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科学与人文讲座2022年第22期报道:中国古代冶铁竖炉炉型研究

  • 图文:陈明坦
  • 创建时间: 2022-12-22
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2022129日下午130分,中国科学院大学人文学院第22科学与人文系列讲座于线上举行。本次讲座主讲人为中国科学院自然科学史研究所副研究员黄兴老师,讲座主题为“中国古代冶铁竖炉炉型研究”。中国科学院大学人文学院历史系苏湛副教授主持了此次讲座。

首先,黄老师深入阐述了冶铁技术在文明发展中的重要作用。在两千多年的铁器时代中,钢铁技术和产业是具有全局性、战略性、决定性的关键技术和产业。其科技内涵丰富,行业规模庞大,对国计民生和国际格局产生了重大影响,是衡量社会文明发展程度的重要依据。在中国,生铁及生铁制钢技术体系是中华民族最伟大的发明创造之一,为中华民族多元一体发展进程奠定了坚实基础,为中华文明绵延不绝提供了重要保障。因此,关于中国冶铁技术的研究是中国科技史研究的重要部分,也是了解中国文明的产生、发展及延续的重要通道。

接着,黄老师简要介绍了中国古代钢铁技术的概况,作为必要的背景知识帮助同学们更有效理解本次讲座的核心内容。最早的人工冶铁技术是块炼铁技术,起源于小亚细亚。在公元前6-8世纪,中国发明了竖炉冶炼生铁,其特点是产量大、效率高、用工多、后处理。春秋末战国初,生铁使用和分布地区增多,器物种类繁杂,开始出现生铁深加工制品。由于冶铁技术的发展,从战国开始,铁农工具取代木、石、青铜器具,在生产中占据了主要地位;而到了汉朝时,农具实现了全面铁器化。从春秋到汉代,冶铁、制钢技术领域出现了重要突破,形成了生铁及制钢技术体系,能快速、高效地冶铁炼钢,处于国际领先位置。在此期间,政府设立铁官专营铁业,发掘新兴产业的巨大经济效益和社会效益,以国家力量推广铁器、发展生产,也能直接增加政府收入。东汉初年,汉和帝开放民营冶铁业,在地方豪强的共同推动下,东汉社会实现了全面铁器化。在此之后,随着国家形势的变化,冶铁专营制度屡有兴废,是国家各阶层利益斗争、制度变革的重要方面。北宋王安石变法放开民营冶铁业,推行“二八抽分”税率,冶铁业又得到快速发展,传统钢铁技术在北宋逐渐达到了顶峰。明代官营冶铁业日渐衰落,钢铁技术囿于传统藩篱鲜有重大突破。清代山西采用坩埚冶铁,但钢铁业缺乏创新力,逐渐落后于西方。

然后,黄老师分享了他实地考察过的西平酒店战国冶铁炉、河南古荥汉代冶铁遗址1号竖炉、蒲江古石山汉代竖炉、武安矿山村北宋冶铁竖炉、焦作麦秸河宋代竖炉、延庆水泉沟辽代1~4号炉、荣县曹家坪宋明冶铁竖炉、遵化铁厂明代冶铁竖炉。通过分析以上冶铁炉的复原图(见图2),可总结出中国鼓风器性能与冶炼技术阶段性的对应关系。接着,黄老师运用“两步模拟法”对以上几种炉型进行气流场的模拟和分析,并以圆形收口单风口斜吹型竖炉为例进行模拟试验,从设计、建炉、选料和冶炼等各环节最大程度地模拟了古代竖炉冶炼条件。

图2 古代典型冶铁竖炉复原图

通过对古代冶铁竖炉炉型的研究,黄老师得出以下几点结论。第一,中国古代冶铁竖炉类型丰富、功能多样,通过各式炉缸、炉身、炉口、风口和横截面进行组合改进,先后形成了69式竖炉。第二,早期竖炉已经具备一定体量和合理炉型,可实现矿石还原和渣铁液态分离;后期通过调节高径比、炉身曲线和风口,实现稳产;采用增加炉程、提高冶炼强度等促进间接还原,追求高产。第三,炉型形成与演变受到鼓风条件、木炭强度和建炉材料等外部条件、“顺行、稳产”的技术追求以及冶炼工匠认识能力的共同制约与推动,其中鼓风条件是最活跃的技术因素。

在提问环节,黄老师解答了同学们关于中国铠甲与同时期西洋的制造水平比较等问题。最后,苏湛老师对此次讲座进行了总结,给予了较高评价,并宣布讲座圆满结束。

【图/文】 陈明坦

【主讲人简介】

黄兴,男,2014年毕业于北京科技大学科技史与文化遗产研究院,获博士学位。20138月至201411月,在英国剑桥李约瑟研究所做访问学者。现为中国科学院自然科学史研究所副研究员。主要研究方向为:古代指南针史、古代冶铁史、古代机械史及技术史仿真研究。