【读文献】中国古代冶铁史答问

【读文献】中国古代冶铁史答问

《历史教学问题》--刘善龄

01

中学历史课本为反映生产工具的进步，社会生产力的水平，包括由此引起的社会形态的演变，曾举我国古代冶铁业史料数则为例。从冶铁技术发展史的角度认识这些史料，有何意义？

教材叙述古代冶铁只用寥寥数语，但所举都是古代冶铁史上的典型事例，如春秋后期出现的生铁冶炼技术，战国的鼓风皮囊，东汉的“水排”等等都曾领先世界。历史教学中若能适当从科技史的角度作些分析、介绍，会有助于中学生对现有知识的理解，并且扩大他们的文化视野，甚至还能使文、理知识相互沟通。

02

为什么中学历史教材叙述冶铁是从春秋使用铁器开始，不提我国冶铁技术的发明

我国发明冶铁比埃及和欧洲晚，但具体年代前还无法确定。因为出土铁器最早的属于春秋晚期制品，而这时已掌握了比世界各国更先进的生铁冶炼技术。所以不能把它视为冶铁技术开始的时代。

专家们推测，我国冶铁始于西周晚期，但还有待于进一步的论证。中学教材不提这个问题，看来是考虑了教材的严谨和审慎。

03

生铁冶炼技术和早期的冶铁方法有什么不同？

在我国发明生铁冶炼技术之前，各地的工匠们都是在摄氏一千度左右的炉温下，将矿石熔融成固糊状，然后还原成铁。矿石没有熔化成液态，直接形成了块状铁，所以称“块炼法"。块炼法得到质地琉松，表面多孔的铁块，称“海绵铁"，也称熟铁。

我国在春秋时代，把冶铁炉的温度提高到一千二、三百度。矿石化为铁水，从炉子的出铁口直接流出。铁水注入铸范，制成所需的铁器，或者使它冷却，制成备用的铁块。用这种方法得到的铁，含有较多的碳，质地脆硬，称为“生铁"。

生铁冶炼工艺和块炼法相比，有很多的好处。块炼法要等炉子冷却后，才能从炉底取出铁块，冶炼生铁直接放出铁水，省去了停炉熄火的时间，能进行连续性的生产，用块炼法矿石的利用率大约在50%左右，冶炼生铁，炉温提高，矿石还原充分，原料的利用率也大幅度的提高，熟铁杂质较多，反复锤锻才能制成铁器，冶炼生铁用铁水直接浇注成型，能够省工省时。

我国在春秋晚期发明生铁冶炼技术，比欧洲早一千九百年。它是我国封建社会前期，经济繁荣的原因之一，也是我国对世界冶金史的重大贡献。

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为什么我国生铁冶炼技术的出现比欧洲早了一千九百年？

我国的冶铁业出现较晚，但后来居上，首先发明了高水平的生铁冶炼技术。这是因为我国冶铸青铜的技术十分悠久，技术精湛，拥有较大规模的工场和较完善的设备。另一方面，冶炼生铁关健在于提高炉温，使炼出的铁熔为液体。欧洲人是在中世纪通过水力鼓风机的发明来解决这个难题的。我国在东汉发明了“水排”。但在这之前，工匠们通过改进人力鼓风设备，就取得了冶炼生铁所需要的炉很。我国早期冶铁炉安置有多个入风管，使用多只皮囊同时鼓风，所以能在水力鼓风设备出现前，就取得了冶炼生铁的成功。在欧洲，十七世纪以前，就取得了冶炼生铁的成功。丰富的经脸，具有独特的创造思维，是我国在这项技术上成为世界领先的奥秘。

05

鼓风技术是冶铁的关键，能否叙述我国古代在这方面的发展?

风箱是鼓风机的通称。这个词最先见于宋应星《天工开物》，仅指穿街走巷的爆米花人用的那种木制活塞风箱，和东汉杜诗水排推动的风箱全然不同。

秦汉鼓风使用的都是皮囊，因为它很像盛物的奏皮口袋----囊，连接皮囊与炼铁炉的陶质风管和吹用的竹管相似。根据山东滕县宏道院汉代画像石上的复原之后可知，鼓风皮囊呈腰鼓形横置，鼓面为两块圆板，中间布有三个木环，四周敷以皮革。“腰鼓”以四根吊杆悬于屋梁。圆板一头有进气风门，另一头有排气风门。陶质风管将排气门与炼铁炉入风管相联。推动吊杆，皮囊“虚而不屈，动而愈出”《老子》。将风不断送入高炉。为了加大风量，冶铁炉用几个皮囊同时鼓动，炉上相应有几个入风管。东汉称这种皮囊组为排囊，或排。后人不知“排”的含意，误把它当作一般鼓风皮襄的别称。唐朝冶铁还用皮囊鼓风。王祯元编《农书》时，皮囊已被木扇取代。这是一种矩形木箱，通过箱盖启闭鼓风。后来又出现过一种活门风箱，装有拉杆和一对活门。至今已有三百年历史的木制活塞风箱是木制风箱中最灵巧的，它的原理和近代鼓风设备差不多。木风箱较皮囊风大，风压高，所以宋元以来，高炉冶铁产生，质量都有提高。

06

什么叫水排？它的发明有何意义？

前面已经说过，东汉时把炼铁炉上的一组皮囊鼓风机简称为排。由于推动鼓风机的动力不同，就有了人排、马排和水排的区别。人排用人力，马排用畜力，水排用水力。马排据说是三国人韩盛创设，“水排”的发明权被记在东汉南阳的太守杜诗名下。

古代不重视科技资料的保存，水排的构造直到元代王祯编《农书》时才有记录。王祯记录的水排有立轮、卧轮两种。立轮式安有竖直的水轮，轮心有一根卧抽与内丙平行，卧轴上有一组拐木，水激竖轮，拐木随之转动。有一种立轮水排用拐木直接打动鼓风皮囊，另一种通过一组机械装置间接带动木制风箱。卧轮式结构较复杂，但更加灵巧。垂直水面的转轴上下各装一个卧轮，下轮是承受水流的水轮，将水力转变成机械力上轮是绳轮，通过绳索带动前侧另一只鼓式小轮，再有小轮牵动风箱。

杜诗水排的构造已无从查考。但不管那一种水排，都有发动机水轮，传动机转轴，拐木等和工作机风箱三部分组成，应当没有疑问。这种结构符合马克思在《资本论》中给“发达机器”所下的定义。所以，水排和类似水力机器的出现，在我国手工业史和科技史上有重要意义

07

中学教材多次谈到冶铁燃料，是否谈谈这方面的情况？

燃料的改进，关系冶铁业的进步。古代的冶铁燃料经历了木炭、煤和焦炭三个阶段。

炭是古代高级燃料，冶铜炼铁所必需。古人称烧炭之山为“黑山”，出铁之山为“红山”赤铁矿呈红色。红山附近必需有黑山方可开采。直到清朝，广东的铁厂还发生过因老林开尽而倒闭的现象。煤比炭耐烧，煤炼铁，大大减少了因缺乏燃料而造成的倒闭现象。

我国用煤炼铁始于何时，目前有西汉、东汉、魏晋南北朝三种说法。中学课本取第一种。

依据河南巩县铁生沟汉代冶铁遗址发现的原煤和煤饼。但铁生沟出土的生铁含硫量不高，这是用炭的标志。所以也有人认为，西汉尚未用煤炼铁。但无论怎样，中国是世界上最早用煤炼铁的国家。马可-波罗到中国时，对这种会燃烧的石头还一无所知，直到十六世纪，欧洲才用煤来炼铁。

宋代炼铁作坊用煤已很普遍。苏轼在徐州做官，为了冶铁曾派人到附近寻找煤矿，事情记在他的诗作《石炭行》中。但用煤炼铁古代一直局限于北方，南方仍以木炭为主。诗人陆游在四川还见到一种可用于冶铸的竹炭。

煤作燃料优点是提高炉温，加快冶炼速度，缺点是含硫童过高，影响铁的质量。明清时，广东福建用木炭炼铁质量上乘，军事家尤其提倡用闽铁制作火器。所以新编教材删去了用煤炼铁“铸成的兵器比较锋利”这一不确切的提法。用煤作燃料的缺点，直到明代创造用烧煤制焦炭之后才得以克服。焦炭炼铁一直沿川到今天。

木炭治练

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我国古代炼铁炉有那些变化？

我国古代炼铁有高炉、平炉两种。

平炉呈方形，三面建砖墙，俯视象一个池。矿石加工成顺粒预先放入园筒形的坩埚，再把坩埚整齐排列在炉中，经一昼夜矿石就熔成了铁水，既可取出直接浇铸，也可侍冷却后打破坩埚取用凝成圆柱形的生铁块。平炉炼铁虽然方便，但不适宜大规模生产，所以使用更多的还是高炉。

高炉从上面装料，下面鼓风，炉料下降，煤气上升，燃料料能得到充分的利用，是一种比较合理的冶炼方法。早期高炉截面有园形和椭园两种，护身呈直筒形。西汉高炉相当宏大。郑州一座西汉椭园高炉，长轴四米，短轴两米七，高约五、六米。炉体容积过大，容易发生爆炸或炉体冻结。东汉以后高炉内径作了适当减小，宋元时期，炉体进一步改革，出现了炉口向上缩小，炉壁上部向内倾斜的园锥形高炉。这种结构，气体分布更加均匀，炉料下降顺利，加速了熔化的过程，也减少了事故的发生。明清高炉就是在这个基础上发展的

坩埚炼铁

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明清高炉课本举遵化铁厂和广东两处为例，能否对这两条史料作些补充。

明代高炉称大鉴炉(一作大竖炉)，遵化铁厂是明代主要冶铁基地，政府军需全取自该厂。明人朱国祯《涌幢然品》，孙恩泽《春明梦余录》都有遵化高炉具体描写:高炉深一丈二尺(合三米八十)，每日出铁四次，可连续生产九十天。另据《明会典-遵化铁冶事例》记录高炉每年生产六个月，一炉总计产铁四百八十六吨。

课本有“能装矿砂两千多斤，原文出宋应星《天工开物》，是讲明代炼铁炉的一般情况，并非专指遵化铁厂。

清代广东炼铁材料见于屈大均《广东新语》。原文提到，炉高一丈七尺，鼓身好似瓶形，厚二尺，用灰沙，盐，醋调和筑成，再用巨藤捆束，用铁力紫荆木加以支撑。高炉的鼓风设备运用门扇，是宋元木扇的进一步发展。炉靠山崖建筑，用“机车”将矿石抛掷到炉中。上料用机械设备，也是高炉结构的重大发展。高炉的日产量“凡十二时，一时须出一版，重可十钧。一时而出二版，是日双钧，……日得铁二十余版则利赢，八、九版则缩……。”据此杨宽《中国古代冶铁技术发展史》作日产铁二千六百斤，课本作六千余斤

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一些图片

遵化铁厂

现代平炉

1955年上海人民美术出版社【炼铁炉前】2开，钱大昕等作

古代炼铁遗址