土法炼铁（块炼炉）

原理

块炼炉（bloomery furnace）通过碳还原反应将铁矿石（Fe₂O₃）变成金属铁：

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

但与高炉不同，块炼炉达不到熔化铁的温度（1538°C），因此得到的是海绵状铁块（bloom），需要反复锻打去除杂质。

实施步骤

第一步：选址与筑炉

选址要点：

• 临近铁矿（运矿成本高）
• 临近水源（淬火、风箱动力）
• 临近森林（木炭供应）

炉型选择：

简易型（草创时期）

• 直径 30 厘米的圆形土炉
• 高 60 厘米
• 用草拌泥筑成
• 顶部留装料口，侧面留出铁口

改进型（中世纪欧洲）

• 矩形石砌炉
• 宽 60 厘米，深 60 厘米，高 90 厘米
• 内壁涂耐火泥
• 装料口在顶部

第二步：准备木炭

• 木材在低氧环境下加热（500°C）数天
• 硬木（橡木、栗木）最佳
• 木炭需干燥储存

第三步：点火与装料

1. 点火：在炉底放干草与小木块引燃
2. 初加炭：加满木炭，等待炉子完全烧热（约 1 小时）
3. 装料：
   • 交替加入木炭与矿石层
   • 每层约 10 厘米
   • 持续送风

第四步：送风

风箱选择：

• 皮囊风箱：古代最常用，需 2 人轮流操作
• 水力风箱：中世纪后出现，提高效率
• 脚踏风箱：宋代发展，单人可操作

风压要求：约 0.5–1 kPa（足以将火焰推入炉膛中心）

第五步：冶炼（6–12 小时）

温度控制：

• 炉膛温度约 1100–1300°C
• 观察火焰颜色（橙黄色为宜）
• 听声音（“嗡嗡”声表示反应正常）

加料节奏：

• 每 30 分钟补加一层矿石与木炭
• 不要让炉子冷却

第六步：出炉

时机判断：

• 炉膛塌陷表示可出炉
• 通常 6–12 小时

出炉过程：

1. 拆除炉壁
2. 钳出海绵铁块（重 5–15 公斤）
3. 立即放入水中淬火（防止再氧化）

第七步：锻打

海绵铁块含大量炉渣（20–30%），需反复锻打：

1. 加热：在小型锻炉中加热至橙黄色（约 900°C）
2. 锻打：用 5 公斤铁锤反复锤击，挤出杂质
3. 折叠锻打：将铁块折叠、再锻、再折叠
4. 最终成型：制成铁器

一块 10 公斤的海绵铁，最终可得 5–7 公斤熟铁。

关键参数

参数	数值
炉温	1100–1300°C
单炉时间	6–12 小时
单炉产量	5–15 公斤海绵铁
木炭消耗	矿石重量的 2–3 倍
矿石品位要求	>50% Fe

历史案例

中国西周（公元前 1000 年）

江苏六合出土的西周铁丸，是世界上最早的块炼铁实物之一。

印度笈多时代

印度德里铁柱（公元前 4 世纪），重 6 吨，含铁 99.7%，证明古代块炼铁的高品质。

欧洲中世纪

比利时斯霍滕（Scherpenheuvel）考古发现 8 世纪块炼炉遗址。

风险

• 高温烫伤：炉温极高，必须穿戴皮手套
• 一氧化碳中毒：炉子周围通风必须良好
• 粉尘肺：长期工作需戴面罩
• 炉子爆炸：水汽遇高温铁水可能爆炸

改良方向

1. 引入水力鼓风

水轮驱动风箱，可 24 小时不间断送风，效率提高 3–5 倍。

2. 改进炉型

斯塔尔式炉（stuckofen）：高 4 米的石炉，可日产 200–300 公斤铁。

高炉（blast furnace）：14 世纪欧洲出现，引入水力鼓风，温度可达 1500°C，开始得到生铁。

穿越小贴士

1. 先搞木炭：木材需要数月才能烧成木炭
2. 找铁矿：地表露头的铁矿石最易识别（红褐色）
3. 学会砌炉：耐火泥是关键
4. 团队作业：至少 3 人轮班（看炉、烧炭、锻打）
5. 预期产量：一炉约产 5 公斤铁，制成 1 把剑
6. 避开一氧化碳：炉顶搭棚，开侧窗通风