《大汉光熹》第6章

芟虏饽嗖惚簧樟穑舛ǎ渖樟鹞露鹊蔽?250℃～1280℃之间。从此温度及挖掘出的实物可判断，汉代南阳冶铁炉装有热鼓风装置（《南阳汉代冶铁》，中州古籍出版社，1995年12月，第23页。）。这种装置利用炉口余热把风管内冷风变成热风鼓进熔炉，既提高了熔炉温度，又缩短了冶炼时间，提高了铁水质量。就鼓风动力而言，出现了“人排”鼓风动力，畜力鼓风，如“马排”、“牛排”等。东汉建武七年（31），杜诗任南阳太守，创造了用水力鼓风的“水排”，并进行了推广。利用水排鼓风，铸造农具，比用人力鼓风要“用力少，见功多”，并取得良好的效果。现今发掘的桐柏县张畈村的冶铁遗址距矿山较远，而是建在河流旁，很可能就是利用“水排”来鼓风的缘故。水排的发明和应用，不仅提高了鼓风能力，而且大大降低了成本，因而长期被冶铁工业所沿用。像这样以水为动力的鼓风机械，欧州在1100多年后才出现。
鼓风技术的改进，促进了冶铁技术的发展。除了冶铸生铁技术的快速发展之外，还创造了铸铁柔化工艺，出现了灰口铸铁及球墨铸铁。在南阳市北关瓦房庄汉代冶铁遗址出土的铁器中，经分析检验，可以看到汉代的农具主要采用可锻铸铁。在其中检验的12件农具中，有9件是可锻铸铁，2件是铸铁脱碳钢，1件是白口铁。这表明在铸铁中已经采用了柔化技术。从质量上看，当时的铸铁柔化技术已相当稳定。在瓦房庄冶铁遗址的东汉地层中出土的135号铁钁，它的石墨组织虽不是出自铸态，而是在高温退火时形成的，但形状规则接近球状，边缘也很光滑，从而提高了工件的机械性能。
三、炒钢、铸铁脱碳钢及铸造技术
为了适应社会对钢铁制品的需要，到西汉后期已创造了“炒钢”技术。这种技术把生铁加热到熔化或基本熔化的状态下加以炒炼，使铁脱碳成钢或熟铁。
在南阳市方城县赵河村汉代冶铁遗址中也曾发现与巩县铁生沟汉代冶铁遗址中相同的炉型6座。这种炒铁炉容积小，呈缶形，温度可以集中；挖入地下成为地炉，散热少，有利于温度升高；炉下部作“缶底”状，是为了便于装料搅拌。此外，在南阳市北关瓦房庄冶铁遗址中也发现几座炒钢炉，形制和构筑方法大同小异，炉底还有铁块。从这个遗址发掘内容看，南阳瓦房庄的冶铁作坊中，不仅铸造铁器，而且还用生铁炒钢或熟铁，以此锻制工具和其他构件。在此遗址中还出土有凿、钁等，当是该作坊自制的凿、钁等。通过考古资料证明，到东汉时期，炒钢技术已很普及。南阳东郊曾出土一件东汉铁刀，形制较特殊，类似炊事用刀，刀身有一道平行于刃部的锻接痕迹，刀宽112厘米，长约17厘米，刀背厚约05厘米，保存较完好，是用炒钢锻制而成（河南省博物馆等：《河南汉代冶铁技术初探》，《考古学报》1978年第1期。）。
西汉后期已经创造了简便的炒钢炉，将生铁炒炼成熟铁或钢的技术发展，标志着炼钢技术
发展到了一个新的阶段，使得钢材的产量大大提高，这对于当时生产工具的改进，钢制品的推广均具有重要的意义。
古代炼钢以含碳量低的块炼铁或熟铁为原料，采用渗碳的方法炼制成钢（现在仍然使用此法）
，一种即以含碳量高的生铁为原料，在固体状态下脱碳制钢。战国时代已经采用了柔化处理工艺，将生铁进行脱碳退火，得到了脱碳不完全的铸铁脱碳钢件（李众：《中国封建社会前期钢铁冶炼技术发展的探讨》，《考古学报》，1975年第2期。），至汉代仍然使用这一工艺。如，南阳瓦房庄冶铁遗址所出土的铁斧，中心是白口组织，表层是钢的成份。类似这样的铁器在其他遗址里也有发现。它们都是用白口铁坯件，在氧化气氛下退火，使外层脱碳，由表及里依次成为纯铁素体、亚共析、共析组织，由于脱碳不完全，内部仍然是铁，实际上是一种由钢和铁组成的复合材料。另一种情况是脱碳比较完全，已全部清除白口组织，但内层析出部分石墨。如南阳瓦房庄出土的一件铁凿，从外形看是铸件，表面金相分析是钢的组织，很容易误认为是钢铸件。在汉代当时的技术条件下，没有高于1500℃的高温和相应的耐火材料，是不可能出现液态铸钢的。南阳瓦房庄出土的另一件铁凿，经检验，基体为过共析钢，内层残留石墨，证明它是经脱碳而成的钢质工具。另外，在南阳瓦房庄冶铁遗址中还有成形的薄铁板出土，这些铁板实际是经过脱碳热处理的已成为含碳较低的钢板，可以锻打成器，实际上是创造了一种新的制钢工艺。这样就扩大了生铁的使用范围，增加了优质钢材的来源，对于钢铁生产有重大的作用。
铸铁的热处理技术在汉代有很大的发展，并臻于成熟。在南阳瓦房庄冶铁遗址中所发掘的9件农具，经检验8件为黑心韧性铸铁，质量良好，有一些与现代黑心韧性铸铁已无大的差别。还有一部分白心韧性铸铁，白心韧性铸铁可制作耐冲击、性能良好的手工工具，黑心韧性铸铁可制作耐磨的农具。在铸制的铁器中有一部分铁锸、铁耧铧、铁钁即为白心韧性铸铁。
从发现的汉代冶铁遗址来看，当时的作坊有以炼铁为主而兼铸铁器的，也有专门铸造铁器的。而最初的铁铸件，是由炼铁炉的铁水直接浇铸。在汉代，出现了专门的化铁炉，这对于提高熔铁的质量，获得优质铸件，有很大的好处。从南阳瓦房庄遗址看，化铁炉的结构和筑炉材料与炼铁炉有明显的区别，说明当时的炼铁与化铁的分工已很明确。
南阳瓦房庄冶铁遗址出土化铁炉7座，它的构筑方法是：在平整的地面上，铺筑直径约2。6m、厚50mm的草拌泥，烧成橙黄色，作为炉基。炉底是空心的，由整体基底、束腰式支柱、周壁与炉缸底部组成。基底约厚45mm，用羼有大量大颗粒砂的耐火粘土铺成，砂的粒度在10mm左右。周壁和支柱的筑炉材料与基底稍有不同。羼有大量小颗粒砂。周壁厚40～50mm，支柱直径70～120mm，高70cm，根据遗址所出土的长方形耐火砖的尺寸来估算，支柱可能有15个左右，基上砌筑炉缸底部。
炉体全用弧形耐火砖建造，从砖的内表面不同的熔融程度看，炉体可分为3个区域：炉口及其下三、四层砖（砖长36cm，宽17cm，厚6～9cm不等），炉衬略现熔融，有许多龟裂纹道，温度最低，为预热区。炉体中部的三、四层砖，炉衬均有烧琉，说明温度较高，应是还原区。再往下三、四层砖，炉衬普遍烧琉，甚至全部流下，露出砖体，这里温度最高，当是靠近风口的氧化区。依照耐火砖的高度及上述炉壁烧琉情况来推算，化铁炉的炉体高度约为3～4m。
化铁炉的炉壁分3层，弧形耐火砖是特制的成形砖块，外敷草拌泥，厚约15～50mm，内搪炉衬，厚约40mm。根据出土时较完整的14块耐火砖的弧度来看，化铁炉最小外径为1。16m，内径为0。92m，最大外径为2。3m，内径为2。14m，其平均内径有1。5m左右。经鉴定，耐火砖均有砂粒和粘土配制，从石英砂的颗粒组成看，有浑圆状的和棱角状的白石英和少量长石，说明除天然砂外，已使用了人工破碎的砂粒。石英颗粒有裂纹出现，玻璃相中析出针状莫来石晶体，有流动结构，均说明当时化铁炉能够达到相当高的温度。从遗址中出土的大量鼓风管的情况推测，化铁时有可能已试用换热式热风装置，有一种陶质鼓风管，外敷厚约45mm的草拌泥，下层泥料表层烧熔下滴，靠近拐角处的泥料熔融顺角流下，据测定温度，烧琉温度当在1250℃～1280℃之间。风管的这种烧琉状态，有一种解释认为，它可能是架设在炉顶上，作为预热管道使用的。
此外，在出土的大量碎铁块和熔渣中，有不少梯形铁板和铧、锸、锛、钁、锄、斧等铁器残片（厚度约40～70mm）。这些遗物可能是化铁炉所用原料，方形的铁砧和铁锤，既是锻造工具，又是用来破碎原料的工具。大量的木炭渣表明所用燃料为木炭，炉中残留木炭凝块，有的与表面微熔的铁块凝结在一起，某些器形尚能辨认。由这种现象推测可能是分层装料的结果。从出土的炉衬看，断面明显分成三层，至少已经过两次停炉和补炉，补炉的材料与耐火砖所用材料相同。根据出土的遗物推测，对于这样大的熔炉，当是半连续操作的，每过一定时间，出一次铁水，浇注一批铸范。当熔炼过久或铸范已毕需适时停炉。