《天工开物》记载的生铁转化为熟铁

以下是宋应星在1637年刊印的《天工开物》中对一种精炼工艺的描述。此处及整部《天工开物》中最引人注目的方面，或许是宋应星显然在撰写清晰叙述性散文时所表现出的纯粹愉悦，他此书的很大一部分目的无疑是为了娱乐那些兴趣不在于实用而在于风雅的读者。虽然技术似乎是他的首要关注点，但他也涉足自然科学、经济学和地理学。

他将此过程称为“炒”（精炼），但他描述的过程与我们已知的任何古今中外的精炼或搅炼工艺都截然不同。

从高炉流出的铁水被引入一个敞开的炉膛；在上面撒一种称为“污潮泥”的物质；数名工人用柳木棍搅拌。文字描述和插图（插图的左侧部分）如此精确，以至于毫无疑问宋应星或其资料来源的作者曾亲眼见过非常类似的过程。但这一点很难解释。任何像我一样处理过熔融铸铁的人都会立即反驳说，从高炉流出的铁水流入如此大的敞开炉膛，没有隔热、燃料或任何形式的鼓风，在去除任何显著量的碳之前就会凝固。

大多数译者和评论者似乎没有意识到这一异议。他们用现代平炉炼钢工艺来解释这段文字和插图，并声称那种奇特的“污潮泥”含有氧化铁FeO，通过反应 FeO + C = Fe + CO 帮助去除碳，但这并不能解决问题，因为该反应是吸热的，会加速凝固。

据我所知，唯一意识到这一问题的评论者是一位早期学者——德国冶金学家Adolph Ledebur（1885: 192），一个多世纪以前，他也提出了一个解决方案。一位日本朋友曾给他看了一本《天工开物》，并为他翻译了冶金部分。在他关于此书的文章中，他提出撒在铁水上的“污潮泥”含有硝石（硝酸钾，KNO₃）。Wedding（1874: 264–5; 1901: 254）简要描述了硝石在搅炼中的几种用途，包括Heaton法；另见Gruner（1869）。硝石是一种强氧化剂（这是它在火药中的功能），很可能能够充分加速碳的氧化，以保持温度直到碳耗尽，从而将生铁转化为熟铁。Ledebur补充道：“二十年前Heaton法已证明，使用硝石可以快速将生铁转化为熟铁。”

“污潮泥”的意思（或可以理解为）类似“肮脏的湿粘土”，插图中的标签有“潮泥灰”的异文。在前近代的中国和欧洲，硝石在“硝床”中制造，原料为粪肥、泥土、尿液和木灰（Williams 1975; Needham 1980: 188ff）。在中国，硝床被描述为气味如此难闻，以至于鸟类都避之不及。

在硝床中，发酵产生硝酸钙。用灰处理其溶液可得到硝酸钾和碳酸钙沉淀。“肮脏的湿粘土”和“湿粘土和灰”等术语很可能描述的就是类似硝床的东西。用作火药成分的硝石必须非常纯，但在宋应星描述的精炼过程中，或许某种不纯得多的产品——含有少量但不可忽略的硝石——可能是有用的。

在这种情况下，作者与插图画家之间的关系是什么？插图几乎在每个细节上都与文字相符，因此一种明确的可能性是插图画家只是按照文字绘制，自己并未亲眼见过。一个细节倾向于反驳这一假设：“潮泥灰”的标签（文字为“污潮泥”）。这可能意味着插图画家对工艺有一些不依赖于作者的信息；例如他可能在工人的谈话中听到过这个术语。当然这不是唯一的可能性：文字和插图无疑是在不同时间准备的，宋应星在两种场合可能从他已知的指称这种物质的术语中做了不同选择——无论他是从亲身经验还是从书面资料中得知的。

有一点表明宋应星在此过程中依赖书面资料：文字中提到并在插图中可见的那堵奇特的墙。文字明确说工人站在墙上，但为什么要这样做呢？另一方面，如果他们站在一堵齐腰高的轻质墙后面，则可以提供一些保护，免受飞溅的火花和炉膛强烈辐射热的伤害。我提出一种可能性：宋应星误解了提到这种防护墙的书面资料，而插图画家盲目地遵循了宋应星的文字。

原文

宋应星关于铁的全文及其现代汉语译文见：www.8bei8.com/book/tiangongkaiwu_15.html 凡造生铁为冶铸用者，就此流成长条、圆块，范内取用。若造熟铁，则生铁流出时相连数尺内，低下数寸筑一方塘，短墙抵之。其铁流入塘内，数人执持柳木棍排立墙上，先以污潮泥晒干，舂筛细罗如面，一人疾手撒，众人柳棍疾搅，即时炒成熟铁。其柳棍每炒一次，烧折二三寸，再用则又更之。炒过稍冷之时，或有就塘内斩划成方块者，或有提出挥椎打圆后货者。若浏阳诸冶，不知出此也。

参考文献