火药工业

开栏语:

自本期起, 本刊将开辟“化工史话”栏目, 通过该栏目, 介绍中国化学工业古代、近代及现代的发展史, 让史实说话。中国从古代时起就有很多与化学相关的实践活动, 并产生了丰富的化学知识。20世纪以后, 现代化学作为一个独立学科在中国的建立完全是西方化学学科体制移植的结果, 并在一定程度上影响了中国现代化学工业在中国的传播发展。新中国成立以后, 我国在无机化学、有机化学、分析化学、物理化学等各个领域都得到长足的发展, 并取得重大化学成就, 同时涌现出一大批杰出的科学家、代表人物。化工史话把中国化工的历史智慧告诉人们, 使人们以史鉴今, 启迪心智, 激发大家的民族自豪感和自信心, 坚定振兴中华、实现伟大中国梦的信心和决心。

火药是中国四大发明之一。无产阶级革命导师马克思曾给予高度评价, 他说:“火药、指南针、印刷术——这是预告资产阶级社会到来的三大发明。火药把骑士阶层炸得粉碎, 指南针打开了世界市场并建立了殖民地, 而印刷术则变成新教的工具, 总的来说变成科学复兴的手段, 变成对精神发展创造必要前提的最强大的杠杆。”

火药发明起源于炼丹术

早在春秋战国时期, 帝王贵族们沉醉于神仙长生不老的幻想, 驱使一些方士道士炼“仙丹”, 在炼制过程中逐渐发明了火药的配方。据史书记载, 公元808年, 唐朝炼丹家清虚子撰写了《太上圣祖金丹秘诀》, 这是世界上关于火药的最早文字记载, 中国学术界由此认为火药的发明不迟于公元808年。火药的最初使用并非在军事上, 而是在宋代诸军马戏的杂技演出, 以及木偶戏中的烟火杂技节目。火药被引入军事后, 成为具有巨大威力的新型武器, 并引起了战略、战术、军事科技的重大变革。初期的火药武器, 爆炸性能不佳, 主要是用来纵火。宋朝时, 火药在军事上更得到了广泛使用, 北宋为了抵抗辽、西夏和金的野蛮进攻, 很重视火药和火药武器的试验和生产, 在首都汴梁建立了火药作坊, 这是专门制造火药和火器的官营手工业作坊 (也就是“广备攻城作”) , 这也是火药工业最早的雏形, 其“日出弩火药箭七千支, 弓火药箭一万支, 蒺藜炮 (内装有带刺铁片的火药包) 三千支皮火炮二万支”。很不幸的是在与宋的作战过程中, 金人和蒙古人也相继学会了火器的使用和制作, 这对蒙古铁骑几乎打下整个欧亚有着巨大贡献。成吉思汗西征, 蒙古军队使用了火药兵器。公元1260年元世祖的军队在与叙利亚作战中被击溃, 阿拉伯人缴获了火箭、毒火罐、火炮、震天雷等火药武器, 从而掌握火药武器的制造和使用。阿拉伯人与欧洲的一些国家进行了长期的战争, 战争中阿拉伯人使用了火药兵器, 例如阿拉伯人进攻西班牙的八沙城时就使用过火药兵器。在与阿拉伯国家的战争中, 欧洲人逐步掌握了制造火药和火药兵器的技术。

18世纪中叶, 中国在火药的理论和应用方面尚领先于世界各国, 那时世界上惟一有效而实用的爆药, 仍只有黑色爆药一种。18世纪60年代英国开始产业革命, 到19世纪德、法、美等国相继完成产业革命。产业革命推动科学技术的迅速发展。l9世纪以后西方国家相继创制出各种新型火炸药, 1845年瑞士化学家舒翁贝因发明, 经英人阿贝尔和法国维尔埃的改进于1883年成功用于枪炮弹药。1886年法国杜尔宾始用于以装填榴弹, 首次用于日俄战争。硝化甘油炸药则是1847年由意大利人索勃菜洛发明。1880年首先在实验室制得三硝基甲苯, 经过10年努力, 1891年德国人霍塞尔孟在格利斯哈姆化学厂实现大规模制造。

洋务运动助推我国近代军火工业的兴办

19世纪60年代, 清政府从列强的侵略战争中尝到了西洋“坚舰利炮”的苦头, 又从镇太平天国的战争中吃到了“洋炮洋枪”的甜头, 以奕欣为首的一批实力派官员曾国藩、李鸿章、左宗棠等主张“变法自强”、“师夷智以造炮制船”, 用以“靖内患”, “御外侮”, 掀起一场开办近代军事工业和引进西方近代科学技术为中心的“洋务运动”。

晚清时期清政府先后在各地创办了30多个兵工厂, 其中规模较大、设备较好、技术较强的有江南制造局、金陵制造局、汉阳枪炮厂。在各兵工厂中硫酸、硝酸和各种弹药的生产是我国近代化学工业的肇始。

江南机器制造总局

1865年5月, 曾国藩、李鸿章在上海虹口购买美商科尔开设的铁工厂, 又把丁日昌、韩殿甲原有的两个炮局并入, 并从美国购来机器组成“江南机器制造总局” (简称“江南制造局”) 。1917年改称上海兵工厂。1867年江南制造局全部迁入高昌庙镇, 新厂规模比虹口大很多, 建有机器房、轮船厂、锅炉厂、枪厂、炮厂、工程处以及库房、栈房、煤房、文案房、工务房、中外工匠宿舍等, 还建有水泥船坞一座, 另在龙华镇建有占地80余亩制造黑色火药的龙华分局, 成为当时我国生产兵轮、枪炮、弹药规模最大的近代兵工厂。

洋务运动初期, 我国军队使用的火药主要有黑色火药和栗色火药。但黑火药用在近代枪炮上很不理想, 由于药粒粗细不同, 直接影响爆炸的速度和威力, 很不容易控制, 枪管、炮筒炸裂事件屡有发生。于是西方化学家对此提出改良, 当时称这种改良的火药为栗色火药, 其成分与黑色火药完全相同, 仅配料比略有出入。

19世纪70年代江南制造局在徐寿、徐建寅等一批化学家的带领下, 已能自主生产黑火药、栗火药, 生产能力为日出药千磅, 出子弹500发, 还创建了我国第一座硫酸厂, 硝酸亦可自制, 为试制强水棉花 (硝化纤维) 创造了条件。到1875年底已累计生产开花、实心炮弹10万余颗, 枪弹80余万颗, 火药17万磅。可见当时江南制造局在火药生产方面已有相当规模。

1932年“一·二八”淞沪抗战后上海兵工厂停办。部分机器拆迁它用, 抗日战争爆发后剩余的机器、设备和厂房均被日军拆毁, 场地并入江南造船厂。1949年国民党撤离上海时, 将此处的船坞、船台、发电机和主要车间炸毁, 更使其丧失了基本生产能力。

金陵机器制造局

清末使用机器制造军火的官办厂之一。1865年夏, 李鸿章由江苏巡抚升任两江总督, 从苏州移驻南京, 将苏州炮局也随迁到南京, 扩建成金陵制造局。

金陵制造局早期实权操在原英军助理医生马格内手中。1866年夏该局竣工, 以后又添建火箭分局、铁炉房、翻砂房等, 到1869年已能制造多种口径的大炮、炮车、炮弹、枪弹等。马格内深受李鸿章信赖, 专横跋扈, 但却并不真正熟谙军器制造。1875年在马格里经营下为大沽炮台制造的大炮, 演放时一再爆炸, 马格内因故撤职。之后, 金陵制造局继续发展, 到1879年时, 已建成机器厂三个, 翻砂、熟铁、木作各两个厂, 还有火箭、洋药、水雷等分局, 制造的军火种类更多, 源源不断地为淮军和本省防务营提供枪支弹药。1881年添置火药局, 19世纪80~90年代又经过两次扩充, 到1899年, 成为清末我国军工骨干企业之一。1937年7月抗日战争爆发, 金陵兵工厂被迫西迁重庆, 原址被日军占领。1945年8月, 日本投降后工厂重新迁回南京。1948年底淮海战役中期, 国民党眼看败局已定, 将工厂向台湾高雄搬迁, 只留下少量无法搬走的旧机器设备以及整座厂房等。

天津机器局

1867年由崇厚在天津创办, 成为清政府四大军工企业之一。清政府拨给20多万两白银作为开办费。该局初建时称“天津军火机器局”, 1870年改为“天津机器局”, 1900年被八国联军炮火所毁, 1904年袁世凯将天津机器局残余设备移往山东德州, 在德州机器局的基础上建立北洋机器局。

为崇厚筹建天津机器局出谋划策的是英国商人密妥士, 无论向国外购买机器、雇用匠人以及安装机器等事项, 崇厚概唯密妥士的主张是从。1867年后先在天津城南3里海光寺建机器厂、炼铁厂各一, 合称铸造局 (西局) , 制造炸炮和炮车、炮架等。1869年夏向国外定购的以制造火药、铜帽为主的各种设备和雇用的洋匠陆续到达天津, 便又在天津城东8里贾家沽道设东局 (即火药厂) , 1870年开工, 日碾洋火药三四百磅。天津机器局在崇厚主持时, 生产业绩较差。

1870年“天津教案”震惊中外, 清政府不得不派崇厚出使法国, 又调李鸿章任直隶总督, 于是天津机器局转入李鸿章管辖。李鸿章及时对天津机器局进行整顿, 生产业绩好转, 到1876年所生产的新式军火在产量上已较前两年增加了三四倍, 火药、子弹等产品的产量也逐年增加。1884年中法战争爆发, 该局向各省供应的军火较往年多至数倍, 下属各厂皆加做夜工赶造军火。

中法战争结束后, 清政府决定加快海军建设。于是, 天津机器局的生产又有所扩大, 不仅要为陆军提供枪、炮、弹药, 还要为海军制造铁舰、快船、鱼雷艇及水雷、各口炮台所需的军火弹药。李鸿章深感天津制造局是北洋海、陆各军取给之源, 地位重要, 下大力历经五次扩充。天津制造局的主要产品是火药, 从1876年正式生产以来每年产量60余万磅, 到1881年栗色火药投产, 产量提高到100多万磅。天津制造局的建设前后耗资白银达千余万两。八国联军入侵中国后, 天津机器局毁于战火。

山东机器局

1875年, 山东巡抚丁葆桢因海防需用火药奏准开办, 直隶总督李鸿章奏调徐建寅为总办, 定名为山东机器局。

当时制造军火诸器, 各国尤恃为不传之秘, 即使购买, 亦往往以旧式及用剩不堪之物搪塞。徐建寅为“求自强”, 此次承办山东机器局未雇外国工匠一人, 设计建筑皆自出心裁。所需材料、机器、书籍、仪器等均系在沪采购, 从厂址选择到建成投产, 仅用一年半时间, 可谓优质高速。局内设火药厂、机器厂、炼铁厂、提磺房、合料房等部专造黑药。造厂、购器各项, 极力节减, 省费较之他局数倍。1880年1月添设白药厂, 加造前膛枪铅丸、二磅前膛炮弹头。1887年6月开始制造枪弹。1895年8月添造枪子厂房, 制造后膛抬杆枪。1905年为造七九枪弹, 定购新机进行扩建。据不完全统计, 山东机器局从1877年至1907年共生产火药514万磅, 约占全国总产量的27%。民国元年改名山东兵工厂。日本占领济南时则利用山东兵工厂剩下的设备和厂址重建兵工厂称新中华火药厂。1945~1948年为国民党军管的四十四工厂第五制造所。

山东机器局的建设能做到“械精、价廉、快速”, 这与总办徐建寅是一位具有娴熟深厚的军工技艺, 实事求是的科学态度, 高瞻远瞩的战略思想的爱国者有关。在选择厂址时, 他根据火药生产易燃易爆及黄河泛滥时有发生的特点, 将厂址选在济南城外形势高亢之区, 交通运输上, 地处黄河之滨, 离运河不远, “秦、晋、豫、燕……各省, 由黄河溯流而上, 一水可通, 将来制造军火有余, 可供各省之用, 运输易达”, “原料、燃料的供应距盛产煤铁的章丘等县较近”。在战略上考虑工厂建于内地“不为彼族所觊觎, 万一别有他事, 仍可闭门自造, 不致受制于人”。在建厂方案上主张“集中力量, 分期建设, 先建黑火药厂, 缩短建设时间, 以收实效。”这些思想与现代选择厂址时所持的原则基本一致, 在距今130多年前对我国的军工建设能考虑得这样周全, 确是难能可贵。

汉阳兵工厂

张之洞任两广总督时在广东筹建枪炮局, 他主张制造枪炮要力求新式和专业化, 要把制枪炮和炼钢结合在一起。张之洞通过广东绅商捐垫集资筹办枪炮厂, 从德国订购的机器设备到货时, 张之洞调任湖广总督, 继任两广总督李瀚章又无心经营该厂, 在张之洞力争下, 1890年经海军衙门和户部上奏, 清政府决定将该厂迁往湖北汉阳, 这就是汉阳兵工厂和钢药厂。

经营汉阳兵工厂和当时一般兵工厂是有区别的, 为了免受中央官僚机构的掣肘, 经费主要由地方自筹, 除了在广东筹集到的捐款外, 还利用所收缴的湖北土药税等。为维持生产也曾被迫举借内外债。1895年该厂发生拖欠洋款危机时, 张之洞不得不谋求清政府资助, 但他的办法是以兵工厂的未来产品来抵债, 这也可看作是洋务派军工企业在向商品化迈进的一种努力。

钢药厂原由德国人负责设计、装配、指导生产, 1898年在汉阳城北添设炼灌子钢、制无烟药两厂, 故定名为钢药厂。制无烟药的设备来自德国格鲁森厂, 每点钟能出药33磅。当时厂房、设备安装完备, 但德国人归国度假, 久去不归, 成药无期, 张之洞1900年遂委派徐建寅总办钢药厂。

徐建寅接受钢药厂生产白药 (硝化棉无烟火药) 任务后, 努力总结前期亲历试制强水棉花药的经验;吸取在德国考察的收获和王世绶的经验与不足, 在这些基础上, 详订各项工艺条件, 日手杵臼, 配调药液, 亲自研炼。终于在光绪1901年正月, 制成了硝化棉无烟火药, 试验药力, 颇称充足, 惟烧后稍有渣滓。徐建寅殚精竭思, 逐项改进, 日夜兼程研制, 于二月初六日手自造成新药数磅, 试验竞无渣滓, 药力与德国产品毫无差别, 研制成功, 举厂欣然。

张之洞仗着甲午战争后自己地位的上升, 为该厂争取了较多经费, 从德国引进先进设备, 大力扩充, 一跃而为当时中国最大的兵工厂。1904年日产快枪50支, 1908年已增至150支, 且质量精良, 号称“新式最精之械”。

抗日战争时期逐步拆迁至西南地区, 抗日战争结束后接受军事工业重组停办, 中国近代兵工史上拥有重要地位的汉阳兵工厂于1946年成为历史。

近代火药工业的先驱

近代火药、炸药技术是建立在近代科学基础之上的, 它是随着近代化学科学一起引进到我国的。中国较系统引进西方近代化学科学和近代火炸药技术的首推徐寿和徐建业父子。

徐寿, 我国近代化学的启蒙者和近代化学工业的先驱者。中国清代爱国科学家。1818年生于江苏无锡钱桥社岗里, 1884年逝世。

1864年1月28日, 徐寿、华蘅芳等在安庆内军械所试制成以机器为动力的小火轮。1864年徐寿等人到金陵 (现南京) 创建金陵军械所, 开始制造大型明轮式汽船, 1865年制成我国造船史上第一艘自制轮船黄鹄号。

1867年春, 徐寿刚到江南制造局即为该局发展之事向曾国藩提出译书、采煤炼铁、自造枪炮、操练轮船水师4点建议。

徐寿很重视西书的翻译工作。1868年6月江南制造局设翻译馆, 聘西人伟力亚烈、傅兰雅、金楷理等合作, 徐寿父子倾全力投入, 前后17年共译书17部、专论九篇, 校阅书一部, 共约287万多字。所译《化学鉴原》等已将当时西方近代化学知识, 以及化学实验方法和仪器使用知识系统地介绍到我国。与丁树堂、赵益之等合作翻译的《制火药法》等书, 为制造火药和强水奠定了理论和技术方面的基础。

1874年江南制造局设龙华火药厂, 徐寿致力火药研制, 于枪炮弹药多所发明。在徐寿、徐建寅主持下江南制造局在中国第一次使用铅室法制硫酸成功, “所产强水较西国所来强水, 毫无少异”, 且“价格低于舶来品数倍。”

1874年由英国驻上海领事麦华陀创议, 徐寿、傅兰雅经办的“格致书院”开始筹备, 这是我国第一个培养科技人才、传播科学技术知识的场所。格致书院的创办为我国培育了一批新型的科学技术人才, 传播了近代科技知识, 为国内兴办近代科学教育起到了示范作用。

徐寿不求仕进, 专心纂译, 勤奋地致力于化学、化工事业的开拓, 引进先进的科学技术, 热心于科学教育事业。

徐建寅, 字仲虎, 生于1845年。早在17岁和父亲徐寿一起进入安庆军械所。1867年又随父入上海江南制造局。也与英国人傅兰雅、美国人金楷理等合作翻译西方科学著作, 把西方科学技术介绍到中国来, 他所译述的《化学分原》等书当时影响颇大。徐建寅在江南制造局工作了7年, “于轮船炮枪弹多有发明。自制强水棉花药, 汞爆药”, 李鸿章称赞“徐寿父子于机器深入精通, 能自出手。”1874年奉调到天津制造局督办“制造强水”, 1876年投产, 日产硫酸2吨, 较之购自外洋者便宜数倍。

1875年八月初二日, 山东巡抚丁葆桢奏请调徐建寅总办山东机器局, 前后达四年之久。丁葆桢推崇备至, 说徐建寅“承办山东局机器, 一切皆系自出心裁, 绘图定造, 器精价廉, 毫无浮冒”, “一人足抵洋匠数名, 一切皆归实用, 不稍虚费”。

1879年徐建寅任驻德使馆二等参赞, 赴德、英、法等国进行考察, 成为我国第一个到国外进行技术考察的科技人员, 为我国引进近代科学技术作出重大贡献。他在国外并不忘记国内的科学技术事业, 先后就考察所得写了10多篇文章寄回国内, 在《格致汇编》上发表。他还发表了“富国强民”的理想, 力主发扬“劳苦”、“富乐”的精神, 建设自己的国家。1900年被张之洞调往湖北, 任湖北营务处暨教吏馆武总教习, 随后因“汉阳炼钢厂、无烟火药厂均造成, 近订洋匠久未来鄂”, 张之洞“焦急殊甚, 无烟药较之黑药需用尤切”, 于是要派徐建寅“总办钢药厂”。“为感知遇之隆, 忘危机之蹈, 期于取材本地, 以免仰给外人, 日手杵臼, 亲自研炼”。待无烟火药研制既成, 不幸于1901年3月21日因机器事故殉职, 时年57岁。