冲天炉

冲天炉自古以来就是熔化铸铁（以及许多其他金属）的常用炉子。今天在一些地方仍在使用，尽管在现代，其他更方便的技术更常用。右侧示意图展示了基本原理：铁、燃料，通常还有助熔剂（石灰石）从顶部装入，空气在靠近底部处鼓入，燃料燃烧将铁熔化，铁水从底部放出。在古代燃料是木炭，现代通常为焦炭。铁料可以是高炉生铁锭，但更常见的是废铁或废钢。若装入低碳铁或钢，它会从燃料中吸收碳，直至其熔点降到足够低而熔化。

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此处展示了一座更古老、更简单的冲天炉的操作。鼓风由蒸汽机驱动。右侧的人负责开关出铁口。一面小屏风保护他免受白热铁水辐射热的伤害。

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一座近代中国冲天炉

在此我们将首先看一些近代和传统的冲天炉，主要在中国，然后讨论我们从更早时代所了解的中国冲天炉。左侧是一幅晚期传统冲天炉的示意图。在中国炉子中很常见，它可以拆分成几段，便于维修。下方是一座经过若干改进以提高效率的冲天炉的示意图和照片，以及一段展示类似炉子操作的影片。

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“受欧洲影响的中国冲天炉”的示意图和照片，可能在上海，来自 Gottwald 1938。照片分别展示炉子在操作中和拆卸维修的状态。尺寸单位为毫米。欧洲影响体现在使用多个风口以及底部便于维修的底板。

一座老式中国冲天炉

小型三段式冲天炉

在过去，有时会采用各种策略来避免竖炉（高炉或冲天炉）侧壁上的孔洞。风口和出铁口是容易发生事故的问题点。

一种有时用于小型铸造厂的冲天炉没有出铁口。像许多较大的中国炉子一样，它分为三段建造。以常规方式装入铁和燃料，鼓入空气，燃料燃烧，铁熔化。然后移除上段，将铁水从底部倒出。关于这种炉型的最佳文献资料是欧洲罗姆人（Gypsy）铸铁工的这些插图。

罗姆人是一个游荡的民族，传统上无固定住所，无文字。因此他们的历史模糊不清，但似乎是在中世纪从印度来到欧洲，他们可能是欧洲最早的铸铁工。他们的技术无疑最初来自中国。

我尚未在中国找到这种炉型的插图，但此处转载了一位外国旅行者1899年在广州附近某地的详细描述，以及大约同时期老挝一座类似炉子的质量不佳的照片。

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读到工人“将坩埚抱在怀中，可以说是紧抱在胸前”令人震惊。铁水辐射热的效果在下图左侧一些工人的脸上可以生动地看到。此操作中防护辐射热的一种方法如右图所示。

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风口从炉口插入的冲天炉

有时通过将风口从炉口插入来避免使用侧壁风口。这一技巧在中国古代的青铜和铸铁铸造中都有使用，我们将在下文中看到，但在近代似乎很少见。下图右侧是1960年代阿富汗的一座此类冲天炉。左侧的中国绘画可能展示了类似方法，将风口插入坩埚口。

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通过倾斜出铁的冲天炉

这是另一种避免开关出铁口事故的方法。出铁口位置高于铁水液面，始终敞开。通过倾斜整个炉子来出铁。我们已经在传统中国高炉中看到过这种布置。以下插图展示了这种布置在中国和泰国一些传统冲天炉中的应用。

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泰国的传统冲天炉，Robert Thomsen 摄于1970年。

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14世纪的中国冲天炉

关于宋元时期铁的熔化和铸造，我们似乎只有一份资料，《熬波图》，这是陈椿在1333–1335年间对华亭（今上海附近）煮盐铁盘铸造的描述。

此处展示了陈椿熔化炉插图的晚期版本。这是一座冲天炉，由两台人力单动箱式风箱鼓风。陈椿称炉子用“砂、白土、炭末、麦穰和泥”建造。炉料为旧铁锅和木炭等重混合。炉前地上挖有大型煮盐铁盘（或特大型铁盘的一部分）的铸型：当出铁口的粘土封口被敲开时，铁水通过流道流入铸型。

中国考古发现的冲天炉

古代用于熔化青铜和铁的炉子仅从铸造遗址发掘的碎片中得知。考古学家对这些碎片进行了深入研究，以期复原古代炉子，李京华的工作为这一课题带来了新的清晰认识。

早期熔铜冲天炉

许多商周器物过去被认为是“坩埚”碎片，现在已知其内表面暴露的温度远高于外表面。因此它们必是一种冲天炉的碎片，但由于侧面没有孔的痕迹，必须假设空气是从顶部鼓入的，且铜水是倾倒出来的，而非通过出铁口放出。 以下插图展示了一座此类炉子，以及李京华对其使用方式的复原。它是一个大型陶缸，为增加强度而制，内外涂抹掺草粘土以耐火和隔热。一个套圈放置在缸口上以增加高度。装入木炭和铜料并点燃，通过一根或多根插入炉料中的风口鼓入空气。当金属熔化后，取下套圈，将铜水注入铸型（或注入浇包，再从浇包注入铸型）。李京华认为早期是通过口吹这些管子鼓风的；或许如此，但人们不免怀疑某种形式的风箱是很早的发明。

左：郑州商代遗址出土的熔铜炉的照片和示意图（器物编号 C5.3T302②:83）。转载自《郑州商城》2001: 第339页，图版54.1，原称为坩埚。右：商代熔铜炉可能如何使用示意图。李京华 1994: 145。

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右图展示了若干较晚类型的熔铜炉之一。它分为三段，有一个掺草粘土制成的风口，推测由某种风箱鼓风。

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战国时期的铸铁冲天炉

李京华研究了两处战国时期的大型铸铁遗址。他复原了几种不同类型的熔化炉。第一种是小型分段式炉，与正上方所示的熔铜炉类似，直径约0.9米，壁厚4–6厘米。这种类型自然与近代几个世纪使用的传统三段式冲天炉非常相似，尽管后者是从侧面孔洞鼓风而非从顶部。这种小型分段式炉似乎从未停止使用，但更大、产量更高、无疑也更高效的炉子在战国时期结束前就已投入使用。下图展示了其中两种，大型竖炉不能像小型炉那样出铁。这种炉型必有出铁口，尽管似乎尚未找到直接证据。出铁口用粘土堵塞，直到底部积聚一定量铁水后，敲开塞子让铁水流出，然后重新堵上。与这一时期复原的所有铸铁炉一样，风口是从炉口向下插入的。右侧所示的基本设计的更精致版本是用耐火砖砌筑，以铁板加固。

汉代的铸铁冲天炉

多处汉代铁厂遗址发现了冲天炉，包括古荥镇、铁生沟和瓦房庄。瓦房庄发现了九座，中国冶金学家和考古学家据此做出了如右图所示的复原。它用砖砌筑，内外层为耐火粘土。高3–4米，内径约1.5米。底部包括一个高17厘米的空腔，由12–15根圆柱形砖支撑。所用燃料为木炭。

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炉子的设计表明，对以较高燃料效率产生高温给予了极大关注。中空底座和厚壁（20–30厘米）提供了隔热。可以看到，来自风箱的空气通过管道沿炉子一侧上升，越过顶部，再沿另一侧下降至风口。这种布置回收了否则会从顶部散失的热量。有充分的理由推测存在某种类似布置：许多出土陶管曾承受如此高的温度，以致其表面部分玻璃化，玻璃滴流的方向指示了管道在使用时的空间方位。

参考文献

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