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第1部分

第一,高爐鍊鐵中的築爐技術達到了較高的水平。有的用含三氧化矽較高的黃色或紅色耐火粘土燒成的長方形或弧形的耐火磚砌築。南陽瓦房莊遺址出土的耐火磚,在不同部位耐火磚所用的材料、厚度、形狀均不相同。有的用直徑~的白色石英砂粒並摻有少量的細砂。有的用草拌泥、黃粘土及大量的石英砂混合而成,所用石英砂不僅有天然的,而且還有經過加工破碎的。這些耐火磚耐火強度達到1463℃~1469℃之間,這顯然是耐火土中摻入了含有二氧化矽相當高的砂石的結果。這種含二氧化矽相當高的酸性耐火材料,從我國古代高爐所出大都是酸性爐渣來看,是合適的。

第二,高爐鍊鐵所用原料大部分已進行了加工。冶煉工人從長期的實踐經驗中發現,爐料的粒度整齊可以減少對煤氣的阻力。因此,在冶煉之前,就要對原料進行加工,在桐柏縣張畈村遺址中,曾挖出數以千噸計的礦石粉末,說明當時已十分注意對礦石的加工。

除了高爐鍊鐵外,在西漢時期還發現有坩堝鍊鐵技術。南陽市北關瓦房莊遺址中,就發現坩堝煉爐17座,其中3座較完整,都近似長方形。其中一座長米,寬米,深度殘存米。爐的建築方法是,就地面挖出長方坑,留下爐門,周壁經過夯打後再塗薄泥一層。爐頂用弧形的耐火磚砌成,磚的大小不同,磚的內面敷有一層厚約1厘米的耐火泥,泥的表面還留有很薄的灰白色岩漿,磚的背面塗有較厚(約5厘米)的草拌泥。有一部分是用土坯和草拌泥券成。爐由門、池、窯膛、煙囪四部分組成。門在爐的最前端,當是用來裝爐和通風的,左右兩壁都經火燒,已成磚灰色。池在門內,周壁也燒成磚灰色,池底留有厚約1厘米的細砂,當是用作燃燒時的“風窩”的。爐膛為長方形,周壁糊有草拌泥,火燒較輕,當是盛放成行排列的坩堝和木柴、木炭等燃料的,爐的後部設有3個煙囪,當是排出爐煙用的。有的爐內填滿木柴灰,有的爐底堆有很多燒土塊和磚瓦碎片。發現坩堝3件,都是橢圓形的圜底陶罐,罐外敷有草拌泥厚約3~4厘米,泥的內部燒成紅磚色,表面則成光亮的深黑色,並存有一層灰白色光亮岩漿。另在一坩堝的內壁還粘有鐵渣的碎塊。從煉爐的結構以及流傳到後世的坩堝鍊鐵法,可以推知當時的鍊鐵方法是:先用碎塊礦石和木炭以及助溶劑混合配好,裝入坩堝,裝爐前,先在爐底鋪上一層適當數量的磚瓦碎片,使爐底通風;並留出許多“火口”放進易燃物,以便點火,接著就鋪上一層木炭,在木炭上安裝成行坩堝;然後在這層坩堝之上再鋪上一層木炭,在木炭上再安裝成行坩堝,待爐裝滿,便可以從“火口”點火,並加以鼓風,使坩堝中礦石還原溶化成生鐵。 第三,鼓風技術的發展。高爐鍊鐵和冶鐵技術的發展,與鼓風技術的改進是分不開的。我國古代鍊鐵高爐是用皮製的“橐”作為鼓風器的。隨著時間的推移以及經驗的積累,人們逐步改變了鼓風的方法。在大型的冶煉爐中不止有一個鼓風器,而是增加鼓風器和鼓風管,使得爐中燃料充分燃燒,提高爐子的溫度,加速冶煉的程序。在瓦房莊的冶鐵遺址中,有大量的鼓風管出土,其中有一部分帶有彎頭的陶製鼓風管,粗端內徑約100mm,細端內徑為50mm,長約400mm。由於陶胎鼓風管下測泥層被燒琉,經測定,其燒琉溫度當為1250℃~1280℃之間。從此溫度及挖掘出的實物可判斷,漢代南陽冶鐵爐裝有熱鼓風裝置(《南陽漢代冶鐵》,中州古籍出版社,1995年12月,第23頁。)。這種裝置利用爐口餘熱把風管內冷風變成熱風鼓進熔爐,既提高了熔爐溫度,又縮短了冶煉時間,提高了鐵水質量。就鼓風動力而言,出現了“人排”鼓風動力,畜力鼓風,如“馬排”、“牛排”等。東漢建武七年(31),杜詩任南陽太守,創造了用水力鼓風的“水排”,並進行了推廣。利用水排鼓風,鑄造農具,比用人力鼓風要“用力少,見功多”,並取得良好的效果。現今發掘的桐柏縣張畈村的冶鐵遺址距礦山較遠,而是建在河流旁,很可能就是利用“水排”來鼓風的緣故。水排的發明和應用,不僅提高了鼓風能力,而且大大降低了成本,因而長期被冶鐵工業所沿用。像這樣以水為動力的鼓風機械,歐州在1100多年後才出現。

鼓風技術的改進,促進了冶鐵技術的發展。除了冶鑄生鐵技術的快速發展之外,還創造了鑄鐵柔化工藝,出現了灰口鑄鐵及球墨鑄鐵。在南陽市北關瓦房莊漢代冶鐵遺址出土的鐵器中,經分析檢驗,可以看到漢代的農具主要採用可鍛鑄鐵。在其中檢驗的12件農具中,有9件是可鍛鑄鐵,2件是鑄鐵脫碳鋼,1件是白