炉温与中国冶金

中国和西方的冶金术的发展次序其实是一样，不过是时间各有不同，当然一些细节也不相同。西方的最早出现的砷铜、块炼和熟铁渗碳炼钢同样在中国出现了，不过其过程很短暂，出土的早期实物也有限，但冶金技术发展过程中的每一环都在中国发现了对照的实物。不过从中国的砷铜和青铜以及块炼技术和生铁铸造技术相距如此之近来看，最早的炼铜和炼铁技术从外部传入也有很大可能。

要搞清楚冶炼技术的发展必须要对铜铁制品有点了解。如古代的铁制品，不管其含何种元素，本质是碳铁合金，其机械性能是由碳铁合金内部的结构决定。最简单的就是按照含碳量的多少划分的生铁，钢，熟铁，其特点是硬而脆，坚而韧，柔而软。细分就要分析其中铁素体，奥氏体等的比例，现代考古技术已经可以分析铁器的各种成分和结构。而铜制品一样是各种不同成分的铜合金。除了机械性能于人类的需求相联系，其冶炼特性更与人类的冶炼能力紧密关联，这就要涉及金属的冶炼方法，特别是冶炼温度与熔点。来乱说几句金属冶炼与温度的关系，特别是冶金术演进与炉内温度提高的关系，下面的温度均为摄氏度。

西亚和中国早期的冶金路线基本一致：

天然铜/天然锌铜合金-（锡铜/砷铜）-青铜 - 天然铁-块炼铁

中国和西亚的早期铜制品中除了天然的铜和铜锌合金还有砷铜及锡青铜，但有些学者对砷铜等的冶炼方式还存在异议，特别是中国的天然铜、锡铜和砷铜等极早期铜器发现甚少，时间上也仅限于二里头二三期，这里暂且不论。纯铜的熔点是1080度从孔雀石冶炼到纯铜要1100度左右，加入锡石温度就降到900多度。就后来技术最成熟的铅锡青铜来说，其熔点仅为800度左右，即此时已为液态。这个温度已经很接近陶器的烧制温度（700度左右），融化后的青铜可以很方便的使用坩埚熔炼。特别的是青铜的机械性能也比纯铜要好得多。

再来看铁，最早的铁器多为取自陨铁的铁镍合金，其机械性能好耐腐蚀，性能显然强于青铜，所以古人往往将其镶嵌于青铜器刃部，如河北藁城和北京平谷所出之铁刃铜器。但天然陨铁甚少，毕是珍惜之物，不过人类也从中认识到铁的性能。

大约在春秋时期中国有了块炼法所出的熟铁，即低碳的铁碳合金。铁矿石在500度就可以还原，块炼法要能产出成块的海绵状铁大约要800-1000度以上，并且要在冶炼炉内杂置铁矿石和碳。块炼法生产出的海绵状铁还不 能用，且其熔点高达1500度以上，早期条件下不能熔铸需继续锻打成熟铁块才可使用，不过这种熟铁很软，无法作为对性能要求高的兵器。若对于这种低碳的熟铁块采用渗碳技术继续锻打，则可产出中等碳含量的钢。在中国这种铁剑多产自吴楚，其性能也明显强于青铜，但是需要反复锻打，造价极其高昂，很多人相信干将莫邪就是铸的钢剑，可见这种方法产钢之不易。

中国人较早发明了技术要求高却生产简单的生铁铸造技术，只要继续提高炉温到1200度左右，就可以从铁矿石中冶出生铁。生铁的熔点为1100多度，相对熟 铁较易熔铸。而中国在青铜冶炼方面不断提高温度的技术（如对大冶山古铜矿遗址的考察发现其冶炼温度已经高达1200度）为较早得生产生铁和瓷提供了重要条 件。更有甚者，战国时燕下都？出土了大量的冷铸兵器和工具，冷铸的灰口铁需求温度高达1500度，但其成本却相对低廉，生产出的冷铸生铁性能更好。对比当 时的青铜，生铁硬度高而韧性则稍差。不过有了生铁采用炒炼等去碳方法也可方便地产出既坚又韧的钢。

在早期冶铁遗物中既有块炼之熟铁也有铸造的生铁。如果从技术角度推断，应该是需要温度较低的块炼法在前而生铁在后。不过熟铁在中国出土很少，仅有少数铁条状物品，不像西方，熟铁主导了相当长时间。这一方面是可能是块炼法传入中国晚，而中国的青铜冶金技术发达，古人也不会花费更高的造价去生产太多机械性能不如青铜的熟铁，生产出来的熟铁更多的用来进一步锻打成钢，以获得更好的性能。另一方面是中国较早出现了更先进的生铁铸造技术，大量应用于工具农具等对性能要求不是非常高的领域。

综上可知金属熔点顺序是熟铁》生铁》青铜，不过几种主要主要材料所需温度应该是生铁》瓷器》熟铁》青铜》陶器，这也与这几种材料先后产生的顺序相一致。说明人类使用材料的进化史中主要的技术困难或者技术进步就是温度。

虽然冶金技术发展的环节大体一致，但如果拿中国对比西亚（Fertile Crescent）这一人类文明最早显现端倪的地区的冶金发展进程作对比可以发现一个有趣的现象。西亚无论是铜还是铁的早期冶炼都领先于中国，却在后面的冶金技术发展中落后了。而中国的最初的铜铁冶炼阶段突然而短暂，但后来的技术水平则大大超前。当然这可能是考古发现的缺失，不过仅就现有的资料我做几点猜测。对于青铜器而言，铜，锡，铅三者的合金，很不幸这三种金属又相对较少（对比铁）。而西亚一代缺铜和锡，所以西亚的青铜器物形制上薄壁较多，其工艺上也已锻造为盛。各种锻打的青铜片板组成了西亚各种精巧复杂的青铜器。而对小型器物和精细结构的不断完善也导致西亚很早就出现了失蜡法。而中国是铸造的青铜往往很厚重，特别是很多器物都是厚壁。而中国最早期的青铜器（二里头时期）也是薄壁的，而此风至商代则为之一变。根据铅同位素的研究，一种高放射性成因铅在商代青铜器中大量出现，而这种高放射性成因铅的来源则指向了中国西南，云贵川边一带。那么中国人能奢侈的使用大量青铜就可能是以大量的铜锡铅矿藏作为基础的。而这种形体巨大青铜的冶铸也对冶炼炉的大小和温度提出了更高要求。那么在早期铁矿块炼法传入中国后，由重厚青铜器铸造刺激而生的大型高温冶炼炉为中国更早的冶炼出生铁提供了技术储备。铁矿石相对不是很稀缺的资源，特别是对于高温冶炼来说。不过富铁矿和富铜矿在中国都很少，这又可以解释中国在最初期冶炼技术上的滞后。毕竟金光闪闪的天然铜或铜锌合金还有冶炼及其方便的富铁矿比绿色的孔雀石暗淡无光的铁矿石对人类的吸引与启迪更大。

不说明中国在铸铁炼钢领域的领先地位也就无法说明中华文明在"封建"时代的巨大成就，当然这也不代表要把中国古代的铸铁炼钢技术说的超过西方近代的炼钢炼铁术。反之亦不能因为西方近代冶炼技术的进步就认为西方的冶金发展之路就是唯一的康庄大陆，而中国的冶金发展走入死胡同。如果真是这样，那么为什么走在康庄大路上的西方冶金业没有在14世纪之前展现其魅力呢。人类冶金的发展从来不是单纯只受冶金技术的影响，各种因素错综复杂。可能是最近重读Guns, Germs and Steel的影响，这里提出一个资源地理的假说，供大家一乐。