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从沂蒙山区砍伐的树木，烧制成木炭，运来钢铁厂。与刘重元最开始想象的不同，这个年代炼铁主要的原料并不是煤炭，虽然从汉代起就采用煤炼铁，但是由于各个煤矿的品相不一样，含有各种各样的杂质，这些杂质经过冶炼融入生铁中会极大地影响铁的性能。相反木炭杂质少，冶炼出来的生铁，结构细粒、没有裂纹，性能更强，因此从南到北各地铁厂用的最多的还是木炭炼铁。
根据王徽等人的测算，每生产两千生铁，约需要铁矿石四千斤、石灰石两百六十斤、木炭一万四千斤。因此，徂徕山、莲花山、沂蒙山和鲁山等大山周边的县镇老百姓被广泛的动员起来，青壮年都被要求上山去砍伐树木用来烧制木炭，至于金山银山环境保护暂时顾不上了。
每天都有数十万斤的木炭，被青壮甚至老幼妇孺，或是推着车，或是挑着担，从山边的烧炭窑运到炼铁厂，按照重量领取一枚枚的计酬竹片，通过这些计酬竹片可以换取一点点微薄的粮食。
送来的木炭点燃一座座的高炉，日以继夜的冶炼出数以万斤的生铁。中国早在战国时期就学会了炼铁，在汉代就大规模普及了铁质兵器和器具，因此炼铁技术十分发达，虽然一千多年来也没啥太大的技术进步。
仍然是以高炉炼铁，就刘重元看到，每座高炉炉缸呈椭圆形，大径一丈半，小径一丈，高约莫有两丈，炉内铺满了各色的耐火砖。炉底埋有数道鼓风管，沿着炉壁蜿蜒伸到炉外，再接上风管，风管再接上风箱，巨大的风箱由十数名壮汉一起推动，将空气送入高炉内，让炉内更加充分的燃烧。
除了人力推动之外，也有十数座更巨大的高炉采用畜力鼓风；而且秉承刘重元采用水力提高效率的做法，趁着寒冬大沙河和柴汶河封冻，王徽正在指挥工匠在河边一口气修建十数座更加巨大的高炉，径围达到六丈，高度达到十掌，巨大的水轮带动超大的鼓风机，将会极大地提高炼铁效率。只待春暖花开河水解冻，就可以开始安装水轮，进而开始开炉炼铁了。
在高炉旁边不远处，是一座座巨大的磨坊，磨坊不是用来磨面的，而是用来磨铁矿石和木炭等炼铁原料的。上千年的炼铁经验，让中国人早就发现，炉料的粒度整齐可以减少对煤气的阻力。因此，在冶炼之前，就要对原料进行加工，将铁矿石砸碎然后碾成粉末，混合木炭粉一起送进高炉之中，能够有效的提高出铁的纯度。
炼铁其实已经是非常成熟的技术，无论是刘重元还是王徽，都没有过多的干涉，任由宋应星等一批专业官员来运作。宋应星举人出生，时任福建汀州府推官，因为所著《天工开物》获得刘重元的赏识，被其推荐出任莱芜兵工厂下属的钢铁厂主事，由八品升到正七品。还有几名从工部搜罗过来熟知钢铁冶炼事宜的官员，分别负责各道工序。
钢铁厂今年以来的生产任务非常重，除了之前下单的铠甲、刀枪、火铳和火炮都需要大量的钢铁产能，随着卫所兵北渡金州，于明年开春后开始屯田，总督府又下达了庞大的农具订单，压得宋应星等人喘不过气来。只得日以继夜的督促民工加紧赶工。
高炉冶炼出来的是生铁，依照用途的不同，也有不同的去处。例如若是要制造农具，就直接将铁水浇注在农具模具内，制造成铁犁、镰刀、菜刀、铁锅等农具和日用品。
若是要制造火铳和火炮，就需要将生铁进一步锻炼成熟铁，然后通过铸造的办法制造枪管和炮管。
若是要制造刀枪，就需要以灌钢法打造刀枪，然后在刃口处辅以淬火处理，从而芯部坚韧而刃部坚硬，足以媲美日本刀剑。
若是要制铠甲，几同于制造刀枪，只是热处理太过麻烦，所以省去，即便如此，钢甲片制造的铠甲，比起东虏的铁甲，重量相若的情况下，防御力提高了三成以上，经过测试东虏所有的制式弓任何距离射出的箭矢，都无法穿透钢甲。
详细的查看了钢铁厂生产状况，总体来说刘重元还是非常满意的。虽然觉得在工厂工作环境，工人保护等方面还需要加强，但是当务之急是满足北洋所需，后面慢慢再改进吧！
刘重元特别嘱咐宋应星，应当充分发挥自己科学知识广博的特长，采访中国历朝历代的先进技术和经验，也可以向汤若望等西洋传教士学习西洋冶炼技术，逐步的提高莱芜钢铁厂的技术实力，提高生产效率，提高钢铁产能，提高钢铁质量。宋应星连忙称是，激动莫名。
他这个举人出生的基层小官，半辈子才做一个偏僻地方八品推官，哪想到有朝一日能获名扬天下的北洋总督赏识，出任钢铁厂主事，北洋总督的属官被推荐高升的已经有十余人了，只要努力做事获得总督大人的认可，出人头地指日可待。
视察完钢铁厂，在王徽的陪同下，刘重元又相继视察了炮厂、火铳厂、铠甲厂和刀枪厂。在刘重元的主持下，莱芜兵工厂不断地完善组织架构和管理流程，按照后世的经验来搭起了兵工厂的框架。
兵工厂总办王徽以兵备道出任，兵工厂以下，有钢铁厂、炮厂等分厂，分别出产各类产品，各由一名主事负责，主事之下有经理，经理之下有主任，主任之下有组长，数万名工人就按照这样一层层的架构，被严密的组织起来，协同工作。
王徽还领导了一个技术研究所，由汤若望担任所长，探索一些技术难题，这些难题有很多是刘重元提出来的，也有部分是兵工厂在生产过程遇到的。例如刘重元就提出，希望研究所能够开发一种轻量化野战火炮，在降低放列重量以便能够六马拖拽机动的情况下，尽量的达到红夷大炮的威力水平。这就需要火炮铸造时提高炮管的耐压能力，以便能够削减炮管厚度减小重量，还要设计新式的野战炮架以便于机动。
还有，刘重元还要求，研发更大爆炸威力的火药，并探询的指出，既然钢铁冶炼过程中铁矿石和木炭需要碾成粉末，才能够充分的燃烧，那么火药里硝石、木炭和硫磺是否也可以通过碾成粉末，这样加快燃烧从而提高爆炸威力呢？
等等等等这些问题，都是平日里司空见惯，却从来不会去思考为什么？能不能改进？刘重元抛砖引玉的提出这些问题，除了能够实际的解决当下的问题之外，也是希望这个技术研究所能够成为大明技术进步的源泉，成为大明科学发展的孵化地。
按照刘重元的吩咐，兵工厂还在准备开办技术学校，趁着大旱灾情，招收那些原准备考秀才的读书少年入学，继续学习四书五经之余，要广泛的学习《九章算术》、《天工开物》、《农政全书》、《齐民要术》等科学著作，还有译注的《几何用法》、《西学杂著》、《泰西格物》等西洋科学、文化和哲学著作。
这些徐光启、孙元化等泰西学派翻译的西方著作，刘重元几乎都看过，与他记忆里的后事科学、文化和哲学知识相互印证。不得不承认，即便还只是十七世纪，中华在哲学思辨、科学技术和艺术等很多方面，都落后于西方了。
后世经常鼓吹的什么中国古代四大发明，什么勾股定理领先西方多少年，但其实只是在很少的几个点上，从系统性的构建一套科学体系方面，中国一直是在倒退。上千年来，中国的读书人穷首皓经于圣人经典，希望能科举得中，又有几人愿意去钻研被认为是杂流的格物呢？
就算是几百年难遇一个的宋应星，对这些杂学有莫大的兴趣，著有《天工开物》，也只是把中国几千年来出现过的农业生产和手工业生产方面的知识作了一个总结性的工作，同时也对技术经验作了总结性的概括，并且使它们系统化、条理化，然后著述成书使之能够流传下来。
但其实无论是物理、化学、数学还是任何方面，宋应星都没有做出任何开创性的研究和发现。即便如此，他也是中国两千年历史上有数几个的科学大拿了。往前数六百年，往后数三百年都没有能超越他的。
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