古代的煉鐵術(shù)“趁熱打鐵”的由來

　　鋼和鐵的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用不僅開辟了人類文明發(fā)展進(jìn)程中的一個(gè)新時(shí)代——鐵器時(shí)代，而且也成了現(xiàn)代文明社會的支柱之一。高聳入云的瑰麗的電視塔，曲折蜿蜒、橫貫大地的鋼軌以及跨越大江、使得天塹變通途的橋梁，都是因?yàn)橛辛?ldquo;鋼筋鐵骨”才成為現(xiàn)實(shí)的。至于高層建筑、機(jī)床、刀具和船舶等與鋼鐵材料的關(guān)系，更是不言而喻的了。

　　在中學(xué)化學(xué)中，青少年朋友可能已經(jīng)學(xué)過煉鐵高爐中的主要化學(xué)變化，也許曾經(jīng)有機(jī)會參觀過鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)中的鑄造廠或者宏偉的鋼鐵企業(yè)，至少應(yīng)當(dāng)在電影或電視片中見到過能使整個(gè)車間映出一片鮮紅色的熾熱的鐵水，以及像節(jié)日焰火一樣燦爛奪目的鋼花�？傊�，鋼鐵已成為現(xiàn)代物質(zhì)文明中不可缺少的一種基礎(chǔ)物資，它已經(jīng)和人們的生活匯成了一個(gè)整體。

　　考古學(xué)家已經(jīng)證實(shí)，人類最早接觸和利用的金屬鐵來自太空隕鐵，即鐵質(zhì)隕石。隕鐵不含碳及其他夾雜物，一般含有1％～5％的鈷和鎳。正是這種只含有少量合金元素的接近于純鐵的天賜之物，才使得人們認(rèn)識和利用了這種金屬，萌發(fā)了從地球上尋找和取得這種金屬的動機(jī)。有趣的是，在元素周期表中大都是每個(gè)周期的每個(gè)族只有一個(gè)元素，但是第Ⅷ族卻并列了三個(gè)元素，如鐵、鈷、鎳。這種看來不合規(guī)則的排列方法，難道可以用隕鐵中鐵、鈷、鎳共存的事實(shí)作為一種“旁證”么？

　　西方早期使用的人工鐵都是塊煉鐵。冶煉的方法大致和中國古代相仿，即在1200℃左右（這可能是當(dāng)時(shí)能夠達(dá)到的最高工藝溫度了）用木炭（這是當(dāng)時(shí)能夠獲得的純度較高、強(qiáng)度較大的炭了）把鐵礦石還原成固態(tài)鐵，其中夾雜著沒有燒完的木炭和煉鐵時(shí)產(chǎn)生的熔渣而呈團(tuán)塊狀。然后趁熱鍛打，擠出其中的夾雜物，并利用鐵的延展性和鍛打時(shí)局部產(chǎn)生的熱使小塊的鐵鍛接成一體，變成可以進(jìn)一步制作鐵器的鐵材。讀者如果還記得在影片中見到過的鐵匠反復(fù)鍛打刀劍犁鋤時(shí)的情景，就可以想像出古代人們在發(fā)現(xiàn)和制作鐵器時(shí)的不畏艱苦和不屈不撓的情景。

　　中國的冶鐵技術(shù)大致可追溯到公元前6世紀(jì)的春秋時(shí)代的中后期，在古書中可以找到零星的有關(guān)鐵的記載。如《管子·地?cái)?shù)篇》中說過：“凡天下名山五千三百九十一，……出鐵之山三千六百有九”，亦即出鐵之山的數(shù)目占總山數(shù)的66.9％。到現(xiàn)在還沒有弄清楚他這一數(shù)據(jù)的來源，但由此說明，當(dāng)時(shí)人們已經(jīng)知道鐵礦石的存在形式。同一書中還有“山上有赭者，其下有鐵”的記載。赭指赤鐵礦所特有的棕紅色，可見當(dāng)時(shí)已經(jīng)有了由赤鐵礦煉鐵的實(shí)踐活動。

　　中國的冶鐵術(shù)略晚于西方，但我國的冶煉生鐵和塊煉鐵技術(shù)卻是差不多同時(shí)形成的。冶煉生鐵的技術(shù)要求鐵處于液態(tài)，可當(dāng)時(shí)所能達(dá)到的1200℃工藝溫度卻不能使純鐵（熔點(diǎn)1535℃）變?yōu)橐簯B(tài)，但是當(dāng)鐵中溶入（不是夾雜）硫、磷、硅、錳，特別是碳后，可以使熔點(diǎn)降至1150℃左右，只要選取了適當(dāng)?shù)钠髅蠛凸に嚕�就可以得到液態(tài)生鐵。讀者也許知道汽車防凍液和用糖水做成的冰棍，其凝固點(diǎn)（或熔點(diǎn)）低于水的凝固點(diǎn)的原理，在這里只要把鐵水看成像糖水或防凍液一樣的溶液，就可以明白生鐵的熔融溫度為什么遠(yuǎn)低于純鐵的道理了。下圖是明代宋應(yīng)星在《天工開物》中所附的古代煉鐵工藝的示意圖。圖中的風(fēng)箱可能是維持反應(yīng)爐中高溫的重要發(fā)明之一。有趣的是，從書中的記載看，當(dāng)時(shí)煉鐵爐的出鐵口是用泥封的，而現(xiàn)代煉鐵用的高爐出鐵口仍然是用耐火泥封塞的。