建造块炼炉并冶炼铁——铁器时代

设计：竖炉

块炼炉是一座高高的竖井，形成一个还原柱——矿石和木炭从上面装入，空气从下面鼓入，铁块在炉底聚集。

规格

• 高度：80-120 cm，这是小型实验炉常见的尺寸（炉身越高，气体还原矿石的时间越长）
• 内径：25-35 cm
• 壁厚：10-15 cm（黏土与沙的混合料，和窑一样）
• 风口（tuyère）：一根孔径几厘米的黏土管，在靠近炉底、炉膛上方处穿墙而入，向下倾斜指向中心。不同的成熟炉型高度和角度各不相同，所以要照一个有文献记录的设计来取数，不要把不同来源的数字混用
• 出铁拱门（可选）：炉底的一个开口，用来取出铁块，冶炼时用黏土封住

建造

1. 做一个带浅碗形凹坑（炉膛）的圆形黏土底座。铁块就在这里形成。
2. 用 Blueprint 02 的泥条盘筑法，筑得更高。
3. 按你所选设计规定的高度，在炉膛上方把风口（黏土管）穿过炉壁装好。
4. 视天气晾干几天到一周甚至更久。块炼炉比窑厚，需要更长的干燥时间。
5. 用逐渐加热的火烘烧固化（与 Blueprint 02 相同的流程）。

矿石准备

1. 在明火上把矿石焙烧几个小时。这能赶走水分和部分杂质，转化含水氧化物，并让岩石类矿石更容易破碎。
2. 把焙烧过的矿石敲碎到榛子大小（1-2 cm）。不要太细——要让空气能通过。
3. 清洗碎矿石，去掉黏土和轻质杂质。

冶炼（6-10 小时）

1. 预热：把炉子装满木炭并点燃。配合风箱（bellows）烧大约一小时，边烧边添炭，直到整个炉身都烧热。
2. 第一批装料：先装一份称好的木炭，再在上面装一份称好的矿石。要称重装料，不要凭料层厚度估计：整炉冶炼中木炭和矿石的用量按重量大致相等，而木炭保持炉内的还原气氛。
3. 继续装料：每当料柱下降一批的高度，就从上面再加一批木炭，然后加一批矿石。
4. 风箱——不能停：两人轮换，或用双动风箱。送风不能中断：没有强制鼓风，炉子很快就会冷却。
5. 排渣：熔融的炉渣（约 1200 °C 的液态玻璃）聚集在铁块上方。如果炉子有出渣口，就定期打开放渣。如果没有，炉渣会留在炉膛里，所以炉膛必须足够深，免得炉渣涨到风口处把风堵住。
6. 时长：连续运行 6-10 小时。所有矿石都处理完，冶炼就结束了。

炉内发生了什么

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂    （约 800-1200 °C）

（来自木炭的）一氧化碳把氧化铁还原成金属铁。但和铜不同，铁从不熔化——它以固体颗粒的形式生成，这些颗粒互相焊合成海绵状的块（块炼铁），浸在一池液态炉渣之中。

取出块炼铁

1. 在冶炼结束时、块炼铁还处在焊接温度时就把它取出；趁热马上压实最容易，之后也可以再加热。
2. 如果有出铁拱门：打碎黏土封口，用钳子把铁块拖出来。
3. 如果没有拱门：打破炉子下部把铁块取出。（炉子可以牺牲——历史上许多块炼炉都只用一次。）

你应该看到什么

一块粗糙多孔的团块——小炉冶炼出的往往约有一个大葡萄柚那么大——颜色从红褐到深灰，海绵状，到处夹着玻璃质炉渣。这就是你的块炼铁。

压实（关键步骤）

生的块炼铁里满是炉渣、炭屑和空隙。必须趁热锤打，把杂质挤出来，并把铁颗粒焊合在一起：

1. 在焊接温度（亮黄到黄白色）下加工，每次冷下来就放回锻炉重新加热。
2. 把它放在铁砧上，先轻轻敲打：刚出炉的块炼铁很松脆，可能散开。随着它逐渐粘结，再加大力度——炉渣会化作火花和液滴飞溅。场面壮观但危险；请戴护目镜，让围观的人远离。
3. 压实后，将它劈开、折叠并再次锻焊，进一步精炼。要准备加热很多次。
4. 每一次锻焊都会封闭更多空隙，挤出更多炉渣。
5. 压实之后，你就得到一根粗糙的熟铁条。

创新链条完成

现在你已经走完了木材 → 木炭 → 窑 → 铜 → 青铜 → 铁这条路。每一步都建立在前一步之上，每一步都需要不断积累的知识。创新就是这样运作的——不是孤立的发明，而是一条相连的链条，每一种能力都为下一种能力铺路。

接下来是什么

你的块炼熟铁能用，但偏软。链条上接下来的创新：

• 渗碳：把铁包在木炭里加热数小时 → 碳扩散进去 → 钢（更硬）
• 淬火：把钢烧红后浸入水中 → 形成马氏体 → 非常硬但脆
• 回火：把淬过火的钢重新加热到设定温度（蓝色回火色约为 300 °C）→ 牺牲少许硬度换取大得多的韧性
• 花纹焊接：把含碳量不同的钢折叠后锻焊在一起 → 花纹焊接钢（常被不太准确地称为“大马士革钢”）

它们每一个都将是创新之路上未来的 blueprint。