山西阳城地处中条山区,为中国生铁冶铸技术的重要留存地,犁炉炼铁和犁镜的铁范铸造等技艺十分突出。阳城犁镜的铸造在明清之际已甚兴盛,是阳城生铁冶铸产品的代表。
1.坩埚炼铁
坩埚炼铁是中国生铁冶炼术的两大流派之一,以山西晋城地区为主产地。冶炼生铁所用的坩埚炉为方形,高约1米,每炉可装上百个至三百个坩埚。坩埚高近0.5米,用坩子土及灰土制作,再经低温烘烤。矿石多采自窝子矿,含铁约50%~60%,并天然含有少量氧化钙。
熔炼前,先往坩埚内装铁矿石、无烟煤和黑土。无烟煤用作还原剂,黑土含有氧化钙,用作熔剂。装炉时,于炉底铺碎埚片和瓦片,留出火口,再逐层铺设无烟煤和安放坩埚。熔炼时先点火,鼓风,并调节风量。约8小时后停风,使自燃,经一昼夜方可出铁。
坩埚炼铁的优点是炉体构造简单易建,操作简易。据统计,19世纪末晋城、阳城、太原等地坩埚铁的全年产量达5万吨。1916年,全国传统冶铁术炼得的生铁有17万吨,其中7万吨产自山西,多数为坩埚铁,可见其在传统冶铁业中占有的重要地位,而阳城犁镜所用铁范就是用坩埚铁重熔、精炼后浇铸而成的。
2.犁炉炼铁
犁炉炼铁是中国生铁冶炼术的另一流派,属于竖炉炼铁的范畴。阳城犁炉属于中小型竖炉,与湖南等地的攙炉同类,而比江苏地区的“苏炉”为高。犁炉的炉体具有曲线形状,利于炉况顺行,构筑简便、炉龄长。所出原铁水可直接用于犁镜浇铸,不需重熔,这种做法在世界上极为罕见。
一座犁炉可连续开炉30—90天,俗称30—90火。所用优质铁矿石含铁量在50%以上,硫、磷含量很低。矿石入炉前须经过焙烧、破碎和筛分,焙烧时间长达30小时,以去除硫份。以木炭为燃料和还原剂,烧制木炭的最好原材料为江木,要求“三茬七炭”(即七成成炭,另三成仍为木茬)如此强度较高,不易压碎。砌炉、修炉和制作风管所用原料分别是由石英矿岩加工而成的“宝石”以及石英砂、红土和坩子土。
犁炉传统上用晋城所制风箱鼓风,铁水温度约1300℃。铁水成分的炉前控制,俗称“看火色”和“看水色”。前者是依据出铁口喷出的火苗和炉缸内铁水情况,来判断炉况和铁水成分是否合格。后者是用长柄小铁勺舀出些许铁水,以嘴轻吹表面,从色泽来判断含碳量的高低。师傅们利用看火色、辨铁水等手段娴熟地掌握炉况、火候及调整铁水成色,使其符合需要的化学成分和温度。
阳城的坩埚炼铁和犁炉炼铁是中国生铁冶炼技术的代表作,具有独特的价值。
3.犁镜铁范铸造
基于生铁冶铸术而派生的铁范铸造技艺也是中国古代的重大创造,比欧洲早十六个世纪。从战国到南北朝,铁范曾广泛用于铸造农具和手工工具,对社会经济的发达,先秦、汉唐文明的形成有重要贡献。阳城犁镜铁范铸造可溯源自汉,明清之际已臻成熟。从泥范翻制铁范,再用铁范铸作犁镜,包括铁范的预热、上涂料、试浇、铸后迅速脱范等,具有自成体系的完整的工艺规范,堪称中国式铁范铸造的“活化石”。
铸造犁镜所用铁范,俗称“犁面盒”或简称“盒子”,由泥范铸成。阳城所用犁面盒子为灰口铸铁材料,抗热应力变化性能好,能耐高温铁水的冲击,可使用十多年,浇铸次数达三万次以上。
犁镜铁范由上下两扇范组成,外廓随犁镜的轮廓形状而变易。不同品种的犁镜需有不同的曲面形状。犁镜背面有“鼻”。用绳索或铁丝穿过“鼻孔”,可将犁镜固紧于犁的扶手上。铁范自带浇口,开设在范的端部。上下范合型时,由左右各一个梯形榫、卯来定位。
犁镜铁范使用特征:浇铸温度偏低,据实测约1150℃~1200℃;壁薄,通常厚仅5mm~10mm;出型快,浇铸后约5秒即脱范。
4.犁镜铸造
犁镜铸造因各地区地貌、土质、作物、耕畜及耕作技术不同,备有多种规格以适应农耕的需要。犁镜按外廓形状分为三大类,即:圆形、长方形和特殊形。每一大类又分为若干品种。无论犁镜的整体轮廓为何种形状,其工作面总是呈弧形的曲面,以利于将犁起的土块翻转成垄。
犁炉铁水用手包承接,表面要洒黄贝草灰以防止氧化。浇铸速度宜先快后慢,以保证充型完全。铁范需预热和涮上用菀荆木炭粉调制的涂料。浇铸时,工匠即以足踩住铁范跑火,表现了娴熟的技巧。浇后由浇口倒出尚未凝固的铁水,迅速打开铁范,取出犁镜。此时的犁镜仍通体透红。待冷却后,去除飞边和毛疵,即得到成品。
阳城犁镜有400多种品种,它们不仅形制有别,重量也相差很大,最重的达4.25kg,最轻的约1kg。阳城犁镜的材质为白口铁,以其不沾泥、利土省力而广受欢迎,最盛时有犁炉数十座,年产约35万千克,行销全国和朝鲜、越南、尼泊尔等国。2006年,“阳城生铁冶铸技艺”被列入第一批国家级非物质文化遗产名录。