§14冶铁技术的发展(1/3)

铁的发明与使用,为改进劳动工具创造了条件。自从有了铁,才大大改进了农具和手工工具的质量,并为当时生产力的发展,提供了崭新的手段。当然,铁的产生还为战争提供了更加锐利的兵器,促进了军事技术的发展。

世界上最早发明冶铁术的是位于现今土耳其的赫梯(西台|喜台)人,距离现在约3300年到3500年。赫梯人在冶铁方面颇具名气,是西亚地区最早发明冶铁术和使用铁器的国家,赫梯王把铁视为专利,不许外传,以至铁贵如黄金,其价格竟是黄铜的60倍。赫梯的铁兵器曾使埃及等国为之胆寒。赫梯人打击敌人最有效的武器是战车;在战场上,他们驱赶披着铁甲的马拉战车冲锋陷阵,所向披靡,使来敌闻风丧胆。

直到前1180年左右赫梯灭亡之后,赫梯铁匠散落各地,才将冶铁技术扩散开来,前800年左右传至印度,前600年左右传至中国。

与炼铜一样,中国冶铁技术的发明亦晚于其他一些古文明发达的国家和地区。埃及大约在公元前1000年左右开始进入铁器时代,美索不达米亚地区大约在公元前1200年左右开始进入铁器时代,爱琴海地区大约在公元前1000年左右开始进入铁器时代,印度大约在公元前800年左右开始进入铁器时代,而中国则是在公元前600~500年左右开始炼铁的。但是,中国不似其他国家和地区,经历了一个漫长的块炼法冶铁时期,而是很快发明了生铁冶铸技术和生铁柔化技术,因此后来居上,很快跃居世界冶铁事业的前列,并长期居于世界领先的地位。历史上中国的钢铁除输往邻近国家外,还曾远销古罗马和西南亚。

河南郑州古荥镇汉代冶铁高炉遗址中的一号高炉,是我国最早的结构先进的高炉。

我国约在春秋中期就掌握了冶铁技术;不迟于春秋晚期即能炼成铸铁(也叫生铁)。我国炼铁技术突飞猛进的首要原因,是在世界上最早采用了高炉炼铁。

我国冶铁的高炉是由炼铜的竖炉发展而来的。春秋时代,我国已经比较广泛地用竖炉炼铜了。在湖北大冶地区发现的春秋时代三座炼铜竖炉,复原后其结构特点与炼铁用的高炉十分相似。

春秋末和战国初年,冶铁业还主要集中在几个地区,而在战国中后期,冶铁业则已在十分广大的地区普遍建立起来,成为手工业最重要的部门之一,其生产规模也大为扩大。如山东临淄的齐国故都冶铁遗址的面积达40余万平方米。这时出现了许多著名的冶铁手工业中心,如宛(今河南南阳)、邓(今河南孟县东南)、邯郸等等,出现了魏国的孔氏、赵国的卓氏、齐国的程郑等一批因冶铁致富的大铁商。铁器的使用推广到社会生活的许多方面。

战国时期,高炉有了发展,冶铸技术也有了进步,发明了可以重复使用的铁范。铁范的出现,是铁器铸造工艺的一次革命,它大大提高了铸铁生产效率和制造工艺。西安出土的战国铁铲,厚度仅1~2厘米,外形细致端正,壁薄;同地出土的战国铁铧尖,外形工整细致;咸阳秦都遗址出土的小铁刀,宽仅1.2厘米,制作精美;而临 童秦始皇陵出土的一枚铁权,重达32公斤。这些,均显示出当时铸铁技术已达到一定水平。除了高炉炼铁外,在西汉时期,还发现了坩埚炼铁技术。此时炼铁动力方面最大的进步是鼓风动力的改进,此时还出现了水排鼓风,这不仅提高了鼓风能力,也大大降低了成本,因而长期被冶铁工业所沿用。

冶铁技术在秦汉时期得到进一步发展,高炉炼铁已成为一种经济而有效的炼铁方法,此时期,高炉炼铁的筑炉技术达到了较高的水平,其次高炉炼铁所用原料大部分已经进行了加工等,

汉代是中国古代冶铁技术发展最完备的时期。古代冶铁所具备的技术在汉代400多年间已基本实现。

汉代冶铁业冶炼场所大,炼炉体积大,出现了规模巨大、分成各个作业区、占地面积达数万平方米的冶铁作坊。韩城芝川汉代冶铁遗址占地面积42486米2,炉渣堆积的厚度达2米多,可见当时冶铁规模相当可观。根据目前的考古发现,汉代的冶铁高炉遗址,在河南、江苏、北京以及新疆等地多次被发

现,其中结构最先进的一座是河南郑州古荥镇一号高炉。经过复原,高炉炉体高4.5米,为椭圆形,这种炉体结构能克服风力吹不到中心的困难。高炉下部的炉墙向外倾斜,形成62度的炉腹角,从而使边缘的炉料与煤气能够有相当充分的接触。全炉可能有4个风口,用4个皮风囊鼓风。这座高炉的容积约44立方米,日产量约0.5吨到1吨。在约2000年前,我国的高炉就已具有如此先进的结构,实在是一项杰出的成就。这在当时世界上是其他国家望尘莫及的。

生铁的最大特点是其可铸性,故又称铸铁。但生铁含碳量高,一般都在2%以上,往往又含有硫、磷等杂质,因而性脆,韧度低,直接铸造出来的农具、工具和兵器,使用时容易断裂。为了弥补这一缺陷,我们的祖先在战国时期又发明了铸铁柔化术。到西汉时期,铸铁柔化术得到应用。这种柔化术是在高温下将白口铁坯件进行脱碳处理或韧化处理,使铁变软。陕西出土的汉代铁铧和鐴土都属于经过这种柔化处理的铸铁。同时,随着炉温的升高和熔铸技术的改造,已能生产灰口铸铁和球墨铸铁,用来铸造车用轴承等机械构件。

铸铁柔化术的发明,在冶金史上是一项具有划时代意义的成就。它大大加快了铁器取代铜器的历史进程,有力地促进了社会生产力的发展,使中国社会迈入一个新的发展时期。

西汉之后,冶铁术再未获得重大进展。其后冶铁业的发展更主要的表现于量的增加而不是质的变化。到明代陕西汉中一带出现了有工人数千的炼铁厂,这些厂的高炉高达6米,其鼓风用的大风箱需6人同时操作才能拽动;熔剂除石灰石外,还使用萤石,而且在装料上还使用了机械。这些措施不仅大大减轻了工人的劳动强度,而且提高了铁的产量和质量。汉中与四川、河北遵化、广东佛山并称全国四大产铁地,其冶铁技术在全国亦属先进水平。

明清后期,矿冶政策常常变更,限制了冶铁术的进一步发展。值得一提的是,大约在明代时,出现了从生铁到熟铁的连续生产工艺。据《天工开物》记载,这项技术是把炼铁炉与炒铁炉串联在一起,让由炼铁炉炼出的生铁液流入炒铁炉,用柳木棍急搅,使生铁液中的碳份氧化,而成熟铁。这种连续生产的工艺,已初具组合化生产的系统思想,既提高了生产效率,又减少了能耗,是冶铁技术的又一重大突破。到民国时期,“洋钢”倾销,完全抑制了土法炼铁技术的发展。陕西仅汉中地区有少数小铁厂用土高炉炼铁,消耗高,产量低,处于极其落后的状态。

地图的绘制

在史前时代,古人就知道用符号来记载或说明自己生活的环境、走过的路线等。现在保存下来的最古老的地图是公元前27世纪苏美尔人绘制的地图。刻划在陶片上的巴比伦地图大约是公元前25世纪的遗物。这些图中已表示出城市、河流和山脉。其次是大约公元前11世纪埃及人绘制的彩色金矿图,它是画在展平了的纸草叶片上的。这些地图反映出原始公社时代的人在从事渔猎、采掘等生产活动中已经有了对地图的需要。

地图的发明与使用有着悠久的历史。据有关资料介绍,希腊人在公元前6世纪时已有了地图。例如希罗多德的记录说:公元前504年,阿里斯塔戈拉斯向斯巴达王克留门尼斯展示了“一块青铜碑,上面刻着全世界的海洋环流、陆地和江河”。

目前最古老的世界地图,可能是大英博物馆内的一张年代约为公元前500年的泥板世界地图。在这幅地图上,巴比伦居于中央,全世界都环绕在周围。

从近代发现的太平洋海岛原始部落用木柱制作的海岛图,用柳条、贝壳编缀的海道图,以及爱斯基摩人草绘的海港图,证明原始地图可能都是一些示意的模型地图,起着确定位置,辨识方向的作用。

留存至今的古地图还有公元前1500年绘制的《尼普尔城邑图》,它存于由美国宾州大学于19世纪末在尼普尔遗址(今伊拉克的尼法尔)发掘出土的泥片中(如图01-02)。图的中心是用苏 美尔文标注的尼普尔城的名称,西南部有幼发拉底河,西北为嫩比尔杜渠,城中渠将尼普尔 分成东西两半,三

面都有城墙,东面由于泥板缺损不可知。城墙上都绘有城门并有名称注记 ,城墙外北面和南面均有护城壕沟并有名称标注,西面有幼发拉底河作为屏障。城中绘有神 庙、公园,但对居住区没有表示。该图比例尺大约为1∶12万。

留存有实物的还有古埃及人于公元前1330~前1317年在芦苇上绘制的金矿山图。

我国关于地图的记载和传说可以追溯到4000年前,《左传》上就记载有夏代的《九鼎图 》。古经《周易》有“河图”的记载,还有“洛书图”,表明我国图书之起源。传世文献《周 礼》中有17处关于图的记载,图又与周官中14种官职相关联,如“天官冢宰.司书”“掌邦中之版,土地之图”;“地官司徒.大司徒”“掌建邦之土地之图,与其人民之数以佐王 安 抚邦国。以天下土地之图,周知九州之地域,广轮之数,辨其山林川泽丘陵坟衍原隰之名 物 ,而辨其邦国都鄙之数,制其畿疆而沟封之,设其社稷之而树之田主”;“地官司徒 .小司徒”“凡民讼,以地比正之,地讼,以图正之”;“地官司徒.土训”“掌通地图,以 诏地事”;“春官宗伯.冢人”“掌公墓之地,辨其兆域而为之图”;“夏官司马.司险 ” “掌九州之图,以周知其山林川泽之阻,而达其道路”;“夏官司马.职方氏”“掌天下 之 图,以掌天下之地,辨其邦国都鄙,四夷八蛮、七闽八貉、五戎六狄之人民,与其财用,九 谷六畜之数要”。

1954年6月,我国考古工作者在江苏丹徒县烟墩山出土的西周初青铜器“ 宜侯矢”底内刻铸的120字铭文有两处谈到地图,即“武王、成王伐商图”和“东国图 ”。该 文记载周康王根据这两幅地图到了宜地,举行纳土封侯的册命仪式。曰:“唯四月辰在丁未 ,王者武王遂省、成王伐商图,遂省东或(国)图。王立(位)于宜,内(纳)土,南乡(向)。王 令虞侯曰:‘繇,侯于宜。’”据考证,该图成于公元前1027年或稍晚。这些记载足以说明 ,我国西周时期已有土地图、军事图、政区图等多种地图,并在战争、行管、交通、税 赋 、工程等多方面得到应用。这些地图显然已经脱离了原始地图的阶段,具有了确切的科学概念。

中国在战国时期(公元前 475—前 221),地图的绘制已达到较高的水平。

当时的军事地图内容包括有“轘辕之险,滥车之水,名山、通谷、经川、陵陆、丘阜之所在,苴草、林木、蒲苇之所茂,道里之远近,城郭之大小,名邑、废邑、困殖之地”,由此可知地图已有方位、距离和比例尺的制定。刘邦初入咸阳,萧何即收秦律令图书,刘邦因而得以“具知天下厄塞,户口多少,强弱之处”。1973年长沙马王堆三号汉墓出土了西汉初年绘在帛上的三幅地图,它们是地形图、驻军图和城邑图,其绘制技术已相当熟练。

公元 150年,亚历山大城的学者托勒密出版了《地理学》一书,成为绘制世界地图的指南。此书后来传到了意大利,于 1406年译成了拉丁文。虽然托勒密在许多细节上都是错误的,但是他坚持制图要有科学基础这一点,却导致了科学的复兴。

到 16世纪,已出现了为海上航行而绘制印刷的海图。但在这以前,在意大利制图学家的帮助下,葡萄牙人已开始探险,并绘制了非洲东海岸的地图。

1512年,麦卡托发明了一种绘制地图的投影技术。用这种方法绘制的地图,不管是哪个方向的直线,都有圆弧形的走向。这种投影法是在平面上表示地球的球形的最适用的方法。但当1569年用麦卡托投影法绘制的地图出版时,却有一些人对地图的科学性持怀疑态度。直到 1694年,当时任海军司令的纳布劳爵士曾说过:“我可以叫所有的领航员在航海时都不用脱离实际的

平面海图而用根据航海情况绘制的麦卡托海图,可是要说服任何一个老领航员都很不容易..”

16世纪和 17世纪,奥特科乌斯和布劳收集了许多地图,并于1605年出版了一个大型地图册。这个地图册分为11卷,有600幅地图,是当时最昂贵的书。

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