璀璨华夏:挽千古意难平

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第147章 铁矿开采与水力驱动

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张居正在心中钦佩道:

“历朝历代,开疆拓土的功绩何其多,可能让天下百姓都吃饱饭,让一个国家有绵延万世的基础,仅此而已。

不世之功,当如是。

上苍对如何提高粮食产量已经讲得很仔细了,只要我大明朝能将这些学问一一参透,将之效行于全国。

我大明的百姓们也终有一天能过上衣食无忧的好日子,国家诸多弊病也能有条件逐一破解。

变法势在必行,只要天下民心在我大明,那些腐僚士绅必将在这大势之下被连根拔起。

若是上苍能再帮某一把,向天下人证明只有节制权贵,还富于民才能让国家永远强盛,那某就有机会再借大势改变皇亲宗室和贪官污吏掠富于民的大弊。

若不解决这个积弊的根本,天下就是有再多的财富都得被庞大臃肿的宗室和贪官掏空。”

……

【铁器,伴随着人类发展走过了漫长的岁月,也对人类文明有着无法替代的极广泛作用。

但在近现代以前,铁的开采和冶炼并不容易。

以明朝举例,洪武年间有历史记载冶铁量最高的一年是1847万斤(明朝1 斤约为596克,即9123吨左右)。

嘉靖年间大明冶铁量达到顶峰,约为一年9600万斤(换算后约为 4.8 万吨)。

而后世中国在公元2023年的铁产量为7101万吨,粗钢产量为万吨,成品或半成品钢材产量为万吨。

(因为每年都有大量的废钢回收用于炼钢,这些废钢可以直接进入电炉或在转炉中与铁水混合炼钢,跳过了炼铁环节,所以钢产量比铁还高。

2023年13亿吨钢材产量基本可以代表该年中国钢铁行业的生产总量。)

以万吨为单位进行对比的话,明朝巅峰产铁量仅有数万吨,而后世却是十三万万吨,而且是钢材。

足可见古代铁产量尤为稀少。

而明朝之前的朝代,铁产量只会更少。

铁器对于文明发展至关重要。

如果有技术,却没有钢铁将之转化为国力,那一切美好设想也只能是空中楼阁。

如何提高产铁量和铁的应用,可以从三个方面入手。

其一,降低铁矿开采难度。

其二,降低铁矿石冶炼难度。

其三,将铁转化为钢,提高铁的利用价值。

在古代,古人有多种办法寻找铁矿。

比如在发现某地上方出现红褐色的赤铁矿(即赭石)时,下面可能有大型铁矿。

因为高品位的铁矿石暴露于地表后被风化易形成赤铁矿,所以看到地表有赭石分布的区域,就有可能找到铁矿。

又比如利用磁铁检查河流是否含有铁砂,当上游存在铁矿时,铁矿石中的元素会随着水流的搬运在水系沉积物中富集。

这种方法可以快速地对大面积的区域进行初步筛查,缩小找矿的范围。

而要更进一步,更方便地寻找铁矿,还可以将磁铁改造成细小的磁针,用以制作精准的磁石指南针用于探测地下铁矿的磁场,辅助确定铁矿所在位置和矿脉的走向。

借助火药的爆炸威力,可以极大方便矿产开采,或者用于移除浅层矿产的覆土。

对于深矿开采,也可以使用经过三角结构加固后的井状支护减少矿道坍塌的可能,提高安全性。

(矿道的通风和排水,古代都有自己的解决办法,如利用山坡高低差开凿通风口,使空气自然流动;开凿水槽水仓汇聚积水,再用辘轳放下水桶一点一点将水吊出来……

在没有机械设备辅助的条件下,很难有更好的办法完全解决。)

对于矿道内运输铁矿石,可以借助轨道和矿车来提高矿石运输效率。

可先行铸造更为耐用的铁质矿车,在矿车下方安装四个铁轮。

这些铁质轮子要打造成凹字形。

这样当矿车在轨道上轮动时,轮缘可以起到限制车轮横向移动的作用,防止车轮滑出轨道外。

而轨道是两条工字形,其顶面为略微凸起的弧形,比车轮稍窄的铁质器物。

(天幕公布出矿车与轨道的详细图纸,如何连接铺设轨道、两者的具体长宽厚度等数值一目了然。)

有了轨道和矿车后,铁矿石的运输就只需要用少量的人力或畜力拉动,就能极大提高运输效率,减少运输成本。

矿工们便无需再用肩扛手提这种吃力的原始方式。

开矿能力有了,接着便是铁矿石的破碎与杂质分离。

古时候铁矿石破碎极为费力。

通常是将矿石放入舂臼中,再通过杠杆原理反复抬起和落下金属杵棒,利用杵棒下落的重力势能对铁矿石进行破碎。

但这样的重复做功其实可以使用大型水车来代替。

条件是要有水流量充足的河流作为动力来源。

自古以来就有利用水车来碾米。

当水流冲击水车的叶片或水槽,使水车在水流中转动时,水车的轴就会获得扭矩,从而产生动力。

水车轴旋转的动力,可以通过连杆等简单的机械结构转化为杵棒的上下运动。

杵棒在水车驱动下反复冲击舂臼中的铁矿石,便可使其一点点破碎。

只是水车的缺陷是,动力大小和做功快慢,取决于河流量的大小与流速快慢。

冬季河流进入枯水期时,水车可能就会陷入停工。

雨季洪涝时,水车有可能被河流带来的杂物冲毁。

同时水车的力量上限取决于水车的规模大小,建造所需耗费可能比较大。

不过只要有条件合适的河流,水车必然比人力破碎矿石更为划算。

尤其水车的上下做功还可用于锻造铁器。

建造一群大规模的水车,便相当于建造了一处大规模的碎矿与锻造工厂。

节省的大量人力便可用于从事更多的生产工作。

人力是有穷的,而物力则是无穷的。

科技永远是第一生产力。

破碎之后的矿石就到了分离杂质的步骤。

将磁铁套上一层质密的布料,便可将细小的铁矿石颗粒吸附上来,从而分离出不含铁或含铁量过少的杂质。

后世也是借助电力驱动的磁选机高效分离杂质的。

到了冶炼步骤,则可以选择热量利用率较高,冶铁量较大、较为高效的土法高炉炼铁。】

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