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)程中的一個新時代——鐵器時代，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，都是因為有了“鋼筋鐵骨”才成為現(xiàn)實的。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。總之，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整體。

　　考古學(xué)家已經(jīng)證實，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周期的每個族只有一個元素，但是第Ⅷ族卻并列了三個元素，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)時能夠達(dá)到的最高工藝溫度了）用木炭（這是當(dāng)時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)鍛打刀劍犁鋤時的情景，就可以想像出古代人們在發(fā)現(xiàn)和制作鐵器時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·地數(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)時已經(jīng)有了由赤鐵礦煉鐵的實踐活動。

　　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)卻是差不多同時形成的。冶煉生鐵的技術(shù)要求鐵處于液態(tài)，可當(dāng)時所能達(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。