李廣進(jìn)

在古代中國(guó)，鐵的使用時(shí)間晚于金和銅;在古代世界，中國(guó)冶鐵技術(shù)的起步晚于赫梯王國(guó)（小亞細(xì)亞?wèn)|部的國(guó)家）和兩河文明（底格里斯河和幼發(fā)拉底河之間的西亞文明）。所以，無(wú)論是在中國(guó)古代科技的語(yǔ)境里，還是在世界冶鐵史的發(fā)展中，中國(guó)的“鐵器文明”都屬后起之秀。但是，鐵的優(yōu)良性能一旦被中國(guó)古人破曉，便使“ 銅”不得不望其項(xiàng)背，走下了“唯我獨(dú)尊”的神壇;而冶鐵技術(shù)一旦被中國(guó)古人掌握，便不斷被創(chuàng)新升級(jí)，科技含量一路扶搖直上，在整個(gè)冶金史中獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。

鐵自身的化學(xué)性質(zhì)命中注定它只能做后來(lái)者，因?yàn)樵谧匀唤缰校F難以單質(zhì)的形式存在，相對(duì)于金和銅而言，自然不易被發(fā)現(xiàn)。但是鐵在自然界中分布廣泛的潛在優(yōu)勢(shì)，又致使它蘊(yùn)含有不可估量的生產(chǎn)力因素。

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

生鐵和熟鐵的區(qū)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(shù)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(wú)大異，不同的關(guān)鍵在于對(duì)爐溫的要求。如果爐溫只能滿(mǎn)足1000℃的環(huán)境，則形成塊狀的熟鐵;如果爐溫能夠達(dá)到1200℃，便形成液態(tài)的生鐵，從爐底流出。

鐵礦石在入爐前要利用鐵砧進(jìn)行打碎，通過(guò)篩選后與木炭一層夾一層地疊放入爐中，然后鼓風(fēng)冶煉即可。提高爐溫是冶鐵技術(shù)的關(guān)鍵所在，因此，冶爐與鼓風(fēng)設(shè)備的技術(shù)改良，是古之匠人畢生努力的方向。

古人對(duì)冶爐進(jìn)行改造時(shí)，一方面增大爐缸的體積，另一方面，則是把爐膛設(shè)計(jì)成橢圓形，如此便可以把空氣輕松地送達(dá)爐缸的中心位置，為碳的充分燃燒提供有利條件。

對(duì)鼓風(fēng)裝置進(jìn)行改造時(shí)，一方面增加鼓風(fēng)器及入風(fēng)口的數(shù)量，另一方面則是創(chuàng)新動(dòng)力來(lái)源，加強(qiáng)風(fēng)壓。

西漢時(shí)期豎爐所用的鼓風(fēng)皮囊，學(xué)名叫“橐（tuó）”，又稱(chēng)“冶橐”或“爐橐”。山東滕縣宏道院畫(huà)像石有此形象，橐的內(nèi)部裝有撐環(huán)，兩端裝有擋板，用風(fēng)管與爐連接。西漢時(shí)期的豎爐通常裝有四個(gè)通風(fēng)口，每個(gè)通風(fēng)口又可使用四個(gè)皮橐鼓風(fēng)，這樣爐膛內(nèi)部便會(huì)有四面來(lái)風(fēng)的效果，把爐溫提高至1200℃便不再是難題。

鼓風(fēng)皮橐的動(dòng)力方式，最開(kāi)始為人力，隨后出現(xiàn)畜力，至東漢初期開(kāi)始使用水力。在最初的“人力”和“畜力”階段，只能靠增加人畜數(shù)量來(lái)滿(mǎn)足工作效率的需求。從上述畫(huà)像石中所傳達(dá)的信息來(lái)看，一個(gè)皮橐至少需要兩人同時(shí)操作，一人負(fù)責(zé)推拉皮橐進(jìn)行鼓風(fēng)，另一個(gè)人臥于皮橐下面負(fù)責(zé)皮橐的復(fù)位，因此不難得知，使用皮橐的數(shù)量越多，占用的人力也就越大。

如果采用“畜力”的方式，一般會(huì)選用馬匹來(lái)?yè)?dān)當(dāng)主角，所以此種鼓風(fēng)設(shè)備又常被稱(chēng)作“馬排”?！度龂?guó)志.魏書(shū). 韓暨傳》中有：“舊時(shí)冶作馬排，每一熟石用馬百匹”的記載，雖然“百匹”之說(shuō)不免有些夸張，但也可間接得知所用畜力不在少數(shù)。

至東漢初年利用水力的水排出現(xiàn)，人力和畜力便逐漸從鼓風(fēng)勞動(dòng)環(huán)節(jié)中解放出來(lái)，使冶鐵機(jī)械化程度進(jìn)一步加深，提高冶鐵效率的同時(shí)，鐵的質(zhì)量也有了質(zhì)的飛躍?？磥?lái)，《后漢書(shū). 杜詩(shī)》中：“建武七年（公元31年），南陽(yáng)太守杜詩(shī)造水排，鑄為農(nóng)器，用力少而見(jiàn)功多，百姓便之”的記載并非虛言。