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[摘要]冶金是人类文明进步的重要标志之一，中国的钢铁冶金工业在公元17世纪之前始终居于世界前列，冶金燃料的发明与使用是其重要原因。我国古代冶铁燃料经历了木炭、煤、焦炭三个阶段，本文对其发展过程予以初步探讨，并对不同燃料的特点进行分析，以期对我国古代冶铁燃料的使用获得一个全面的认识。不足之处，还请方家指正。
[关键词]冶铁燃料；木炭；煤；焦炭
马克思认为，生产工具是社会生产力中主要因素之一。社会生产的变化和发展。首先是从生产工具的变化和发展上开始的。生产工具的不断改进和日益复杂化、精良化，标志着人类征服自然能力的加强。我国古代钢铁冶炼工业长期居于世界领先水平与燃料的不断进步有密切的关系。本文拟对我国古代冶铁业中燃料问题进行一个基本探讨，并力图对其发展脉络予以梳理。不足之处，还请方家指正。
1 燃料的承继性问题
文字、城市、冶金术被认为是人类文明的三大要素，而冶金术是从冶炼铜和原始铜合金开始的。我国古代冶铁技术曾长期居于世界领先水平，这与青铜冶炼技术的发达有密切的关系，青铜冶炼与青铜铸造技术的进步为铁的冶炼提供了技术基础和规模化生产的组织管理经验。人类早期冶铸使用的燃料为木炭，而木炭很有可能是从制陶业中得到的，因为灰陶、红陶、黑陶的烧成温度大约在950－1050℃的范围内，这样的温度已经接近了铜的熔点。当时制陶是采用陶窑而非露天，这对于获得和保持高温有重要作用并可以有效控制燃烧气氛，利用烧成后期窑内气氛从而赋予陶器以各种不同的颜色。黑陶的炼制过程是在即将烧成时从窑顶徐徐加水，使木柴熄灭，产生浓烟，用烟熏法进行渗碳制成。在这个过程中被水浇灭的木柴有的会自然变成木炭，这可能是古代最早的木炭来源之一。
2 木炭的使用
木炭，是木质燃料经不完全燃烧或于隔绝空气的条件下，热解后所余之深褐色或黑色燃料。在以原始堆烧法制炭时，因薪材受热的温度、时间及氧气等炭化条件不易掌握，故所烧之炭不仅量少且质地较差。自商周出现窑烧法后，炭化的条件得到有效控制，在增加所获木炭数量的同时，木炭的质量亦有相当的提高。木炭作为燃料在冶铁竖炉中的作用有三个方面，即发热剂、还原剂、料柱骨架。
如图1所示，我国古代的冶铁竖炉是从炉顶加料，炉腹鼓风，鼓风燃烧形成空间，使炉料下降，燃烧产生的煤气，从炉料空隙中上升，并将热量传送给炉料，炉料在下降过程中被逐渐加热，矿石在此过程中被逐渐还原和熔化，形成金属和炉渣混合物的液体。
从竖炉整体情况来看，炉料至竖炉熔化带时唯一保持固体状态的只有料柱骨架，金属和渣液此时均反向流下。这种骨架作用是竖炉燃料的特殊使命，所以在燃料的选择上有严格的要求，其化学成分及粒度、孔隙、强度等物理性能方面都要满足竖炉的需要，即在炉内下降过程中，不因挤压磨损和高温作用而粉碎。在上述性能方面木炭均能满足要求，所以我国古代早期的冶铁燃料都使用木炭。木炭含固定炭在80％以上，灰分约1％，最多不超过3％～4％，硫、磷等杂质含量均在万分之几以下，因此有利于生铁的冶炼。我国古代生铁含硫、磷低的重要原因就是使用木炭做燃料。
汉代之后，唐、宋、元、明等炼铁遗址中使用木炭的实例仍屡见不鲜。流传到近代的土法炼铁，如山西阳城梨炉，仍使用木炭作燃料。可见其在我国冶铁业中发挥了重要的作用。
3 煤的使用
虽然木炭是一种优质的冶铁燃料，但是却受到资源匮乏的限制。据估计，古代冶铁中对木炭的需求量是很大的，1吨生铁需要消耗3～4吨木炭甚至更多。自西汉以来，作为冶铁业基地的大型作坊，已在中原地区相继建立起来；冶铁技术也相应传播到边远郡县。在郑州巩县、南阳、鲁山、膝县等冶铁遗址中，均发现过铁官标志铭文。根据铭文考定的汉代铁官有河南郡、颖川郡、南阳郡、河东郡、渔阳郡、山阳郡、临淮郡、卢江郡、蜀郡临邛、中山国北平县、弘农郡宜阳县等十几处。考古发掘的河南“河一”冶铁作坊，如日产0.5吨或1吨生铁，则日耗15～20吨木料(或3～4吨木炭)，这就意味着需要大量的森林资源，木炭供需矛盾尖锐。至清代时，问题日益突出。燃料匮乏这一瓶颈问题在世界各国的冶铁史中都有过深刻影响。
我国煤炭储量丰富，考古证实在新石器时代就有用煤雕成的装饰品。我国发现和使用煤作为燃料是在公元前一世纪。煤在古代称为石炭，又叫石涅。我国是世界上最早用煤作为冶铁燃料的国家。如图2、3所示，河南巩县铁生沟、郑州古荥、山东平陵等地发掘出的煤饼均是石炭冶铁始丁汉的实物。
宋代的苏轼在徐州任地方官时，因徐州“旧无石炭”，曾派人到徐州西南白土镇找到石炭矿进行开采，而不必再用南山栗树来烧制木炭。这样做不仅找到了比木炭更耐烧、更能保证供应 的燃料，提高了冶铁技术，促进了冶铁业的发展，而且保护了树木、环境。宋代煤的开采已比较普遍，在今陕西、山西、河南、山东、河北等省都已开采，并设有专官管理，曾实行专卖。
当时北方地区多用石炭，南方地区多用木炭，而四川多用竹炭。陆游《老学庵笔记》载：北方多石炭，南方多木炭，而蜀又有竹炭，烧巨竹为之，易燃，无烟，耐久，亦奇物。邛州出铁，烹炼利于竹炭，皆用牛车载以入城，予亲见之。
利用金相、硫印、化学分析等方法检查唐宋以后铁器发现公元10世纪以后部分生铁含硫较高。河南宋代唐坡遗址铁锭成分是，碳2.5％、硅0.86％、锰0.001％、磷0.1％、硫1.075％，比汉代生铁的硫含量高数十倍，这可能是用煤炼铁的表现。
中国使用煤炭冶铁比欧洲要早1800年左右，欧洲的英国、比利时13世纪初才开始用煤，至18世纪40年代才开始用煤冶铁。元代初期，马可波罗来到中国时，看到把煤作为燃料，认为是奇事，在其著名的《行记》中列做专章介绍到：“契丹全境之中，有一种黑石，采自山中，如同脉络，燃烧与薪无异。其火候且较薪为优。……其质优良，致使全境不燃他物。所采木材固多，然不燃烧。盖石之火力足，而其价亦贱于木也”。通过此处记载可知，马可波罗当时还不知道煤，而称之为“黑石”。
用煤取代木炭炼铁，解除了燃料短缺的问题，并且降低了成本。同时，煤作为冶铁燃料，具有资源丰富、火力强、燃烧温度高等优点。但是煤在炉内受热容易碎裂，阻塞炉料透气，因此比用木炭技术上要求高，而且需要强化鼓风，加速冶炼过程，从而促进了炉内温度上升，提高了冶铁效率。由于煤中有机硫化物及无机硫酸物含量较高，使炉料中的硫含量成倍增多。当时炉渣脱硫能力低，因此有较多的硫进入产品中。根据现有化验资料，公元11世纪用煤炼铁，铁器中含硫量增加，含硅量亦增加。
在古代交通运输工具没有创造之前，铁矿的附近必须有燃料的来源冶铁业才能发展。《盐铁论，禁耕篇》载：冶铁皆依山川，近铁炭。清初屈大均《广东新语》卷十五《铁》条载：产铁之 山有林木方可开炉，山苟童然，虽多铁，亦无所用，此铁山之所以不易得也。自从宋代以后北方多用煤冶铁，不但为煤矿附近铁矿的开发和冶炼创造了有利条件，而且煤远较木炭耐烧，不像森林那样容易砍光，使冶铁业不至于因缺乏燃料而停歇。宋代以后，冶铁业所以能够进一步发展，与煤的开发使用关系密切。
4 焦炭的发明与使用
冶铁燃料的不断改进是由燃料自身不可克服的缺点所推动的，煤的普遍使用是因为木炭的短缺和炼制困难，焦炭的发明又是由于煤所存在的缺点催生的。煤的烟气比较大、含杂质、硬度小、易破碎，难以直接用于冶铁。在河南铁生沟和郑州古荥镇的汉代冶铁作坊中都使用了为数不少的煤和煤饼，但并没有大量使用煤炼铁，说明当时已发现原煤的一些缺点，因而尽管木炭消耗惊人，也仍然基本以木炭为主要冶铁燃料。
中国是世界上最早发明炼焦并用于冶铁生产的国家。焦炭的发明是古代中国人民重要的科技成就和贡献之一，对于钢铁冶金的发展有十分重要的意义。我国使用焦炭炼铁，至少起于明代。焦炭是用某些类型的烟煤，在隔绝空气的条件下，经高温加热，除去挥发成分，制成的质硬多孔、发热量高的燃料。
明代方以智在《物理小识》卷七中载：煤则各处产之，臭者烧熔而闭之成石，再凿而入炉曰礁，可五日不绝火，煎矿煮石，殊为省力。此处所记载的臭煤即烟煤，作炼焦原料，它含挥发物、沥青等杂质，并能结焦成块。
清代孙廷铨在《颜山杂记》中认为炭有死活之分，活的火力旺盛可以炼制成焦。他说：“凡炭之在山也，辨死活，死者脉近土而上浮，其色蒙，其臭平，其火文以柔，其用，宜房闼围炉；活者脉夹石而潜行，其色晶。其臭辛，其火武，以刚其用，以锻金冶陶。或谓之煤。或谓之炭。块者谓之硔。或谓之砟，散无力也；炼而坚之，谓之礁。顽于石，重于金铁，绿焰而卒，酷不可热也，以为矾，谓之铜碛，故礁出于炭而烈于炭，碛弃于炭而宝于炭也”。
综上所述，木炭、煤、焦炭的发明与使用对我国古代钢铁冶金工业起到了重要的推动作用。每一种新燃料的出现都源于我国古代劳动者对冶炼技术的不断改进和探索。优质的燃料是我国古代钢铁工业在世界长期处于领先水平的重要保证，同时钢铁工业的进步对当时社会的发展和我国统一的多民族国家的形成也起到了有利的推动作用
参考文献
[1][2]《中国冶金简史》编写小组，中国冶金简史[M]，北京：科学出版社，1978，2
[3]容志毅，中国古代木炭史说略[J]，广西民族大学学报。2007，(7)：118－121
[4][7]韩汝玢，柯俊，中国科学技术史——矿冶卷[M]，北京：科学出版社，2007，5
[5]李仲均，中国古代用煤历史的几个问题考辨[J]，武汉地质学院学报，1987(11)：665-670
[6]马可波罗行记(第101章)[M]，冯承均译本
[8]吴晓煜，试论中国古代炼焦技术的发明与起源[J]，河南理工大学学报，1986(1):96－100
[9]杨宽，中国古代冶铁技术发展史[M]，上海：上海人民出版社，2004，9
[关键词]冶铁燃料；木炭；煤；焦炭
马克思认为，生产工具是社会生产力中主要因素之一。社会生产的变化和发展。首先是从生产工具的变化和发展上开始的。生产工具的不断改进和日益复杂化、精良化，标志着人类征服自然能力的加强。我国古代钢铁冶炼工业长期居于世界领先水平与燃料的不断进步有密切的关系。本文拟对我国古代冶铁业中燃料问题进行一个基本探讨，并力图对其发展脉络予以梳理。不足之处，还请方家指正。
1 燃料的承继性问题
文字、城市、冶金术被认为是人类文明的三大要素，而冶金术是从冶炼铜和原始铜合金开始的。我国古代冶铁技术曾长期居于世界领先水平，这与青铜冶炼技术的发达有密切的关系，青铜冶炼与青铜铸造技术的进步为铁的冶炼提供了技术基础和规模化生产的组织管理经验。人类早期冶铸使用的燃料为木炭，而木炭很有可能是从制陶业中得到的，因为灰陶、红陶、黑陶的烧成温度大约在950－1050℃的范围内，这样的温度已经接近了铜的熔点。当时制陶是采用陶窑而非露天，这对于获得和保持高温有重要作用并可以有效控制燃烧气氛，利用烧成后期窑内气氛从而赋予陶器以各种不同的颜色。黑陶的炼制过程是在即将烧成时从窑顶徐徐加水，使木柴熄灭，产生浓烟，用烟熏法进行渗碳制成。在这个过程中被水浇灭的木柴有的会自然变成木炭，这可能是古代最早的木炭来源之一。
2 木炭的使用
木炭，是木质燃料经不完全燃烧或于隔绝空气的条件下，热解后所余之深褐色或黑色燃料。在以原始堆烧法制炭时，因薪材受热的温度、时间及氧气等炭化条件不易掌握，故所烧之炭不仅量少且质地较差。自商周出现窑烧法后，炭化的条件得到有效控制，在增加所获木炭数量的同时，木炭的质量亦有相当的提高。木炭作为燃料在冶铁竖炉中的作用有三个方面，即发热剂、还原剂、料柱骨架。
如图1所示，我国古代的冶铁竖炉是从炉顶加料，炉腹鼓风，鼓风燃烧形成空间，使炉料下降，燃烧产生的煤气，从炉料空隙中上升，并将热量传送给炉料，炉料在下降过程中被逐渐加热，矿石在此过程中被逐渐还原和熔化，形成金属和炉渣混合物的液体。
从竖炉整体情况来看，炉料至竖炉熔化带时唯一保持固体状态的只有料柱骨架，金属和渣液此时均反向流下。这种骨架作用是竖炉燃料的特殊使命，所以在燃料的选择上有严格的要求，其化学成分及粒度、孔隙、强度等物理性能方面都要满足竖炉的需要，即在炉内下降过程中，不因挤压磨损和高温作用而粉碎。在上述性能方面木炭均能满足要求，所以我国古代早期的冶铁燃料都使用木炭。木炭含固定炭在80％以上，灰分约1％，最多不超过3％～4％，硫、磷等杂质含量均在万分之几以下，因此有利于生铁的冶炼。我国古代生铁含硫、磷低的重要原因就是使用木炭做燃料。
汉代之后，唐、宋、元、明等炼铁遗址中使用木炭的实例仍屡见不鲜。流传到近代的土法炼铁，如山西阳城梨炉，仍使用木炭作燃料。可见其在我国冶铁业中发挥了重要的作用。
3 煤的使用
虽然木炭是一种优质的冶铁燃料，但是却受到资源匮乏的限制。据估计，古代冶铁中对木炭的需求量是很大的，1吨生铁需要消耗3～4吨木炭甚至更多。自西汉以来，作为冶铁业基地的大型作坊，已在中原地区相继建立起来；冶铁技术也相应传播到边远郡县。在郑州巩县、南阳、鲁山、膝县等冶铁遗址中，均发现过铁官标志铭文。根据铭文考定的汉代铁官有河南郡、颖川郡、南阳郡、河东郡、渔阳郡、山阳郡、临淮郡、卢江郡、蜀郡临邛、中山国北平县、弘农郡宜阳县等十几处。考古发掘的河南“河一”冶铁作坊，如日产0.5吨或1吨生铁，则日耗15～20吨木料(或3～4吨木炭)，这就意味着需要大量的森林资源，木炭供需矛盾尖锐。至清代时，问题日益突出。燃料匮乏这一瓶颈问题在世界各国的冶铁史中都有过深刻影响。
我国煤炭储量丰富，考古证实在新石器时代就有用煤雕成的装饰品。我国发现和使用煤作为燃料是在公元前一世纪。煤在古代称为石炭，又叫石涅。我国是世界上最早用煤作为冶铁燃料的国家。如图2、3所示，河南巩县铁生沟、郑州古荥、山东平陵等地发掘出的煤饼均是石炭冶铁始丁汉的实物。
宋代的苏轼在徐州任地方官时，因徐州“旧无石炭”，曾派人到徐州西南白土镇找到石炭矿进行开采，而不必再用南山栗树来烧制木炭。这样做不仅找到了比木炭更耐烧、更能保证供应 的燃料，提高了冶铁技术，促进了冶铁业的发展，而且保护了树木、环境。宋代煤的开采已比较普遍，在今陕西、山西、河南、山东、河北等省都已开采，并设有专官管理，曾实行专卖。
当时北方地区多用石炭，南方地区多用木炭，而四川多用竹炭。陆游《老学庵笔记》载：北方多石炭，南方多木炭，而蜀又有竹炭，烧巨竹为之，易燃，无烟，耐久，亦奇物。邛州出铁，烹炼利于竹炭，皆用牛车载以入城，予亲见之。
利用金相、硫印、化学分析等方法检查唐宋以后铁器发现公元10世纪以后部分生铁含硫较高。河南宋代唐坡遗址铁锭成分是，碳2.5％、硅0.86％、锰0.001％、磷0.1％、硫1.075％，比汉代生铁的硫含量高数十倍，这可能是用煤炼铁的表现。
中国使用煤炭冶铁比欧洲要早1800年左右，欧洲的英国、比利时13世纪初才开始用煤，至18世纪40年代才开始用煤冶铁。元代初期，马可波罗来到中国时，看到把煤作为燃料，认为是奇事，在其著名的《行记》中列做专章介绍到：“契丹全境之中，有一种黑石，采自山中，如同脉络，燃烧与薪无异。其火候且较薪为优。……其质优良，致使全境不燃他物。所采木材固多，然不燃烧。盖石之火力足，而其价亦贱于木也”。通过此处记载可知，马可波罗当时还不知道煤，而称之为“黑石”。
用煤取代木炭炼铁，解除了燃料短缺的问题，并且降低了成本。同时，煤作为冶铁燃料，具有资源丰富、火力强、燃烧温度高等优点。但是煤在炉内受热容易碎裂，阻塞炉料透气，因此比用木炭技术上要求高，而且需要强化鼓风，加速冶炼过程，从而促进了炉内温度上升，提高了冶铁效率。由于煤中有机硫化物及无机硫酸物含量较高，使炉料中的硫含量成倍增多。当时炉渣脱硫能力低，因此有较多的硫进入产品中。根据现有化验资料，公元11世纪用煤炼铁，铁器中含硫量增加，含硅量亦增加。
在古代交通运输工具没有创造之前，铁矿的附近必须有燃料的来源冶铁业才能发展。《盐铁论，禁耕篇》载：冶铁皆依山川，近铁炭。清初屈大均《广东新语》卷十五《铁》条载：产铁之 山有林木方可开炉，山苟童然，虽多铁，亦无所用，此铁山之所以不易得也。自从宋代以后北方多用煤冶铁，不但为煤矿附近铁矿的开发和冶炼创造了有利条件，而且煤远较木炭耐烧，不像森林那样容易砍光，使冶铁业不至于因缺乏燃料而停歇。宋代以后，冶铁业所以能够进一步发展，与煤的开发使用关系密切。
4 焦炭的发明与使用
冶铁燃料的不断改进是由燃料自身不可克服的缺点所推动的，煤的普遍使用是因为木炭的短缺和炼制困难，焦炭的发明又是由于煤所存在的缺点催生的。煤的烟气比较大、含杂质、硬度小、易破碎，难以直接用于冶铁。在河南铁生沟和郑州古荥镇的汉代冶铁作坊中都使用了为数不少的煤和煤饼，但并没有大量使用煤炼铁，说明当时已发现原煤的一些缺点，因而尽管木炭消耗惊人，也仍然基本以木炭为主要冶铁燃料。
中国是世界上最早发明炼焦并用于冶铁生产的国家。焦炭的发明是古代中国人民重要的科技成就和贡献之一，对于钢铁冶金的发展有十分重要的意义。我国使用焦炭炼铁，至少起于明代。焦炭是用某些类型的烟煤，在隔绝空气的条件下，经高温加热，除去挥发成分，制成的质硬多孔、发热量高的燃料。
明代方以智在《物理小识》卷七中载：煤则各处产之，臭者烧熔而闭之成石，再凿而入炉曰礁，可五日不绝火，煎矿煮石，殊为省力。此处所记载的臭煤即烟煤，作炼焦原料，它含挥发物、沥青等杂质，并能结焦成块。
清代孙廷铨在《颜山杂记》中认为炭有死活之分，活的火力旺盛可以炼制成焦。他说：“凡炭之在山也，辨死活，死者脉近土而上浮，其色蒙，其臭平，其火文以柔，其用，宜房闼围炉；活者脉夹石而潜行，其色晶。其臭辛，其火武，以刚其用，以锻金冶陶。或谓之煤。或谓之炭。块者谓之硔。或谓之砟，散无力也；炼而坚之，谓之礁。顽于石，重于金铁，绿焰而卒，酷不可热也，以为矾，谓之铜碛，故礁出于炭而烈于炭，碛弃于炭而宝于炭也”。
综上所述，木炭、煤、焦炭的发明与使用对我国古代钢铁冶金工业起到了重要的推动作用。每一种新燃料的出现都源于我国古代劳动者对冶炼技术的不断改进和探索。优质的燃料是我国古代钢铁工业在世界长期处于领先水平的重要保证，同时钢铁工业的进步对当时社会的发展和我国统一的多民族国家的形成也起到了有利的推动作用
参考文献
[1][2]《中国冶金简史》编写小组，中国冶金简史[M]，北京：科学出版社，1978，2
[3]容志毅，中国古代木炭史说略[J]，广西民族大学学报。2007，(7)：118－121
[4][7]韩汝玢，柯俊，中国科学技术史——矿冶卷[M]，北京：科学出版社，2007，5
[5]李仲均，中国古代用煤历史的几个问题考辨[J]，武汉地质学院学报，1987(11)：665-670
[6]马可波罗行记(第101章)[M]，冯承均译本
[8]吴晓煜，试论中国古代炼焦技术的发明与起源[J]，河南理工大学学报，1986(1):96－100
[9]杨宽，中国古代冶铁技术发展史[M]，上海：上海人民出版社，2004，9