漢代冶鐵技術

李廣進

在古代中國，鐵的使用時間晚于金和銅;在古代世界，中國冶鐵技術的起步晚于赫梯王國（小亞細亞東部的國家）和兩河文明（底格里斯河和幼發拉底河之間的西亞文明）。所以，無論是在中國古代科技的語境里，還是在世界冶鐵史的發展中，中國的“鐵器文明”都屬后起之秀。但是，鐵的優良性能一旦被中國古人破曉，便使“ 銅”不得不望其項背，走下了“唯我獨尊”的神壇;而冶鐵技術一旦被中國古人掌握，便不斷被創新升級，科技含量一路扶搖直上，在整個冶金史中獨領風騷。

鐵自身的化學性質命中注定它只能做后來者，因為在自然界中，鐵難以單質的形式存在，相對于金和銅而言，自然不易被發現。但是鐵在自然界中分布廣泛的潛在優勢，又致使它蘊含有不可估量的生產力因素。

在中國科技館“華夏之光”展廳里，便有仿制的漢代冶鐵爐，此展項依托河南鄭州古滎鎮冶鐵遺址出土的冶爐復原縮小而成，用于模擬古人冶煉熟鐵和生鐵的過程。

生鐵和熟鐵的區別主要在含碳量的不同，生鐵含碳量高，熟鐵含碳量低。生鐵與熟鐵的冶煉技術遲至春秋中期便日臻成熟，二者在原料、燃料選擇，以及冶煉工藝等方面均無大異，不同的關鍵在于對爐溫的要求。如果爐溫只能滿足1000℃的環境，則形成塊狀的熟鐵;如果爐溫能夠達到1200℃，便形成液態的生鐵，從爐底流出。

鐵礦石在入爐前要利用鐵砧進行打碎，通過篩選后與木炭一層夾一層地疊放入爐中，然后鼓風冶煉即可。提高爐溫是冶鐵技術的關鍵所在，因此，冶爐與鼓風設備的技術改良，是古之匠人畢生努力的方向。

古人對冶爐進行改造時，一方面增大爐缸的體積，另一方面，則是把爐膛設計成橢圓形，如此便可以把空氣輕松地送達爐缸的中心位置，為碳的充分燃燒提供有利條件。

對鼓風裝置進行改造時，一方面增加鼓風器及入風口的數量，另一方面則是創新動力來源，加強風壓。

西漢時期豎爐所用的鼓風皮囊，學名叫“橐（tuó）”，又稱“冶橐”或“爐橐”。山東滕縣宏道院畫像石有此形象，橐的內部裝有撐環，兩端裝有擋板，用風管與爐連接。西漢時期的豎爐通常裝有四個通風口，每個通風口又可使用四個皮橐鼓風，這樣爐膛內部便會有四面來風的效果，把爐溫提高至1200℃便不再是難題。

鼓風皮橐的動力方式，最開始為人力，隨后出現畜力，至東漢初期開始使用水力。在最初的“人力”和“畜力”階段，只能靠增加人畜數量來滿足工作效率的需求。從上述畫像石中所傳達的信息來看，一個皮橐至少需要兩人同時操作，一人負責推拉皮橐進行鼓風，另一個人臥于皮橐下面負責皮橐的復位，因此不難得知，使用皮橐的數量越多，占用的人力也就越大。

如果采用“畜力”的方式，一般會選用馬匹來擔當主角，所以此種鼓風設備又常被稱作“馬排”。《三國志.魏書. 韓暨傳》中有：“舊時冶作馬排，每一熟石用馬百匹”的記載，雖然“百匹”之說不免有些夸張，但也可間接得知所用畜力不在少數。

至東漢初年利用水力的水排出現，人力和畜力便逐漸從鼓風勞動環節中解放出來，使冶鐵機械化程度進一步加深，提高冶鐵效率的同時，鐵的質量也有了質的飛躍。看來，《后漢書. 杜詩》中：“建武七年（公元31年），南陽太守杜詩造水排，鑄為農器，用力少而見功多，百姓便之”的記載并非虛言。