钢铁冶金与秦汉时期中华文明的发展(2)

从钢铁的分类来看，最好用的是钢，但是钢是不能直接提炼出来的，人类必须通过铁来炼钢，相应的就有两种炼铁方法，一个是从含碳量低的地方开炼，即所谓的块炼铁技术。这个技术在历史上也发明得比较早，根据学者的研究，最早可能出现在距今三千四五百年前的西亚一带。块炼铁技术是在较低温度下，在碗式炉中冶炼熟铁，它能够排除液态的炉渣，但是这个方法不能把铁彻底融化，只能形成一种半融化的海绵状态的铁，叫作海绵铁。在古代，这种方法是在中国文明圈以外的国家通行的。这种技术的炉子不会很大，外形像碗一样，直径通常在七八十厘米左右，直径达到一米的就算比较大的了，炉的高度也就是1米到1米5左右。我国也发现过一些早期的块炼铁法制品，比如陕西宝鸡益门出土的春秋时期金柄铁剑，以及河南三门峡虢国墓地出土的玉柄铁剑，还有内蒙古鄂尔多斯出土的春秋铁器等等。

那么另一种冶炼的方法就是从碳高的那边炼，即生铁冶炼技术。这个方法在古代是中国所独有的，生铁冶炼技术是在几米高的高炉中形成一定的温度、气氛、物料分布带，让生成的铁吸收足够的碳，降低它的熔点，最后在炉底下形成液态的生铁，同时上边会形成含钙高的炉渣，它的基本原理和现在的高炉炼铁是一样的。

8月19日，工人在鞍钢新4号高炉进行高炉出铁作业。专家认为，中国古代生铁冶炼技术的基本原理和现在的高炉炼铁是一样的。新华社发

比较来看，生铁冶炼技术和块炼铁冶炼技术显然是不同的体系。块炼铁是几个人进行的小规模操作，生产时间短，生产效率低，而且生产出来的铁块，如果体积太大的话，由于古代没有充分的切割条件，古人对这种大块铁甚至都处理不了，这些限制导致了块炼铁法不能炼出太大的铁块，产量也就是几公斤至上百公斤，就算相当不错了。而古代中国采用的生铁冶炼技术，炉子弄个五六米或者七八米高（这都是我国古代采用过的高度），那么一天可以生产出一两吨的生铁，因此生铁冶炼技术的产量优势很明显。另外生铁冶炼技术的效率也比较高，对铁矿石的利用率比较高，其炉渣里的残留铁大约是3%～6%，相比之下块炼铁法的炉渣里边含铁量高达70%～80%。另外生铁冶炼的燃料利用率也是很高的。

不过，古代的生铁冶炼技术在优点突出的同时，也有自己的局限。所用的炉子的高度在古代都属于比较高的，一两个人是无法完成全部操作的，一般来说需要十几个人才能操作好一个炉子，再加上给冶炼加工配套等等的人力，计算下来，一个炉子的运转恐怕需要几十个人。所以生铁冶炼技术的人力物力消耗也是比较大的。另外它生产出来的生铁制品是可以直接使用的，做生活中所需要的锅碗瓢盆都是可以的，但是生铁的性能还不足以支持做精良的兵器或者耐用的工具，生铁要想做这些还需要后处理，需要一整套的后处理工艺跟着，它才能够得到广泛利用。

所以，与块炼铁冶炼技术相比，生铁冶炼技术是不同的体系，技术上非常先进，相对而言更适合于大型工业化、产业化生产。

河北藁城台西商代遗址出土的铁刃铜钺。图片来源：河北博物院

古代中国之所以出现了生铁冶炼技术，是有很多技术原因和社会需求因素的。第一个因素是，我国的青铜时代留下了出色的遗产之一，青铜时代的中国先民就拥有很好的冶炼炉子，这种炉子可以直接拿来炼铁。湖北大冶铜绿山古铜矿遗址出土的炼铜炉，经过整体复原之后将近4米高，考察它的结构，证明其完全符合现在高炉冶炼的要求。所以古人把铁矿石装到这种炉子里面冶炼是能出生铁的。长江中下游的遗址中也多次出现古人所炼的半铜半铁金属锭，也证明当时古人使用的炉子还原能力很强。因为铜矿石天然伴生铁矿石，所以古人在炼铜的时候也会把铁炼出来。这种金属锭炼出来之后还需要再处理才能得到铜，不过如果矿里边含铜很少，可能直接炼出来铁了。

第二个因素仍旧来自青铜时代留下的优秀遗产。我国先民在青铜时代发明了一整套的陶范铸造技术，古人用这套技术平移过来之后就能够迅速拥有铸铁能力。秦汉时期古人把这些陶范技术直接平移过来铸铁，能铸成各种锅碗瓢盆、铁罐之类的铁器。目前我国发现的最早的生铁制品，是公元前8世纪在山西曲沃天马—曲村遗址发现的两件铸铁器残片，以及江苏六合程桥出土的铁丸（公元前6世纪—5世纪）。到了春秋末年战国初期，更多的生铁冶炼制品出现了，分布的地点则是中原以及中原周边地区。

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