铁，他们是怎么做到的？第二部分

本周我们继续我们的四个部分(I，II，III，IV)，看看前现代的钢铁生产。上周，我们勘探了我们的铁矿石，并从地下提取了它，并进行了一些初步的机械加工(洗涤、分选、粉碎)。本周，我们将从仅有的岩石变成真正的金属，而不只是一些含金属的矿石。正如我们将看到的，我们将通过加热和(更重要的)化学来实现这一点：

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但是让我们从我们整个过程的单个最大的输入开始，以质量或体积来衡量-从字面上看是按数量级计算的最大的输入资源。没错，我是…。

读者走到这一步，期望从激动人心的炉子、咆哮的火焰和融化一切杂物开始，这是情有可原的。问题是，所有的能量都必须来自某个地方，而那个地方大体上就是木头。现在绝对正确的是，还有其他常见的燃料，它们可能经常被试验，有时也会使用，但似乎没有得到广泛的使用。在世界上许多树木稀少的地区，粪便被用作烹饪和取暖的燃料，据我所知，粪便没有达到足够的温度来用于炼铁。泥炭似乎也有类似的问题，尽管我的理解是它可以像木头一样被烧成木炭；我没有看到任何明确的证据表明这种情况经常发生，尽管有人认为它肯定已经尝试过了。

相反，我猜大多数人认为使用的燃料是煤(以至于这是许多视频游戏制作系统设定的燃料)。煤的问题是，它必须经过炼焦过程，才能产生适合使用的纯碳(称为“焦炭”)。如果没有这种转化，煤炭本身既不够热，又容易含有大量的硫，这将破坏用它制造的金属，因为铁会吸收硫并产生劣质合金(硫会使金属变脆，导致它断裂而不是弯曲，并使其更难焊接)。事实上，我们知道英国罗马人试验使用当地煤炭的原因是，对柴郡威尔德斯波尔在罗马时期生产的铁进行了分析，发现金属中存在硫，很可能是来自现场的煤。

我们有记录表明，从16世纪末开始，欧洲就开始了炼焦煤方法的早期实验，但第一次真正成功的尝试是亚伯拉罕·达比在1709年进行的。在此之前，欧洲似乎在炼铁中使用的煤炭很少(尽管煤炭可能被用作烹饪和家庭取暖等其他事情的燃料)。在中国，发展更为迅速，有证据表明，早在11世纪就开始用焦炭炼铁。但除此之外，大体上来说，我们所需要的所有热量的燃料都将来自树木。

而且，正如我们将要看到的，真的有相当多的树。事实上，如果要进行大规模的钢铁生产，树木的数量是惊人的。好消息是，我们不必过于挑剔我们使用的树木；古代作家长篇大论地讲述了非常具体的船只、长矛、盾牌或梭鱼用的最好的木材(对于好奇的人来说，分别是冷杉、山茱萸、杨树或柳树和白蜡树)，但对燃料木的挑剔要少得多。松木似乎是一个始终如一的偏好，普林尼(NH33.30)和Theophrastus(HP 5.9.1-3)都指出松木是最容易使用的，巴克瓦尔德(引用如前)。也注意到它在中世纪斯堪的纳维亚半岛的用法。但我们也被告知板栗和冷杉也很好用，我们在考古记录中看到了相当多的桦树。所以我们或多或少都有自己的树。

坏消息是，虽然古代资料来源通常对树木(实际上是关于树木的全部书籍)非常感兴趣，但他们通常对用于制造船舶、建筑、家具和武器等东西的树木感兴趣；本质上，是精英产品。他们对用作燃料的树木不感兴趣。事实上，拉丁语标志着这一区别，其中用于建筑的木材是材料，而用于燃烧的木材(但似乎也是运输到海外的散装木材)是木质素；我们的来源非常关心前者，对后者的关心微乎其微。所以，一旦我们深入到薪材的收获和准备的问题上，我们的证据几乎完全消失了，除了一些关于这棵或那棵树适合炭化的糟糕提及(这是一个关键的过程，我们稍后会谈到)。

因此，我们看到伙伴们砍伐森林(比方说速度快5倍)的能力是有限的。中世纪的“森林管理员”通常更显眼，但就像我们上次提到的，当乔治亚斯·阿格里科拉(Georgius Agricola)说“矿工”时，他指的是“矿主”，我的理解是，中世纪的森林管理员更接近森林管理员(负责出租合同、抓捕偷猎者等；本质上是一名治安官，但在树林里)，而不是简单的砍树人。

那么到底是谁在砍树呢？我必须承认，我发现的古代砍树人社会地位的证据相对较少。在相当多的情况下，他们肯定与当地农民或其他非熟练农村劳动力没有明显的区别。显然，许多伐木工作都是由森林周围的农村人口完成的，目的是清理土地，收集燃料和木柴等，因此，砍伐树木的基本技能似乎相对来说已经比较普遍了。在拉丁语中，伐木者的意思是木工(有时也叫caesor，意思是“切割者”，但也可以指木头或石头)，但“大多数办公室”一词在军事上下文中的意思是负责砍柴作燃料的士兵，而不是全职伐木工。中世纪时期的证据稍好一些，通常也表明当地农民受雇于伐木本身(为此，J.Birrell注意到，“中世纪森林中的农民工匠”“农业史评论”17.2(1969)：91-107)。正如我们将在下面看到的，木炭切割通常是由煤矿工人自己切割的，我们将在下面讨论这一点。似乎很难想象在更大的行动中(比如在厄尔巴岛或在Poponia)没有一些分工，但从有限的证据来看，这可能是如何构建的并不清楚。

当然，并不是所有的木制品都是那么容易获得的。虽然在证据中很难看到古代伐木工，但古代锯木工和木匠更容易看到；雅典和德尔菲建筑项目的记录表明，熟练的锯木工(似乎总是得到至少一名非熟练工人的帮助)的工资至少与雅典海军的公民划桨人一样高，在某些情况下甚至更高。卡朋特(Carpenter)、库珀(Cooper)、弗莱彻(Fletcher)、鲍耶(Bowyer)、特纳(Turner)、索耶(Sawyer)和惠勒(Wheeler)等英国姓氏的出现表明，这些都是中世纪英格兰的专业手工艺；没有伐木姓氏进一步表明，砍伐的大部分劳动都是由当地农村劳动力完成的。因此，普通伐木者的社会地位似乎与当地农民、农奴或小农差不多，因为大体上他们似乎是同一批人；而一旦树木被砍倒并剥皮，工作可能会由专家完成(但对于即将被烧炭的树木来说，这一点就不那么重要了)。即使在古代，也有专门的木材商人，他们的能见度，特别是在木材丰富的地区，表明他们自己可以做得很好(尽管，像大多数商人一样，我们实际上从未见过他们渗透到统治阶级中)，但同样，这些商人很可能是与建筑木材打交道的，因为，正如我们将看到的，木炭往往不会走得太远。

最大的林地存量通常为国家所有，但拥有自己森林的私人土地所有者也起到了作用，尽管通常是很小的作用。在马其顿，国王拥有森林并控制木材供应，授予或撤销其领土内社区利用林地资源的权力；这种做法似乎是一样的，梅格斯(引用如前)。笔记，在近东。在罗马意大利，大量林地由国家持有并承包给采伐木材；梅格斯认为，被称为saltuarii的人物可能负责确保这些合同得到正确执行(很像上文讨论的中世纪晚期的林农)。我们还从后来帝国的罗马法律法规中了解到，拥有林地和牧场的大型庄园也有Saltuarii是很常见的，这表明他们可能会以大致相同的方式将林地承包出去。同样，欧洲中世纪的大片森林往往归王室所有，但比雷尔(同前)。还注意到13世纪英国私人木材所有者对木材的大量开采。

就砍伐木材的实践而言，似乎在前现代时期没有太大变化，尽管铁斧和后来的钢斧的可用性代表着效率的显著提高。古代砍伐木材的斧头是标准的单头斧头(斧头比战争用斧头重；战争斧头往往很薄，很轻)。Ovi

也就是说，这是一个棘手的过程。木材需要在300-350°C左右加热，远高于其着火温度，但主要是因为缺氧(如果你让氧气进入，木材会将其所有的碳燃烧成CO2，这将导致你达不到排放目标，还会移除你实际拥有木炭所需的所有碳)，这实际上意味着堆放需要一些氧气来维持足够的燃烧来保持正确的热量，但不会太多而燃烧成火焰，也不会太少而完全熄灭。这样做的方法从古代到中世纪变化不大；普林尼(NH16.8.23)和西奥普拉斯特斯(HP5.9.4)所描述的系统与我们在早期现代时期看到的方法是相同的。

首先，木头被切割并锯成相当中等大小的原木。去掉树枝；原木需要笔直光滑，因为它们需要非常密集地包装。然后它们被组装成一个圆锥形的桩，中间有一个空心的竖井；桩有时被挖到地下，有时在地面上组装(作为古代证据的一个有趣的怪癖，拉丁语来源通常认为地面上有炭化，而希腊语来源倾向于假设使用了一个浅坑)。然后将木堆覆盖在一种称为木炭窑的粘土结构中；这不是一个永久性的结构，而是在每次燃烧木炭时进行重建。最后，空心中心被灌木或木屑填充，为实际燃烧提供燃料；这些燃料被点燃，竖井几乎完全被一层不透气的泥土密封。

燃料点燃并开始消耗窑炉内部的氧气，既加热了木材，也偷走了木材自燃所需的氧气。木炭燃烧器(通常被称为Collier，在此之前的意思是“煤矿人”，意思是“木炭燃烧器”)在整个过程中通过观察其排放的烟雾并使用其颜色来衡量燃烧水平来管理木炭堆积(黑色的煤烟表示该过程尚未完成，而白色烟雾意味着燃烧正在“干净”进行，表明碳化过程已经完成)。然后，燃烧器可以通过在窑洞中穿孔或密封来增加或减少气流，从而影响燃烧过程，努力实现平衡，其中刚好有足够的氧气来保持燃料燃烧，但不足以使木材真正着火。一个相当大的窑炉通常需要大约6到8天的时间来完成碳化过程。一旦冷却，窑炉就可以被打破，有效地提取出这堆有效的纯碳。

由于碳的质量非常易碎，很难把它运到很远的地方，所以生炭通常必须在离使用点相当近的地方制造。现代的木炭(就像人们可以用来烧烤的烹调木炭)是用粘结剂压制成煤球的，最初是用湿粘土和后来的焦油或沥青，来制造致密的、不易碎的砖。这种包装似乎起源于采煤，我找不到古代或中世纪用木炭包装的证据。因此，需要大量木炭的冶炼作业不得不在木材供应附近进行；西姆和里奇(引用如前)。请注意，超过5-6公里的运输会严重降解木炭，使其一文不值；4公里以下的运输似乎更具代表性。移动预烧的木材也是不可取的，因为在炭化过程中损失了太多的材料，使得移动绿色木材的效率非常低。因此，例如，我们知道，当罗马人在厄尔巴岛的炼铁作业耗尽了那里的木材供应时，铁矿石被船运到意大利海岸的普罗洛尼亚，以便在离木材供应更近的地方进行冶炼。

了解这一过程的整体效率是值得的。Mo.14dern木炭化效率更高，通常可以获得高达40%的产量(即木炭的质量与木材的质量相比)，但古代和中世纪的木炭化效率要低得多。SIM和Ridge(引用如前)。注意初始质量与最终木炭的比例为4：1到12：1(或25%到8.3%的效率)，其中7：1是典型的平均值(14%)。

我们实际上可以感受到这份工作的劳动强度。SIM和Ridge(引用如前)。请注意，一名熟练的伐木者在最佳条件下，一天可以砍下大约一根绳子；绳子是一个体积单位，但大多数木材的质量约为每根绳子4000磅(1814公斤)。建造窑炉和搬运木材也可能需要时间，虽然可以同时运行多个木炭窑，但操作员必须与他们呆在一起(因此不能切割任何木材，尽管有多名助手的较大操作可能会)。因此，单人操作可能需要8-10天才能更改

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