扭矩，頻繁發熱、磨損甚至斷裂。
這就必須製造一個新的物件，那就是滾珠軸承。朱由檢召來工部最好的鐵匠與木匠，將滾珠軸承的原理詳細講解——用一圈打磨光滑的鐵珠，置於內外兩個鐵環之間，使轉動摩擦變為滾動摩擦，大幅降低阻力與磨損。
鐵匠們按圖打造出內外圈與鐵珠，木匠則製作出精密的木製保持架，將鐵珠均勻分隔。
經過反覆打磨與裝配，第一套滾珠軸承終於誕生。
但眼下條件簡陋，他只能採用土法——挖坑築窯，將煤塊堆入窯中，用泥封頂，留出煙道，點火後控制進氣量，使煤在缺氧狀態下緩慢燃燒。
這個過程需要反覆試驗，火候大了煤會燒成灰燼，火候小了又無法充分乾餾。
朱由檢命人挖了數座試驗窯，每座窯填入不同粒度的煤塊，封泥厚度與煙道大小也各有差異。
點火後，他每隔半個時辰便查看一次窯內情況，用鐵釺探入煤層，觀察煤塊顏色與煙氣變化。
第一窯開窯時，煤塊大多未能完全焦化，中心仍是黑色，只有表層變硬發亮。
第二窯則因進氣過多，煤塊燒成了灰白色的灰燼。直到第三窯，他調整了封泥厚度與煙道尺寸，控制進氣量，終於得到了一批灰白色、質地堅硬、敲擊聲清脆的焦炭。
雖然產量不高，但足以支撐下一階段的耐火磚試燒。
有了焦炭，爐溫得以提升。他命工匠將陰乾的耐火磚坯放入窯中，以焦炭為燃料，配合鼓風機送風，但是出窯的耐火磚還是不行，強度依然不足，部分磚塊出現裂紋。朱由檢仔細觀察火焰顏色後發現，火焰顏色為亮黃，按照朱由檢後世記憶火焰亮黃溫度差不多是一千三百度左右，說明爐溫仍然不夠高。
這時怎麼回事呢？朱由檢蹲在窯口，盯著那跳動的亮黃色火焰，眉頭緊鎖。
他忽然想起後世高爐煉鐵時，還有個預熱環節——將鼓風機送入的空氣先經過熱風爐加熱，再進入爐膛，這樣能顯著提升燃燒溫度。
對，熱風！」他猛地一拍大腿，恨不得扇自己兩耳光，居然把這麼重要的環節忘了。
眼下鼓風機送的是冷風，冷風入爐會吸收大量熱量，導致爐溫難以進一步提升。
他立刻召集工匠，命人用普通耐火磚砌築甲乙兩個格柵狀的預熱室，通過兩根管道將磚窯的煙道和鼓風機連接到預熱室。
磚窯燒制時產生的高溫煙氣先進入甲預熱室，加熱其中的格柵磚，待甲室磚體溫度升高後，切換煙道使煙氣進入乙室，同時將冷風鼓入甲室，冷風經過被加熱的格柵磚後變為熱風，如此交替使用，便能持續獲得熱風。
朱由檢親自指揮工匠調整管道閥門，確保切換時機準確。但是此時的熱風溫度仍然不夠理想。
因為煙氣與冷風在預熱室中交替通過，熱量交換效率有限。熱風溫度至多三四百度，距離煉鐵所需的高溫仍有差距。
朱由檢意識到，若要進一步提升熱風溫度，熱風還必須繼續加熱，於是朱由檢命工匠在熱風管道上加裝一個煤炭燃燒的小型加熱爐，讓熱風在進入主爐膛前再經過一道明火加熱。
經過這道「二次加熱」，熱風溫度終於突破了七八百度。
當這股七八百度的熱風鼓入磚窯內與焦炭相遇，火焰的顏色慢慢地從亮黃轉為刺目的橙白色，而優質耐火磚就需要這個溫度。朱由檢知道，橙白色火焰對應的溫度已在一千四百三十度左右，足以將耐火磚坯燒結成緻密、耐高溫的成品。
再高就會將耐火磚燒開裂或是玻璃化，所以必須嚴格控制溫度。他命工匠記錄每次燒制火焰細微顏色變化，並以此作為判斷爐溫的依據。
經過反覆試驗，終於燒制出第一批合格的耐火磚——表面光滑、敲擊聲清脆、質地堅硬，用鐵錘猛砸也只留下淺淺的白印。
朱由檢拿起一塊，仔細端詳，嘴角終於露出一絲笑意。
這批耐火磚，將成為他打造更高爐溫、煉出精鐵的關鍵基石。他命人將此次磚窯火焰顏色變化記錄成冊，作為日後工匠判斷爐溫的標準圖譜。
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朱由檢繪製圖紙，設計爐體結構，在工坊空地上選址，用條石砌築爐基，爐身外側用青磚砌築，中間層用普通耐火磚砌築，最內層則是用新燒制的高嶺土耐火磚砌築，耐火磚之間用耐火泥填充，形成三層複合結構。
爐身高達三丈，底部設鼓風口，旁邊裝有一套和磚窯一樣的加熱裝置。
爐體砌成後，他下令在爐膛內壁加厚一層耐火塗層，用高嶺土與碎瓷粉調製的泥漿反覆塗抹，待干後再燒，以形成緻密的保護層，以減少爐渣侵蝕。
高爐建成後，他並未急於點火，而是先讓爐體自然乾燥數日，再用小火烘烤，去除爐壁中的殘餘水分，防止點火後因水汽急劇膨脹導致爐體開裂。
待爐體徹底乾燥，整個高爐才最終建成。這個高爐的爐體結構比磚窯複雜得多，是按照後世的土高爐建造的，可以日產八噸左右的生鐵水，這個產量在後世就是零頭中的零頭，但是現在，這個產量足以讓大明的鐵產量翻上幾番。僅此一個高爐，就能讓石景山冶鐵所成為全世界最大的冶鐵中心。
整個高爐建成，現在只差一個外部結構——鼓風系統。
由於是新的高爐，爐體比原有的大很多，所以原有的鼓風系統風量嚴重跟不上，必須重新設計一套更大功率的鼓風設備。
朱由檢決定用葉片鼓風機，以水力驅動，利用石景山冶鐵所旁的水壩落差，用一座大型水車，通過齒輪變速傳動帶動鼓風機葉片高速旋轉，但是新的問題又來了：鼓風機高速旋轉，軸承和傳動軸承受不了巨大的摩擦和扭矩，頻繁發熱、磨損甚至斷裂。
這就必須製造一個新的物件，那就是滾珠軸承。朱由檢召來工部最好的鐵匠與木匠，將滾珠軸承的原理詳細講解——用一圈打磨光滑的鐵珠，置於內外兩個鐵環之間，使轉動摩擦變為滾動摩擦，大幅降低阻力與磨損。
鐵匠們按圖打造出內外圈與鐵珠，木匠則製作出精密的木製保持架，將鐵珠均勻分隔。
經過反覆打磨與裝配，第一套滾珠軸承終於誕生。