我国冶铸生铁技术所以能够比欧洲早一千九百多年发明,并很早得到发展,主要是由于下列两个原因:(1)我国自从殷商时代起,已有悠久的冶铸青铜的历史。殷商时代已有高度的冶铸青铜技术,已能铸造大件的青铜器,像近年出土的“司母戊大方鼎”,带耳高137厘米,重达1400市斤。西周时代冶铸青铜技术也非常高,所铸造的“盂鼎”带耳高100.8厘米,重达307市斤。如果那时没有规模较大的冶金工场和较完善的冶金设备,是不可能铸成的。我们在河南郑州二里冈和安阳小屯的商代遗址,都曾发现过冶铜手工业的工场,规模已相当宏大。在这样一个较好的基础上,自然容易促使冶铸生铁技术提早发明。(2)鼓风方法的革新,是提高冶铁技术的主要关键。冶铸生铁技术的发明和发展,是和冶铁鼓风炉的改进分不开的。无疑的,由于我国古代劳动人民在冶金手工业的劳动中积累了经验,革新了鼓风设备,扩大了冶铁炉,使得冶铁炉的温度有了进一步的提高,这样就发明了冶铸生铁的技术。而欧洲是在使用水力鼓风机械设备的情况下发明冶铸生铁技术的。实际上,要使铁在冶铁炉中熔化成液体,能够流到炉外来,并不一定需要水力鼓风机械设备。如果炉身比较高大,所加的燃料比较充足,运用较多的人力鼓动较大或较多的鼓风设备,同样可以提高冶铁炉的温度,使冶铁炉生产出液体的生铁来。我们只要看明清两代的冶铁炉,它们很多没有用水力鼓风机械设备,不是照样能生产生铁么?近几十年来,我国西北和西南有些产铁地区,还是有用这种“土法”在冶铸生铁的。
利用皮囊鼓风来提高窑或炉的温度的办法,在我们中国是很早发明的。中国在殷商时代已有高度的冶铸青铜技术,已能铸造“司母戊大方鼎”这样巨大的青铜器,铜的熔点约为1000摄氏度,如果那时没有鼓风设备,就很难想象他们是如何提高冶金炉的温度的。河南郑州南关外商代冶铜遗址、安阳殷墟附近商代冶铜遗址以及山西侯马东周冶铜遗址,都曾发现陶质鼓风嘴。
中国古代的冶铁炉是很早就有鼓风设备的。古时的鼓风设备是一种特制的大皮囊,形式和当时一种盛物的叫做“橐”的皮囊相类似,两端比较紧括,中间鼓起好似橐驼(即骆驼)峰,旁边有个洞口装着筒管通到冶铁炉边。在这个大皮囊上有把手,用手拿把手来鼓动,就可把空气不断地压送到冶铁炉中,以促进炉中木炭的燃烧,从而提高冶铁炉的温度。这时的冶铁炉,叫做“ ”。鼓风的大皮囊因为形式像橐,就叫做“橐” 。橐上吹出空气的筒管因为和管乐器的竹管差不多,就叫做“龠”,瓦制的叫“ ” [1] 。这种鼓风设备或者总称为“橐龠”。这个冶铁鼓风炉,或者总称为“ 橐”。西汉冶铁的主要工具,有 、橐、埵(或作锤)、坊四种 [2] 。埵或锤,据《淮南子·本经篇》高诱注是“铜橐口铁筒”,就是铁制的“龠”,橐便是从这个管子压送空气入炉的。坊,据《淮南子·齐俗篇》高注是“土型”,即是土制的模型。在这四种工具中, 、橐是最重要的。
战国时代的道家著作《老子》,曾把宇宙间整个空间比作这种鼓风设备。书中说:“天地之间,其犹橐龠乎?虚而不屈,动而愈出。”这种鼓风用的大皮囊很富于弹性,在空虚的时候是鼓起来的,愈是鼓动它,空气也就愈吹出来,确是“虚而不屈,动而愈出”的。张衡《玄图》说:“橐龠元气,禀授无原。”陆机《文赋》说:“同橐龠之无穷,与天地乎并育。”就是采用《老子》的说法的。因为古时冶铁是拿着大皮囊的把手来鼓动吹火的,所以这样的操作就称为“鼓”,冶炼铸铁往往被称为“鼓铸”了。唐代孔颖达所著的《春秋左传正义》,解释《左传》昭公二十九年的“一鼓铁”,就曾说:“冶石为铁,用橐扇火,动橐谓之鼓,今时俗语犹然。”
战国时代,由于开矿技术和冶铁鼓风技术的进步,封建统治阶级已把这些生产技术和设备运用到兼并战争中去。他们不仅把开矿技术运用到攻城的战争中去,开始使用地道战术;而且把冶铁鼓风设备作为抵御地道战的防御武器。根据《墨子》的《备城门篇》、《备突篇》和《备穴篇》,当时运用“ 橐”来防御地道战的具体方法是这样的:凡是遇到敌人在城墙上掘洞或是从地底下掘地道向城里进攻的时候,必须先挖掘深井,使听觉灵敏的人吊到井中,伏在用薄皮裹口的大陶瓮上静听,察知敌人所掘地道的方位,然后挖掘地道前往迎接它。等到地道快要掘通到敌方地道的时候,就得建筑灶、窑、 等设备,烧柴艾。等到地道掘通到敌方,就得用木板挡住,使有一孔通向敌方,用“橐”来鼓动,把灶、窑、 中的烟压送到敌方的地道中去,以窒息敌人。或者把整个井穴作为 灶,烧柴艾,用盆把井口封住,只留一孔,用“橐”来鼓动,把烟压送到敌方地道中去,使敌人不能从地道攻进城来 [3] 。这是战国时代普遍应用的一种战术,这种战术还曾沿用很长的时间 [4] 。战国时代战争中如此广泛地应用“ 橐”,是当时冶铁手工业的生产中“ 橐”技术进步的结果。
我国炼铁技术是在炼铜技术的基础上发展起来的。春秋时代的炼铜设备已使用竖炉。1976年在湖北大冶铜绿山古矿冶遗址发掘出三座保存基本完整的春秋时代的炼铜竖炉。炉型为圆锥形,由炉基、炉缸、炉身三部分组成。炉基筑在当时的地面下,有通风沟横贯炉底。炉缸架在通风沟上,内壁用高岭土涂糊,外壁用红黏土混合铁矿粉夯筑而成。内外壁共厚30—40厘米。炉缸的水平截面呈椭圆形。炉身上部倒塌,按照炉壁留存烧瘤高度及鼓风口位置推算,整个炉高1.2—1.5米左右。作为出铜、出渣的“金门”筑在炉缸壁的下部,呈半圆形。鼓风口筑在炉缸壁上。原有两个鼓风口,现残存一个,呈喇叭形,口径约5厘米。炉旁筑有工作台,用于加料和放置鼓风设备 。同时熔铜设备,既有中型和小型的坩埚炉,也有大型熔铜炉。
我国古代的炼铁炉,除了简单的块炼炉以外,主要冶炼铸铁的炉也有高炉(即竖炉)和坩埚炉两种,就是在炼铜竖炉和熔铜坩埚炉的基础上发展起来的。我国古代熔铜技术,采用“内加热”的办法,就是把铜料和木炭一起加入炉中并鼓风燃烧来熔化的。“内加热”熔铜的热效率较“外加热”为高,可以取得较好的熔铜效果。我国古代冶炼铸铁的坩埚炉和高炉,也都采用“内加热”的办法,把碎的铁矿石和木炭分层加入炉中并鼓风燃烧来熔化的。正是因为我国很早就有发达的炼铜铸铜技术,冶铸生铁技术很早就发明了,并得到较快的发展,生铁很早就成为冶铁手工业的主要产品。
冶铸生铁技术的快速发展,可以说是我国封建社会前期炼铁技术的主要特点。到目前为止,战国冶铁遗址还没有进行较大规模的系统发掘,当时炼铁炉及其冶炼技术的情况,我们还不够明了,但是从大量出土的生铁铸件来看,当时生铁已成为冶铁业的主要产品。
从文献记载来看,战国、秦、汉的冶铁业已经普遍采用鼓风冶铁炉冶铸生铁。根据《史记·货殖列传》记载,卓氏的祖先本是赵国人,当秦攻破赵国时,卓氏被迁到了临邛,在临邛“即铁山鼓铸”,富到有僮(奴隶)一千人。又孔氏的祖先原是魏国人,当秦征伐魏国时,孔氏被迁到了宛,因在那里“大鼓铸”,富到有几千金的家产。所有这些战国、秦、汉间经营冶铁业的大商人,他们的冶铁技术,或者说是“即铁山鼓铸”,或者说是“冶铸”,或者说是“大鼓铸”,很显然,都已使用鼓风冶铁炉,都已采用冶铸生铁技术。
所有汉代的历史文献,谈到冶铁,没有不称为“冶铸”或“鼓铸”的。例如《汉书·张汤传》说:“赵国以冶铸为业,王数讼铁官事。”《汉书·徐偃传》说:“偃矫制使胶东、鲁国鼓铸盐铁。”说明当时已普遍应用冶铸生铁技术。汉武帝元狩四年(公元前119年),西汉政府把盐铁业收归官府经营,次年任用大商人东郭咸阳和孔仅做大农丞,管理盐铁业。东郭咸阳和孔仅奏请汉武帝在法律上规定:“敢私铸铁器、鬻盐者 左趾,没入其器物。” 这样在法律上规定禁止“私铸铁器”的条文,可见这时铁器大都是用生铁铸造的。汉昭帝始元六年(公元前81年),西汉政府召集了天下的开明绅士所谓“贤良”和读儒家书的所谓“文学”六十多人来到京师,和御史大夫桑弘羊辩论盐铁和酒的官营政策。桑弘羊说:官府里有“卒徒”“作铸铁器”。又说:过去豪强大家“采铁石鼓铸,煮海为盐” 。又说:由官府“铸农具”,可使人专心本业,不经营末业。而贤良们却说:官府“鼓铸铁器”,大都是大器,不适合民用 。从这些辩论中,也可以清楚地看到当时铁器主要用生铁铸造。
东汉已有生铁的名称,《淮南子·修务篇》:“苗山之铤,羊头之销。”东汉许慎的注说:“销,生铁也。” 同时《神农本草经》的玉石部,已把“生铁”列入药中,说:“生铁微寒,主疗下部及脱肛。”最古的医书《素问》,其《病能篇》曾说有一种病名“阳厥”的,患这种病的人常常发怒,医治要“以生铁落为饮”。并且说:“夫生铁落者,下气疾也” 。所谓“生铁落”是生铁上打落下来的细皮屑。同时东汉也已有熟铁的名称,许慎《说文解字》说:“ ,铁之耎也。” 就是软铁的专门名称,软铁也就是熟铁。生铁是对熟铁而言的,软铁是对硬铁而言的。