在魏忠把匠人们找过来之前,朱棣首先需要把玻璃窑的框架设计好。
在后世,玻璃窑分为坩埚窑、池窑、火焰熔窑、电熔窑等类型。不过电熔窑什么的,朱棣现在就别想了。
朱棣看了一下其他的这几种窑,其中池窑是大规模生产玻璃的,每天几百吨的生产能力。火焰窑这是用天然气、煤气为燃料的。显然都不是朱棣需要的。
最合适朱棣的是坩埚窑,它适用于熔制产量小、品种多或经常更换料种的玻璃。
他目前的玻璃需求并不大,朱棣目前也没有大规模生产玻璃的想法,现在是去圈钱,等过几年朱棣才会考虑是否大规模生产。
朱棣计算了一下目前需要的产量,按照明朝一共十五个省级行政单位来算,他打算在每个府分别限量出售,每个府朱棣平均一个月只限卖二十件,对于一个庞大的府而言,这点数量泡都冒不起来,当然,肯定是要搞好宣传炒作的。十五个府就需要三百件。
一个府总共才二十件,而玻璃又有五、六种颜色,所以对于一个府来说,每种颜色的玻璃也就三四件而已,再加上各种款式,基本上每一件都是独一无二的。最大限度的保证了玻璃的价格。朱棣目前来说,并不想降低玻璃的逼格。这才能保证自己的利益。
那么算下来,光明朝境内,一个月就能给朱棣带来三十万辆左右收入,再加上京城、江南等地,朱棣也会看情况适量增加一批。
这样只是大明,一年就能为朱棣带来三百万两白银。当然,这是理想情况,是基本不可能的,时间越久,就会越少。
而明朝境外,今年九月份会出一次海。也会带上200件左右的玻璃制品。会给自己带来近20万两的白银。
一个月后,玻璃生产顺利的话,今年还剩下的五个月,按照最保守的估计,怎么也能给自己带来近百万两的白银。
计算完需求,朱棣发现这个玻璃窑每个月最多只需要生产四百件左右,即一天生产十几件。这么一看,其实也就是个小作坊罢了。
当然,都是小作坊了,那之前计划的玻璃木模具还要不要?
当然要,虽然朱棣不需要大规模生产,多找几个匠人,手工也能做出来,满足产量,但是远远比不上模具做出来的标准。也远没有模具的效率。
最重要的是,朱棣需要用玻璃模具,带出来几个会做模具的匠人。模具将会是大规模生产,降低生产成本必不可少的一环。相比起以后的冲压模具那些,玻璃模具可以说是要求最低的了。这次就当是技术储备了。
……
决定了要修坩埚窑,接下来就是具体的设计了。
坩埚窑就是在窑内放置坩埚,熔炼时,先把玻璃料加入坩埚,再把坩埚放进窑内,融化后,把整个坩埚取出,再进行吹制、压制、拉引、浇注等。
其中坩埚用耐火粘土制成。又分为开口坩埚和闭口坩埚两种。
开口坩埚中的玻璃液直接受火焰辐射,传热效率高,但玻璃液易受火焰污染,并受火焰气氛性质的影响,只宜用净化煤气或油作燃料。显然对朱棣来说并不适用。
而闭口坩埚则是口部朝向窑外,便于投料和成形操作,玻璃液不与火焰直接接触,通过坩埚壁间接传热,其热工性能恰与开口坩埚相反,适宜于用在多坩埚窑中熔化多种颜色玻璃、晶质玻璃和其他多品种的玻璃。
不需要过多考虑,朱棣直接选择了闭口坩埚。
……
而坩埚是什么原材料制成的呢?那就是耐火粘土,而且这耐火粘土也是有讲究的。
耐火粘土中的硬质粘土用于制作高炉耐火材料,炼铁炉、热风炉、盛钢桶的衬砖、塞头砖。以后朱棣的钢铁厂就需要这种粘土。
还有高铝粘土,用于制作电炉、高炉用的铝砖、高铝衬砖及高铝耐火泥。高铝粘土与石灰石混合制成含铝水泥,这种水泥具有速凝能力及防蚀性和耐热力强的特点。而这也是朱棣修建火电站、水电站都离不开东西。
硬质粘土和高铝粘土常在高温(1400~1800℃)煅烧成熟料使用。通常也可以用以制作水泥窑和玻璃熔窑。
刚好耐火材料在后世的河北唐山有巨大的储量,这个位置就在他的封地里。而且这个时代已经开始开采了,也就不需要自己去找矿,直接买就是了。
……
玻璃熔窑解决耐火材料后,接下来就是窑的结构了。其结构主要包括作业室、喷火筒、燃烧室、漏料坑、蓄热室等部分。
作业室就是放入坩埚的地方,其中喷火筒负责把高温空气喷入工作室:燃烧室负责烧煤,产生高温气体;蓄热室负责把作业室产生出来的废气暂时储存,加热外面的冷空气,再把加热后的气体通入燃烧室,保证高温。
这就是玻璃窑的整个流程了。看起来并不复杂,但是在根据实际情况,具体设计、施工却也并不简单。要考虑好整个窑的结构、各个部件分布、如何保持温度等等。
……
整个玻璃窑系统,首先需要把通过煤燃烧产生的高温气体喷向坩埚,以加热融化玻璃。
那么就有个问题,高温喷气的方向是怎么喷呢?从窑顶上喷入?还是窑底喷入?
这就分为了倒焰式和平焰式坩埚窑。
倒焰式坩埚窑的火焰从窑底中央喷入,又从窑底周边排出,这种窑型沿坩埚高度的温度分布比较均匀,熔化的玻璃液也较均匀,然而窑底和坩埚底部常处于高温,容易损坏。
平焰式坩埚窑的火焰从坩埚上面喷入,由窑底排出,坩埚高度上的温度相差较大,常使人工成形操作感到困难,因而只用于需要高温熔化、成形时间较短的制品。如用浇注法成形光学玻璃制品。
朱棣也只能选择平焰式。虽然有容易损坏的问题,但是这也没办法,只能注意定期维护。
……
除了选择喷火方向,还有燃烧室、蓄热室、作业室的设计。
那么以作业室的设计为例。
首先,作业室就是作为放置坩埚并作为火焰进行燃烧的空间,由窑底、窑腿、窑墙和窑顶等构成。
窑底为作业室的底座,其上放置坩埚,以多层耐火砖砌成。在平焰式坩埚窑中,窑底上设有吸火孔。窑底的几何形状设计为矩形。
窑腿竖立在窑底周围,支撑窑拱顶,是作业室的骨架。窑腿的形状带有一定的倾斜度,在保证结构强度的前提下,既要适应坩埚的形状,又要尽量缩小窑膛空间。为便于更换坩埚,窑腿与坩埚应保持一定的距离。
窑顶是坩埚窑的拱顶,其重量由窑腿所支撑,横向推力由窑箍承受。并设置有喷火孔。
……
就这样单单是一个结构的设计,就花了朱棣老长的时间。