古人是如何炼铁的？
一、 寻矿：源头活水来
首先，得找到“铁矿石”。这可不是随便在地里刨刨就能找到的。古人是怎么找的呢？
看地貌： 经验丰富的老猎人、老农民，或者专门的“矿师”，会通过观察地貌来判断。比如，一些富含铁的矿石在露天环境下，会因为氧化而呈现出红褐色、黄褐色，或者黑色的斑块。有些地方的植被生长情况也可能暗示着地下有矿藏。
循迹而行： 他们会跟着河流走。有时候，河水会冲刷、搬运矿石，所以在河岸边、河床里，也可能找到一些散落的矿石。尤其是在一些山区，矿石的碎块可能会被雨水冲到下游。
动物的指引： 有一种说法，某些动物在饮水时，会选择含有特定矿物质的水源，而这些水源附近可能就伴生着矿藏。虽然听起来有点玄乎，但也不能完全排除经验总结的可能性。
试探性开采： 找到疑似的地点后，会进行小规模的试探性挖掘，看看有没有比较集中的矿石。这就像我们现在说的“打探井”，只不过是原始版本。
找到的矿石多种多样，有的是赤铁矿（Fe2O3），有的是磁铁矿（Fe3O4），还有的是褐铁矿（Fe2O3·nH2O）。这些都得经过初步的挑选和处理。
二、 选矿与制备：打磨璞玉
挖出来的矿石不能直接扔进炉子里。得“洗洗脸，理理发”。
剔除杂质： 古人会手工拣选，把夹杂在矿石里的石头、泥土、植物根系等杂质尽量去除。这需要耐心和细致。
破碎与筛选： 比较大的矿石块会被用石头砸碎，然后用筛子（可能是用兽皮打孔或者编织的简易筛子）来筛选出大小相对均匀的颗粒。这有利于矿石在炉内均匀受热和还原。
水选（早期可能没有，但后期技术进步了）： 如果有条件，可能会用水流冲洗，利用矿石和杂质的密度差异来分离。密度大的矿石颗粒会沉在下面，更容易被收集。
三、 炼铁炉的建造：火的熔炉
这是整个过程中最关键、最核心的部分。古人炼铁的炉子叫做“炉”。种类很多，但核心原理是相似的。
场地选择： 一般会选择地势较高、避风且靠近水源和燃料的地方。
炉体结构：
炉基： 通常是夯实的泥土或者石块打底。
炉壁： 主要材料是耐火的土，也就是粘土，和一些耐火的砂石混合。这些材料要经过充分的揉捏和捣实，然后一层一层地垒砌起来。为了增加强度和耐火性，有时也会加入稻草、麦秆之类的有机物，经过燃烧后形成炭黑，增加耐火性。
炉膛： 是一个锥形或圆柱形的筒状空间，底部会收窄。这个空间是矿石和燃料混合物进行还原反应的核心区域。
进料口： 在炉子的上半部分，用来添加矿石和燃料。
风箱（鼓风装置）： 这是至关重要的！古人发明了各种形式的鼓风装置来提供持续的高温空气。最早可能是用嘴吹，后来发展成用脚踏的皮囊风箱（牛皮制成），再后来就是大型的轮式鼓风装置，通过人力或畜力驱动，效率大大提高。风箱的出现，是炼铁技术飞跃的标志。
出渣口/出铁口： 在炉子底部或者侧下方，用来排出熔化的炉渣和铁水。
炉型演变：
地炉： 最原始的形式，可能只是在地上挖个坑，四周堆石头，上面用土封住一部分。
鼓风炼铁炉： 随着鼓风技术的进步，炉体逐渐增高，结构也更复杂。比如，汉代的竖炉，炉身长而窄，呈圆柱形，但底部有鼓风口，并设有专门的出铁口。
四、 冶炼过程：温度与化学的艺术
炉子建好，就开始“烧火”了。
装料： 按照一定的比例，将处理好的矿石、木炭（燃料和还原剂）、以及一些助熔剂（比如石灰石，用来降低炉渣的熔点）一层一层地装入炉中。矿石和木炭的比例是经验的结晶，多了还原不充分，少了温度不够。
升温与鼓风： 点燃木炭，开始鼓风。风量和风速要逐渐加大，让炉温快速升高。炉内的温度可以达到1000°C以上，甚至更高。
还原反应： 在高温和缺氧（但有持续的空气补充）的条件下，木炭燃烧会产生一氧化碳（CO）。这个一氧化碳是主要的还原剂，它会与矿石中的氧化铁发生化学反应，夺取氧原子，将氧化铁还原成生铁。
以赤铁矿为例：Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2
木炭本身（C）在高温下也能直接还原氧化铁：Fe2O3 + 3C → 2Fe + 3CO
熔化与分离： 随着温度升高，还原出来的铁会熔化成铁水。同时，矿石中的杂质（如二氧化硅）和燃料中的灰分会与加入的助熔剂反应，形成低熔点的炉渣，浮在铁水之上。
出铁： 当炉子底部积累了一定量的铁水和炉渣时，就会打开出铁口，让铁水流出。炉渣通常比铁水密度小，会先被清除，或者通过专门的炉渣口排出。
五、 铸造与锻造：让铁变得有用
从炉子里出来的铁水，根据炉子和工艺的不同，可能是生铁（含碳量高，硬但脆）或者铸铁。如果想要得到熟铁（含碳量低，韧性好，可锻打）或钢（介于两者之间），还需要进一步处理。
铸造： 将熔化的铁水倒入预先制作好的模具中，冷却后形成各种器具，如农具、兵器、炊具等。这是最直接的利用方式。
锻造：
脱碳与渗碳： 对于生铁，可以通过反复加热和锻打，让一部分碳逐渐氧化脱去，变成熟铁。这个过程也叫做“炒钢”或者“灌钢”。
渗碳： 有时候，为了让熟铁的硬度提高，会将其在含有碳的物质（如木炭粉）中加热渗碳，使其变成钢。
反复锻打： 熟铁或者钢在加热到一定程度后，用锤子反复敲打，去除杂质，使金属组织更加均匀致密，提高其强度和韧性。这就是我们常说的“千锤百炼”。
淬火与回火： 为了进一步提升钢的性能，还会进行淬火（将加热后的钢迅速冷却，使其变硬）和回火（将淬火后的钢再次加热到较低温度并冷却，消除内应力，调整硬度和韧性）。
六、 炉渣的再利用（有时）
有时候，炉渣经过处理，也可以作为一些建筑材料的添加剂，或者用于其他用途。
古人炼铁的特点和意义：
经验至上： 许多工艺参数（如矿石与燃料的比例、风力大小、炉温控制）都是通过一代代人的经验积累和传承下来的。
土法上马： 利用最原始的材料和工具，就地取材，因陋就简。
技术是秘密： 炼铁技术在古代往往是家族或作坊的绝密，外人很难学到真传。
巨大进步： 尽管看起来原始，但古人炼铁技术的进步，特别是鼓风技术的出现和炉灶的改进，极大地提高了生产效率，为农业、军事和手工业的发展提供了强大的物质基础，是人类文明史上的重要里程碑。
总而言之，古人炼铁是一个集采矿、选矿、炉灶建造、火焰控制、化学反应理解和金属加工于一体的复杂过程。它不是一蹴而就的，而是充满着摸索、试错和智慧的结晶。每一件古老的铁器，都凝聚着古人的心血和对自然的深刻理解。
网友意见
写在前面
1.古代炼铁无论在冶金还是在机械都非常冷门，所以要了解的比较正确和系统最好还是到知网或博物馆去找，一般的百度，贴吧，微博的可信度堪忧。
2.为了让行外人看懂这篇答案，我删去了很多公式和原理性的东西，但也列出了引用文献。
3.对于穿越者来说，学习古代炼铁不能让您荣华富贵，还有可能让您丢了小命，古代炼丹学才是您平步青云的利器。
4.本人专业炼丹，招学徒工
炼铁技术的的成熟
人类使用铁器首先是从陨铁开始的.早在公元前3000年以前,人类已开始使用陨铁.古埃及人把铁称为“来自天上的铜”,而在两河流域的苏美尔人则称之为“天上的金属”.我国在商代(公元前14世纪)开始使用陨铁.在出土文物中有用陨铁制成的兵器.这说明公元前14世纪前后,商代的先民对铁的性质有了认识,并掌握了锻打嵌铸技术.但是,尚不知如何炼铁。
春秋时期,铁制农具开始得到使用,但不普遍.
战国中期, 建基于“藕耕俱耘”共耕制之上的奴隶制经济基础发生动摇,井田制瓦解， 我们有理由相信是铁器作为一种新的大规模应用生产力因素,为开发山林,扩大耕地,发展水利灌溉和交通等创造了极其有利的条件从而导致该时期的主流生产方式崩溃。铁制生产工具在生产上已占据主导地位说明战国时期的中国大地上已经有了成熟的冶铁工业。
两种冶铁工艺
世界上其他地区冶铁的发展史都是从块炼铁开始。块炼铁的原料大致是用铁矿石(含铁量较高的富矿)和木炭。木炭燃烧形成高温,井生成具有还原性的一氧化碳气体,使铁矿石中的氧化铁还原成金属铁。理论上这种冶铁要求的温度并不高,但实际上要达到一定的反应速度和使还原出的铁颗粒聚结,冶炼温度当在1000℃左右或稍高一些。原始的炼铁可能利用自然通风或皮囊做的鼓风器。产品是没有熔化的铁块,矿石中其他未还原的氧化物和杂质不能除去,以能趁热锻打挤出一部或大部,仍然有较多的大块夹杂物留在铁里（最高赞的答案说的就是这种冶铁方式）。
而中国的铁矿由于其低品位与高磷就促使我们走上了另一条路，当时的中国古人们在块炼铁的基础上为了提高产量,就要强化鼓风和加高炉身,炉子逐渐从地坑式向竖炉发展。炉身加高以后,炉内上升的煤气流与矿石接触的时间延长,能量利用率提高。鼓风强化有两方面的效果,一方面是使鼓风压力加大,穿透炉内料层的能力增强,因而允许增加炉身高度。另一方面是燃烧强度提高,直接提高了炉内温度,这些都促使产量提高。可是事物总是一分为二的,温度高了,往铁里渗碳的速度也加快了。本来块炼铁含碳量极低,接近于纯铁,质地柔软易于锻造,渗碳超过2%以后,就引起了质变,得到了另外一种产品—生铁。铁的熔点随着它的含碳量变化而变化生铁熔点比含碳很低的块炼铁低得多,最低达1150℃,原料中其它一些元素被还原进入铁中,使生铁的熔点进一步降低,因而容易获得液体产品,并且可以铸造铁器。
矿石上一点点的差别就导致西方各国都是长期使用产量低,费工多,劳动强度大块炼铁,一直到十四世纪才有生铁,欧洲由块炼铁发展到生铁用了二千多年。我国古代钢铁冶金技术带着我们中华民族独特的风格,带着我们的苦难带着我们的贫瘠走着与世界各国不同的块炼铁和生铁同时发展的道路。在这条康庄大道上铁器直接得到了最广泛的应用，让中华民族在东方这片土地上傲视群雄，用战争，用异族的鲜血写就了一个个帝国的历史。
古代的炼铁炉
古代的炼铁炉大致可分为三种:块炼炉、柑塌炉和竖炉。
块炼炉由于结构简单,随拆随建,因此早期的块炼炉是很难保留遗迹的。从较晚期的块炼炉残迹来看,有的依山靠坡,有的就地为穴,用当地的泥石砌筑较矮的炉墙,炉口敞开,便于装料和排出炉气,下部有孔道供风和清渣出铁。炼好一炉,要间断操作,待炉温降低后将铁块取出,然后修炉再装料冶炼。燃料一般用木炭,后来也用煤。随着燃料和矿石资源的变化,块炼炉群的位置不断变迁。炉子可以自然通风,也可鼓风。
增塌炼铁的使用一直延续到近代农村,山西的柑场铁直到解放初期犹存。钳涡用耐火泥、粘土、炭粉打结而成,内装铁矿石和炭末,外面加热冶炼。增涡炼铁设备简单,操作技术易于掌握,产品质量较好,成本不算很高,适于小规模的生产,所以在历史上能长期保留下来（这个没找到古代的图，但估计应该是和大跃进时期的土炉子比较像）。
我国历史上主要的炼铁方法是鼓风竖炉。
古代炼铁竖炉可能是从炼铜炉演变来的,大致在春秋末战国初或更早就产生了,秦汉以后竖炉炼铁得到迅速发展,一直延续到近代的土高炉,仍然基本上属于同一类型。我国炼铁竖炉炉型的发展有一个由小到大,又由大适当变小的辩证过程。现已发掘的十几个汉代冶炼遗址表明,当时的竖炉有圆形和椭圆形两种截面。炉子截面砌筑成椭圆形的原因,可能是认识到在当时鼓风设备简陋的条件下,椭圆形截面可使鼓风和煤气流更易达到炉缸中心,有利于提高炉缸中心温度,避免炉子冻结。郑州市博物馆最近在古荣镇发掘的汉代河南郡官营第一冶铁作坊遗址,出土两座规模相同的炼铁竖炉。炉缸呈椭圆形,长短轴分别为月米和2.7米,炉璧厚约1米,外面还残留有黄土支护层,最厚处为6米。炉缸用耐火泥夯打而成,呈深灰色,是原来在还原气氛下工作的特征。沪底下面是炉基,是具有一定耐火性能的夯土层,厚约3米。在炉前土中埋有许多巨大铁块,重达二十余吨的有三块,其中一块上面有扁圆形向外倾斜的铁柱,粗0.6米,高2,2米。铁块的主要部分形状、尺寸和炉底基本相当,底面还粘有耐火材料。炉壁从底向上向外倾斜,炉底约8.5平方米,高按6米计算,炉子容积约五十立方米。关于汉代的炼铁炉,截至目前,只有《汉书》中有过在公元前91年及27年高炉悬料发生爆炸事故的记载。爆炸前炉前操作的铁工十三人惊走,爆炸后回来发现“地陷数尺,炉分为十”,说明炉子规模是相当可观的。
引用文献
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[3].中国古代高炉的起源和演变[J].钢铁,1978(04):96.
[4]李飏,李祖德.中国古代块炼铁技术[J].粉末冶金材料科学与工程,1999(01):1-9.
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