高炉

在所谓铁的“间接冶炼”中，熟铁通过两步法从矿石产出。第一步，矿石在高炉中冶炼，产出含碳量通常为3–4%的生铁。第二步，全部或大部分碳分被去除。在早期，无论中国还是西方，脱碳都是在精炼炉中完成的，这将在其他页面讨论：此处、此处和此处。

高炉以连续长时间运行的方式从矿石产出液态生铁。在现代，这一周期以年计。在更早的时代，操作可能持续数天或数周才需要停炉维修。

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在高炉中，铁矿石、燃料（木炭或焦炭）和助熔剂（通常为石灰石）从炉顶连续装入，空气从底部鼓入。燃料燃烧将炉内物料（称为炉料）加热至高温，同时提供富含一氧化碳（CO）的气氛，将铁的氧化物还原为金属铁，并使铁渗碳至3–4%碳。液态生铁和液态炉渣从底部定期放出。

高炉操作

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高炉是现代工业中使用的最大机器，因为其效率随尺寸增大而大幅提高。当今世界最大的高炉位于北京。另一座非常大的高炉位于日本千叶县。

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现代高炉被众多辅助设施所包围，如上图所示，很难看清高炉本身及其操作。以下早期高炉操作的影片则更易于观察。

这部影片拍摄于1954年，为英国德比郡的斯坦顿铁业公司做广告。它非常出色地描述了当时的高炉炼铁操作。影片还讲述了斯坦顿生铁的卓越品质和公司的伟大企业责任，但我们无需理会广告宣传。

这部影片结合了1918年和1926–27年拍摄的素材，展示了两座非常老式的瑞典铁厂中的炼铁过程。影片展示了木炭生产、高炉冶炼以及生铁精炼为熟铁的过程。

这部日本电视影片可能拍摄于1970年代，展示了山西阳城县高山中横河犁镜厂一座非常老式的中国高炉（此处称为“犁炉”）的操作。铁水从炉中直接浇铸成铸型。

关于这种炉型的更多技术信息见吴坤仪和苗长兴（1994）的论文。另见刘培峰等（2015: 60–61）。

该遗址的操作于20世纪末终止，但已被提议为世界遗产，因此保存完好（刘培峰 2014: 37）。关于该遗址的更多信息可通过Google、Yahoo或百度搜索找到；以下是一个有趣的网页，内含更多链接：
源远流长的生铁冶炼技艺

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伊朗北部马赞德兰的一座传统高炉

1927年伊朗北部马赞德兰“Lawitschtängä”的一座高炉照片和草图。转载自 Böhne (1928: 1579)。高约3米。Böhne描述的中文翻译。

中国传统高炉

从19世纪和20世纪初，我们拥有大量关于中国各地高炉的描述。外国和中国旅行者有的将其视为奇观，但在1937年日本侵华后，中国陷入孤立，钢铁进口中断，对传统铁工业的严肃技术研究开始启动，无论是在四川—重庆的国民党根据地还是在延安的共产党根据地。

在大跃进时期（1958–59年），发表了大量关于各地传统铁生产技术的研究。其中一些毫无价值，但更多是工程师们优秀的严肃记述，可以帮助考古学家理解早期技术。

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关于传统技术，首先要注意的是其地域差异极大。这无疑是因为它们是在师徒传承传统中分别发展起来的，在每一代中通过微小变异逐渐形成截然不同的技术。

其次要注意的是，最大型、最高效的技术到1800年左右已基本消亡，原因之一是廉价进口铁的竞争。因此我们缺乏关于中国最先进高炉的技术研究。在偏远地区，由于外国进口的竞争较小，当地传统技术得以延续到20世纪，如上文日本影片所示。正是这些技术我们有较好的技术文献记录。

中国考古发现的高炉

河南郑州古荥镇的汉代高炉

在众多汉代铁厂遗址的发掘中，河南郑州古荥镇的发掘对我们的目的最为相关。该遗址上建有一座博物馆，我于1987年与李京华博士一同前往参观。

此处所见的大型铁“炉瘤”是某种操作事故的产物，显示了炉体下部的形状和一个风口的位置。（“炉瘤”是高炉底部积聚的铁和炉渣的烧结块。）

李京华等人对高炉的复原如下图所示。

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高炉用夯土支撑，如图所示。

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河北邯郸附近武安县矿山村的宋代高炉

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直到1950年代，矿山村仍矗立着几座古代高炉。2012年时仍有两座，但如今仅此一座留存。经校正的碳十四测年在95%置信水平下为810–990年，即晚唐或北宋时期。宋代此地属磁州，是当时最重要的产铁区之一。

我们在矿山村所见可能是像此处所示传统高炉那样的内炉体，带有木质外框架以及框架与炉体间的夯土填充层。

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黑龙江的金代高炉

下图展示了在河南、江西和黑龙江多地发现的一种高炉类型。它们直接依山坡而建，以省去坚固的外部结构。

黑龙江阿城县东川的5号和4号高炉，来自王永祥（1965）。左：两座高炉；中：4号炉；右：4号炉示意图。

这种类型似乎最适于黄土地区及其沟壑纵横的地形。在数米高悬崖上方的平坦处挖一个2–3米深的竖井。从悬崖侧面挖一条水平隧道通至竖井，并用花岗岩板加固。整体用较小的石块衬砌，以粘土勾缝，然后涂抹耐火粘土。底部下方常挖第二条隧道，可能是为了散热和减轻炉底开裂。在操作中，高温将周围未扰动的黄土烘烤成厚达半米的坚硬红层。

另见拙作“Blast furnaces in Song–Yuan China”

广东的明清高炉

约1680年，屈大均在《广东新语》中写道“铁莫良于广铁”。其著作对该产业及其技术有所描述。

广东新语•货语•铁

而广铁之中，又以罗定之铁为最佳。广东省博物馆的考古队在1978年和1982年调查了罗定县的炼铁遗址。他们在此发现了众多村名带有“炉”字的村庄，每处均发现了炼铁遗迹。

在名为“炉下”的村庄发掘了一座高炉。发掘报告给出了如左图所示的示意图，但与文字描述并不完全吻合。根据描述，炉子出铁口以上的整个北墙已缺失，南墙剩余高度为271厘米，原高为6–8米。示意图中标注的尺寸是发掘时炉体上部剩余部分的尺寸。

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约公元1600年一座英国高炉的发掘

这部影片是“Time Team”（时间团队）的一集，这是英国一档受欢迎的考古电视系列节目。在每集中，考古学家们试图在三天发掘中回答一个特定问题。本集涉及一座文献中记载的高炉。一些最重要的英国考古冶金学家参与了此次发掘：David Cranstone、Gerry McDonnell和Tim Young。

参考文献

最后编辑：DBW，2023年2月23日

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