宋應星一行在大冶縣安頓下來、適應環境，慢慢展開工作。
在沈道臺的資助下，到處延攬工匠、配齊各行人才。
有充足的經費支持，他也可以毫不猶豫地缺啥買啥，把實驗室和研究團隊漸漸搭建起來。
這些事兒千頭萬緒，不知不覺就忙活了大半個月，時間也悄然來到了臘月下旬，再有不到十天就要過年了。
雖然忙碌，成績也是非常喜人的，至少第一批改良後的高爐，結構驗證已經跑通了。
所用的耐火磚材料，或許還能迭代優化，但目前研發中的半成品樣品，在耐高溫性能上，也已經比原本的高爐磚材、額外上升了大約一兩百度。
煤炭煉焦的工藝，也有條不紊地跑通了，原本靠着試驗人員的經驗來調解燒焦時的空氣進氣量，如今都已經升級到了靠爐具本身的氣門結構、和操作規程，來控制供氣量。
爲此，工匠們也打造出了第一臺可以穩定作業的專業燒焦爐。以後一邊改良一邊擴產，看起來形勢一片大好。
臘月二十一這天，沈樹人得了宋應星和宋明德叔侄同知，說是新的試驗高爐到了開爐出鐵的驗收日了。
沈樹人也非常振奮，一大早就親自去了鐵廠，仔細觀摩實際效果。
他親自督導武昌府的軍工業種田，前前後後快兩個月，終於有了第一批實打實的成果。
到了鐵廠後，很遠就能看見一座比原本的舊高爐至少又高出七八尺的新爐，高大巍峨地矗立在那。
如果後續耐火磚材料配方進一步升級、爐壁底部的高溫下抗壓強度進一步提升，那這高爐就還有繼續加高的潛力。
而越高的高爐，也就意味着更加充分的反應程度和更高的生產效率、產品質量。
當然，這座高爐除了變高、更耐高溫、換了燃料之外，還有其他一些新的小設計。
比如，古代華夏文明在高爐冶金的時候，都是不太重視進氣預熱的。以至於鍊鐵時，爐膛內的溫度始終沒法升得太高。
沈樹人雖然不懂技術，但也大致知道這個努力方向，畢竟前世看書也不少，所以前陣子就跟宋應星交代了。
宋應星也很有執行力，不到十天就把這個問題解決了，甚至還迭代了兩三次――
最初的時候，宋應星想到的是直接在煉爐進氣口之前再加一個預熱腔室，在腔室外面烤火，把即將進入爐膛的空氣先加到一定溫度。
但爐膛本身的導熱性太差，空氣本身的導熱性更差，隔着一層爐壁加熱，效率太低，也非常浪費燃料。
後來，宋應星就想到利用已經燒完後的廢氣、在排氣口蒐集起來，通回進氣口的外層，搞出雙層管道。內層是含氧量高的新鮮空氣，外層是已經很熱的廢氣，試圖把廢氣的餘熱傳導給新鮮空氣，好節約燃料。
但這一招依然只是解決了燃料浪費的問題，對於導熱性過低的痛點並沒有解決。
好在宋應星聰明，經驗豐富，還能跟沈樹人互相啓發，兩人羣策羣力，就搞出了第三個版本――把隔離廢氣和新鮮空氣的預熱腔，直接從耐火磚材質，改成了鐵管。
金屬管道的熱交換效率，當然比磚石強得多，如此一來，廢氣把熱量傳給新鮮空氣的效率，也就大大提升了。
雖然還是不夠高，好歹比之前強了不少。宋應星當時表示，如果還不滿意，那就只有用銅管來代替鑄鐵管了――
地球人都知道，
銅是導熱性非常好的金屬，比鐵還好得多，世上的所有金屬裡，只有金銀的導熱性比銅更好。
但銅也比鐵貴得多，實驗性地造幾根銅管進行熱交換實驗是可以的，或者是以後要搞高端特供鋼材，可以少量用銅管預熱風爐。大規模生產沈樹人還有些捨不得，也花不起。
好在宋應星提出了銅管這個思路後，也啓發了沈樹人，讓他聯想到了後世的熱水器。
後世的燃氣熱水器，爲了熱交換效率，不都是用彎彎曲曲的銅管承載自來水、讓燃氣火苗炙烤銅管快速燒水麼？
沈樹人畢竟是男人，高材生，哪怕不是理科生，前世家裡熱水器壞了他還是拆開來看過的。被這個思路啓發後，他很快意識到：材料的導熱性不夠好，那還可以通過增大表面積來提高熱交換麼！
就算只是用最便宜的鑄鐵管進行空氣熱交換，咱也可以把鑄鐵管的模具改一改，直接做成管內外壁有很多凸起的鰭片，那不就跟後世電腦cpu上的散熱器一個結構了嘛！
而且反正鑄鐵的東西都是一次成型，只要把模具開好，外形複雜也不會提升量產時的加工難度。
他說幹就幹，這纔有了今天眼前這臺高爐的預熱風室――如果把這臺高爐的預熱風室外壁拆了，就能看到內部的熱交換鐵管，是跟刺蝟一樣有一道道密集的散熱鰭片的。
原本如果按照後世的cpu散熱器，這散熱鰭片的底部和頂部應該是一樣寬的，這樣纔可以在單位散熱器重量的情況下、做到最大化表面積。
但明末的鑄造開模工藝顯然沒這麼精密，也鑄造不出很長的薄鰭片鐵管，所以實際上沈樹人這座高爐用的熱交換管鰭片，是底部厚頂部窄的，鐵管的截面也就跟齒輪差不多了。
無非是內壁外壁都有密集的長排銳齒，看起來很是}人。
當時宋應星最初聽到這個思路，也是嘖嘖稱奇，大呼受教，說他琢磨了一輩子工巧之物，也鑽研過關於熱交換的問題，但怎麼就沒想到靠這樣來增大導熱接觸面積呢。
……
這段時間裡、那些艱辛的研發過程細節，還有不少，沈樹人走神了一會兒，也無法一一回憶起來。
很快，高爐開爐出鐵的動靜，把他從回憶中拉了回來，在旁人的驚呼中，他也很快把注意集中到正在操作的鍊鐵匠人身上。
一番繁瑣的出鐵操作後，一批新鮮出爐的鐵料也被運了出來，工匠們一個個大汗淋漓，哪怕是隆冬時節、穿着防護服，也不免酷熱。
高爐一旦開爐，只要不遇到特殊情況，是不會停爐的，所以哪怕是出鐵的時候，也依然在不停加熱。
上面爐口投料、底下出鐵，循環反應。每一批投進去的料，要在爐膛內待很久，一步步反應下沉，最後從底下出料。
沈樹人也很緊張好奇結果，着實等待了一會兒，大約一盞茶的工夫後，宋明德就滿臉欣喜地來彙報，說是這一爐一次性出了六千斤鐵，比原先的兩千多斤出一次鐵的產能，高了一倍不止。
沈樹人聽了這個數字，最初頗爲振奮，隨後則是釋然。
畢竟用了焦炭加快反應效率、預熱空氣提高了爐溫、還用耐火磚加高了爐體，三管齊下開掛，產量翻幾倍其實都是正常的。
原本這是1640年代的鍊鐵科技，考慮到大明最後近百年裡技術的停滯（明朝的很多科技到嘉靖之後基本上就慢慢停滯了，之前還是有進步的），實際上這也就相當於歐洲1550~1600年之間的水平。
而用了焦炭鍊鐵的思路後，那就相當於一次性進步到荷蘭1707年發明的近代高爐了。
而且歷史上1707年那款荷蘭高爐，也是不存在“散熱鰭片預熱風管”這種思路創新的。沈樹人和宋應星這次一次性開了三個小掛，這冶煉技術的水平，起碼比1707年再先進一代人。
他估計，大約能相當於1770~1780年代的西方科技，也就是工業歌命前夕――瓦特是1787年改良完成的蒸汽機，蒸汽機沒出現之前，那七八十年裡歐洲冶金科技的進步，還是比較緩慢的，也就弄點小打小鬧的改良。
這就意味着，沈樹人現在的鍊鐵鍊鋼水平，大致相當於歷史上米國獨立或者說法國大歌命前夕的水平了。
用這些鋼鐵鑄炮，能達到的工藝檔次，理論上也可以和拿破崙戰爭初期時的炮相比。
（注：跟拿皇末期的武器還是沒法比的，拿破崙前後打了20多年仗，剛好是蒸汽機發明後的20多年，所以當時軍事科技進步很快。1790年拿皇剛參戰，和1815年被趕下臺時， 武器已經不是同一代了。沈樹人沒發明蒸汽機，就只能與1790年剛開戰時的技術比）
這要是擱《歐陸風雲》系列來類比，就好比大明原本沒有西化之前、用的是“歐陸”裡12級科技的炮兵，而同期荷蘭人在用15級科技。
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沈樹人這個掛一開，直接就可以追到歐陸風雲裡最終極的第18級科技、拿破崙炮兵的水平。比如今歐洲人正用於1618~1648三十年戰爭的最新式火炮，還要領先三級科技。
當然，前提是沈樹人將來造炮的機械結構設計、機械加工工藝，也要跟得上。他目前做的這一切，只是保證解決材料科技的短板，機加工工藝就是另一個領域的問題了。
沈樹人壯懷激烈地腦補意淫着，一邊等待質檢的結果。
產量的增加，這是肉眼數一數就能瞬間看清的，質量的提升，卻需要時間化驗測試――主要是把材料拿去進行各種強度測試，總得花點時間。
沈樹人有些焦躁，讓人斟了幾杯茶來，足足喝完了兩壺，廁所都上了兩趟，總算是有結果了。
“大人！大喜啊！這些用焦炭練出來的新鐵，果然緻密得多。若是用來煉鑄鐵，直接澆鑄，怕是都不會跟原先那樣多砂眼、空泡。若是鑄造鍛鐵，或是在滲碳造鋼，質地也絕對比現在的好得多！”
宋明德和宋應星都確認過質檢結果後，一個個喜出望外，這也是他們多日辛苦的成果，自然是倍感珍惜。