耐火砖的历史

战国以后，由于冶铁技术的进步，社会经济制度的变化，社会对铁的需求增加，铁矿的开采，铁的冶炼和铸造成为关系国计民生的重要手工业，于是冶铁业开始发展起来。

战国时期开发的铁矿很多。战国时期的《山海经》、《五藏经》中有37座产铁山，南阳有“帝王”。NF9A5？“其阴满铁”山大约在今天河南省泌阳县和南阳县之间；另一处是“兔床之山，‘其阳满铁’”，大约在嵩县和南阳县之间。

战国时期，各国都有冶铁手工业，其中以韩国和楚国的冶铁手工业最为发达，也有最著名的冶铁手工业。当时南阳已经成为战国时期著名的冶铁中心。

《荀·子怡兵篇》记载:“万举铁(叶澄)如蜂螫之惨。”到秦汉时期，铁器和冶铁技术已在广大地区广泛传播和使用。

考古发现，西汉初期铁制农具和工具已经取代了铜、骨、石、木。到西汉中期，随着冶铁技术的发展，铁锻造工具增多，铁兵器逐渐占据主要地位。直到东汉时期，所有的主要武器都是钢制的，从而完成了武器和生产工具的铁器化过程。

？西汉初年，冶铁业可以由商人经营。

魏的孔氏曾经经营冶铁业。秦灭魏后，被强行迁到南阳，靠冶铁致富。

西汉武帝在位期间，任命南阳大冶铁商孔为“大农，统领盐铁业”，管理全国的盐铁业，南阳成为全国设置铁官的手工业基地之一。

南阳瓦房庄发掘的汉代冶铁遗址中，西汉冶铁文物(炉基、耐火砖、鼓风管、模具和铸造用铁器，包括铁犁铧、铁钹、铁钹、斧等。)被发现。

到了东汉，在西汉的基础上，南阳冶铁作坊数量增加，规模空前扩大，技术显著提高。

建国后在南阳附近发现的冶铁遗址有:南阳市北关瓦房庄冶铁作坊、桐柏县张北村大占陂冶铁遗址、南召县铁炉村、泰山庙、曹甸冶铁遗址、方城县赵贺村、镇平县安国市铁凡、铸铁遗址、西峡县白石尖冶铁石。

1959至1960南阳市北关瓦房庄汉代冶铁遗址发掘，主遗址面积2800m？2.发现大量冶铁遗迹和遗物，包括9座熔化炉、8座炸钢炉和1锻造炉。

发现在当时的生产条件下炼铁过程中使用的是热风炉，是我国较早的节约热能的炉子。

铸造用的模具和模型近40种。

从文物考古发掘的遗迹可以看出，南阳已经成为当时全国的冶炼铸造中心。

二、冶铁技术和工艺的发展

秦汉时期冶铁技术进一步发展。

高炉炼铁已成为一种经济有效的炼铁方法。

高炉炼铁从上装料，从下鼓风，造成炉料下落和煤气上升的相对运动。

燃料产生的高温气体通过料层上升，将热量传递给炉料，其中含有的一氧化碳也还原氧化铁。

这样，燃料的热能和化学能同时得到充分利用，下部炉料逐渐减少甚至熔化，上部炉料从炉顶慢慢下降，燃料被预热到更高的燃烧温度。

这确实是一种合理的冶炼方法，所以生命力很强，流传了很久。

其冶炼水平的发展表现在以下几个方面:

？首先，高炉炼铁的筑炉技术已经达到很高的水平。

有些是用高硅含量的黄色或红色耐火粘土烧制的矩形或弧形耐火砖建造的。

南阳瓦房庄遗址出土的耐火砖，不同部位的材质、厚度、形状不同。

有的用直径0.3 ~ 0.5 cm的白色石英砂颗粒混少量细砂。

有些是用混有泥土、黄泥和大量石英砂的草制成的。用的石英砂不仅是天然的，还有加工破碎的。

这些耐火砖的耐火极限在1463℃到1469℃之间，这显然是耐火土中掺入高硅的砂石的结果。

鉴于中国古代高炉多为酸性渣，这种高硅含量的酸性耐火材料是合适的。

？其次，高炉炼铁所用的原料大部分已经加工完毕。

冶炼厂从长期的实践经验中发现，炉料的纯净粒度可以降低对气体的阻力。

因此，在冶炼之前，必须对原料进行加工。桐柏县张凡村遗址出土了数千吨矿石粉，表明当时对矿石加工十分重视。

？除了高炉炼铁，西汉时期还发现了坩埚炼铁技术。

南阳市北关瓦房庄遗址发现坩埚炉17座，其中3座较为完整，几乎呈长方形。

其中一座长3.6米，宽1.82米，深0.82米。

该炉的施工方法是在地面上挖一个长方形的坑，留下炉门，捣实后在四周墙壁上涂一层薄薄的泥。

炉顶采用弧形耐火砖，砖的大小不一。砖的内表面涂有一层耐火泥，厚度约为1 cm，泥的表面仍有一层薄薄的灰白色岩浆。砖的背面涂上厚厚的(约5厘米)草混合泥。

有些是用土坯和草混合泥土建成的。

炉子由四部分组成:门、池、窑室和烟囱。

门在炉子的前端。用于装炉和通风时，左右墙壁烧成砖灰色。

水池在门里面，周围的墙也是烧砖灰的。池底有厚度约1 cm的细砂，燃烧时作为“风窝”。

炉呈长方形，外围壁上有混泥的草，火很轻。用于盛放成排排列的坩埚、木柴、木炭等燃料，炉后有三个烟囱，用于排出炉烟。

有些炉子里装满了木灰，有些炉子底部有很多烧过的土块和砖块碎片。

发现有三个坩埚，都是椭圆形的陶罐，内有约3 ~ 4厘米厚的混草泥。泥巴内部是烧红的砖，表面是亮暗黑色，还有一层灰白色的亮岩浆。

此外，铁渣碎片粘在坩埚内壁上。

从熔炼炉的结构和后世流传下来的坩埚炼铁法可以推断，当时的炼铁法是这样的:先将碎矿、木炭和助溶剂混合后装入坩埚，放炉前在炉底铺上适量的砖屑，使炉底通风；并留出许多“火孔”放易燃物以便点燃，然后铺上一层木炭，在木炭上安装一排排坩埚；然后在这层坩埚上铺一层木炭，在木炭上安装一排排的坩埚。待炉满后，可从“火嘴”点燃，吹气使坩埚内的矿石还原溶解成生铁。

？第三，爆破技术的发展。

高炉炼铁和炼铁技术的发展离不开鼓风技术的提高。

在中国古代，炼铁高炉是用皮革制成的。

随着时间的推移和经验的积累，人们逐渐改变了吹的方法。

在大型熔炼炉中，不仅有一台鼓风机，还有鼓风机和鼓风机管，这样可以使炉内燃料充分燃烧，提高炉温，加快熔炼过程。

在瓦房庄冶铁遗址中，出土了大量的鼓风管，其中包括一些带弯头的陶瓷鼓风管。粗端内径约100mm，细端内径50mm，长度约400 mm。

因为陶瓷胎的排气管下面的泥层被烧了，所以确定燃烧温度在1250℃到1280℃之间。

从温度和出土物来看，汉代南阳的冶铁炉装有热风装置(《汉代南阳冶铁》，中州古籍出版社，1995 65438+2月，第23页。

)。

这种装置利用炉口余热，将风道中的冷风变成热风，鼓入炉内，既提高了炉温，又缩短了冶炼时间，提高了铁水质量。

就吹力而言，有“人排”吹力和畜力吹力，如“马排”、“牛排”。

东汉建武七年(31)，杜氏被任命为南阳知府，开创了水力鼓风的“水排”，并得到推广。

用水吹制铸造农具，比用人力吹制“省力又省力”，取得了很好的效果。

今天，桐柏县张凡村发掘的冶铁场离矿井很远，但建在河边，可能是因为利用“排水”吹空气。

水排的发明和应用，不仅提高了吹炼能力，而且大大降低了成本，因此长期以来一直为炼铁行业所采用。

像这样以水为动力的吹瓶机，是1100多年后才在欧洲出现的。

？

鼓风技术的改进促进了炼铁技术的发展。

除了生铁冶炼和铸造技术的迅速发展，还创造了铸铁的软化工艺，出现了灰铸铁和球墨铸铁。

通过分析和考察可以看出，可锻铸铁是汉代主要的农业工具。

检验的12农具中，可锻铸铁9件，铸铁脱碳2件，白口铸铁1件。

这说明铸铁已经采用了软化技术。

从质量上看，当时的铸铁软化技术相当稳定。

瓦房庄冶铁遗址东汉地层出土的135号铁锹石墨结构是在高温退火过程中形成的，但形状规则，接近球形，边缘光滑，提高了工件的力学性能。

三、炒钢、铸铁脱碳及铸造技术

为了满足社会对钢材的需求，西汉后期创造了“炸钢”技术。

这项技术将生铁加热到熔化或基本熔化的状态，然后油炸，使铁脱碳，变成钢或熟铁。

？

南阳市方城县赵贺村也发现了与珙县铁生沟相同类型的6座火炉。

这种炸铁炉体积小，形似水桶，温度可以集中；挖到地下成为地炉，散热少，有利于升温；为了便于装料和搅拌，炉子的下部形状像“底部”。

此外，在南阳市北关瓦房庄冶铁场也发现了几座钢铁炸炉，形状和建造方法相似，底部有铁块。

根据该遗址的发掘内容，在南阳瓦房庄的冶铁作坊中，不仅有铸铁，还有用生铁炒钢或用熟铁锻造工具等构件。

这个遗址还出土了这个作坊制作的凿子和锄头。

考古资料显示，到东汉时期，钢煎的技术已经非常普及。

南阳东郊出土一把东汉铁刀。它有一个特殊的形状，类似于烹饪刀。刀刃有平行于刀刃的锻造痕迹，刀宽11？2 cm，长约17 cm，刀背约0？5 cm，保存完好，炸钢锻造(河南省博物馆等。:河南汉代冶铁技术初步研究，考古学报，第1978期，第1期)。

)。

？

西汉后期，造出了简易的炸钢炉，把生铁炸成熟铁或钢的技术发展，标志着炼钢技术的进步。

发展到一个新的阶段，大大增加了钢铁产品的产量，这对于当时生产工具的改进和钢铁产品的提高是非常重要的

推广意义重大。

？

古代以含碳量低的炼铁或熟铁为原料，用渗碳法精炼钢(这种方法沿用至今)

一种是将含碳量高的生铁固态脱碳，制成钢。

战国时期采用软化工艺对生铁进行脱碳退火，得到脱碳不完全的铸铁件(李忠:中国封建社会早期钢铁冶炼技术发展探讨，考古学报，第2期，1975)。

)，这种工艺在汉代还在使用。

如南阳瓦房庄冶铁遗址出土的铁斧，中心为白色结构，表面为钢制。

像这样的铁制品在其他地方也有发现。

它们都是由白口铁坯料制成，在氧化气氛中退火使外层脱碳，由外向内转变为纯铁素体、亚共析和共析组织。由于脱碳不完全，内部还是铁，实际上是钢和铁组成的复合材料。

另一种情况是脱碳比较彻底，白口组织已经完全去除，但内层有部分石墨析出。

比如南阳瓦房庄出土的一件铁錾子，从外观上看是铸件，表面金相分析是钢的结构，很容易误认为是铸钢件。

在汉代当时的技术条件下，没有高于1500℃的高温和相应的耐火材料，是不可能生产出液态铸钢的。

南阳瓦房庄出土的另一件铁凿，发现是过共析钢，内层残留石墨，证明是脱碳的钢制工具。

此外，南阳瓦房庄冶铁遗址也出土了成型的薄铁板。这些铁板实际上已经脱碳，变成了含碳量低的钢板，可以锻造成工具，实际上创造了一种新的炼钢工艺。

这样扩大了生铁的应用范围，增加了优质钢的来源，在钢铁生产中发挥了重要作用。

？

铸铁热处理技术在汉代有了很大发展，并达到成熟。

南阳瓦房庄冶铁遗址出土九件

8个农具都是黑心球墨铸铁，质量很好，有些和现代黑心球墨铸铁差别不大。

还有一些白芯球墨铸铁，可以用来制作抗冲击性能好的手工具，黑芯球墨铸铁可以用来制作耐磨的农具。

铸铁中有铁钐、铁钐、铁镨，是白芯球墨铸铁。

？

从汉代发现的冶铁遗址来看，当时的作坊有的以炼铁、铸铁为主，有的专门从事铸铁。

最初的铸铁件是由铁熔炉中的铁水直接铸造的。

汉代出现了专门的熔化炉，对提高铁水质量，获得优质铸件大有裨益。

从南阳瓦房庄遗址来看，冲天炉的结构和建筑材料与冲天炉明显不同，说明当时炼铁和冲天炉的分工非常明确。

？

南阳瓦房庄冶铁遗址出土了7座冲天炉。施工方法如下:在平整的地面上，铺上直径约2.6m、厚50mm的混草泥，烧成桔黄色作为灶台。

炉底是中空的，由整体底座、束腰支柱、外围墙壁和

壁炉底部。

基底厚约45mm，由耐火粘土铺成，含大量大颗粒砂，砂的粒径约为10 mm

外围墙壁和柱子的筑炉材料与地下室略有不同。

地窖里有许多小颗粒的沙子。

围墙厚40 ~ 50 mm，柱子直径70 ~ 120 mm，高70cm。根据遗址出土的长方形耐火砖尺寸，可能有15根左右的柱子，灶台底部建在地基上。

？

炉体全部由弧形耐火砖制成。根据砖内表面熔化程度的不同，炉体可分为炉口和下部三四层砖(砖长36cm，宽17cm，厚6 ~ 9 cm)三个区域，炉衬稍有熔化，多龟裂纹，温度最低为预热区。

炉体中间的第三层和第四层砖已经烧琉球，说明温度高，应该是还原带。

再往下三四层砖，炉衬普遍烧坏，甚至全部流下，露出砖体，这里温度最高，是风口附近的氧化带。

根据耐火砖的高度和炉墙的燃烧情况，冲天炉的炉体高度约为3 ~ 4m。

？冲天炉炉墙分三层，弧形耐火砖为异型砖，外覆草泥，厚约15 ~ 50 mm，内衬炉衬，厚约40 mm。

根据出土较为完整的14耐火砖的弧度，冲天炉最小外径为1.16m，内径为0.92m，最大外径为2.3m，内径为2.14m，其平均内径约为1.5m。

根据鉴定，所有的耐火砖都是由沙子和粘土制成的。从石英砂的颗粒组成来看，有* * *状和棱角状的白石英和少量长石，说明除了天然砂外，还使用了人工破碎的砂粒。

应时颗粒出现裂纹，玻璃相中析出针状莫来石晶体，并有流动结构，这些都表明当时冲天炉能达到相当高的温度。

？从遗址出土的大量鼓风管来看，有可能是在炼铁时试用了一种热交换热风装置。有一个陶瓷的鼓风管，外面涂一层约45mm厚的混草泥，下层泥表面融化滴落，靠近墙角的泥融化顺着角度流下。根据测得的温度，琉球的燃烧温度在1250℃到1280℃之间。

对空气导管的这种燃烧状态的一种解释是，它可能竖立在炉子的顶部，并用作预热管。

？

此外还有铲、铲、铲、镨等多块梯形铁板和铁片(约40 ~ 70 mm厚)。

这些遗物可能是冲天炉、方砧、铁锤使用的原料，既是锻造工具，也是用来打碎原料的工具。

大量的炭渣说明使用的燃料是木炭，炉内残留着炭块，其中一部分凝结着表面微熔的铁块，还能辨认出一些形状。

从这个现象推测，可能是分层收费的结果。

从出土的内衬来看，断面明显分为三层，停炉修炉至少两次，修炉所用材料与耐火砖相同。

根据出土遗物推测，这么大的炉，如果半连续操作，每隔一定时间就会出铁水，浇一批铸模。

冶炼时间过长或浇铸模具完毕时，要适时停炉。

这说明汉代的工匠已经很好地掌握了熔窑的操作程序。

汉代的铸造技术在战国时期的铸铁、铸铜技术上得到进一步发展。

这时铸造用的模具有泥型、陶型和铁型，尤其是铁型的使用，不同程度地提高了铸铁的质量和效率。

从南阳瓦房庄出土的各种模具、模型来看，工艺流程大致是这样的:制模工就地挑选黄泥，浸泡在35%左右的细砂中，加水调泥，制作模板，然后精细挖掘模面，按照严格的尺寸要求，在不同的模面上塑造出各部分的形状。

模具表面做好之后，涂上涂料，晾干，这是第一道必须的成型工序。

浇注前先合模，糊上加固泥，然后将模具送窑烘烤。达到一定温度后，停止烘烤并出窑，一边利用热量一边浇铸铁水。浇注时，用铁水充满浇口和冒口，以满足型腔收缩的需要。

铁水在型腔内凝固到一定程度后，打开强化泥，取出泥型，然后敲掉浇口铁，即可得到铸铁。

然后将铸铁上模和铸铁下模合二为一，再将铁模芯插入模腔，用一些铁制工具将铁模捆绑夹紧，避免浇注时由于铁水热膨胀而开裂。

合型后也可以入窑烘烤，加热浇铁汁，铁汁凝固到一定程度后，打开铁模，敲掉浇口和冒口铁，得到产品。

？铸造技术和方法的发展还表现在重叠铸造技术上。

堆积铸造技术是将许多件或块逐层堆积，用统一的浇口一次铸造多个铸件。