中国古代生铁冶炼炉壁材料高温技术性能研究

Furnace material which has structural stability, maintain high temperature, and provide silicate material for slag formation, plays a key role throughout the cast iron smelting process. Though, many furnace material remains were found in the sites, the ceramic technology used for cast iron smelting in ancient China had never been assessed in detail, and the high temperature technical performances of furnace material had never been understood very well. This project will promote a systematic scientific research on structural, chemical and thermal performances of cast iron smelting furnace material by experimental analysis and simulation experiment. This project aims to build a collection of scientific information on Chinese ancient cast iron smelting furnace material, in order to gain a better cognition of their scientific values, and to explain the reason why the cast iron smelting technique was invented in China from the perspective of furnace material. In addition, the achievements of this project could improve the research of history of metallurgy, and provide scientific evidence to develop Chinese traditional metallurgical culture.

炉壁材料在生铁冶炼中起着承重、耐火以及为反应提供硅酸盐材料等重要作用，为生铁冶炼的顺利进行提供了保障，是生铁与生铁制钢技术得以发生和发展的重要物质基础。然而，目前对于古代生铁冶炼炉壁材料的研究多为简单的定性描述，鲜有深入系统的科学研究、是为空白，造成诸多问题。本项目拟通过实验分析和模拟实验对中国古代生铁冶炼炉壁材料高温技术性能开展定量研究，初步建立中国古代生铁冶炼炉壁材料科技信息库，科学认知其结构性能、化学性能和热性能，深入挖掘中国古代钢铁技术、冶铁炉及其炉壁材料的科学价值，从炉壁材料的角度阐释中国得以发明生铁冶炼技术的技术原因，完善中国冶金史和耐火材料史研究，为中国冶金科技文化的传承与发展提供科学依据。

本项目通过文献调研、田野调查和实验室分析，对中国古代生铁冶炼炉壁材料高温技术性能开展了结构性能、化学性能和热性能研分析，明确了中国古代生铁冶炼炉壁材料的类型、发展历程、原料、制作工艺等科学信息，认为中国古代存在黏土质、砂质、石质、砂泥质炉壁材料。通过考察不同矿物组分在微观结构中的作用，认为砂泥质材料结构稳定性优于黏土质材料和砂质材料；通过考察炉渣对不同炉壁材料的侵蚀状况和不同炉壁材料与炉渣间的碱度差异，认为黏土质材料更易融入炉渣、积极参与造渣，砂质材料、砂泥质材料化学稳定性更高；通过热分析，发现不同炉壁材料耐火度均达到1200℃以上，砂质材料、砂泥质材料的耐火度高于黏土质材料，并通过考察炉壁材料的受热温度还原冶炼炉的生产状况。由此认为，砂泥质材料综合性能较为优越，延长了冶炼炉的使用寿命，古人在不断的实践过程中逐渐将其取代黏土质材料。本项目首次对中国古代生铁冶炼炉壁材料开展了系统的高温技术性能分析，深入认知其科学信息，完善了中国冶金史、高温技术史的研究；其次，通过解读炉壁材料高温技术性能与冶金生产之间的关系，更好的科学理解古代冶金技术的发展历程和技术内涵；此外，为更好的传承和发展中国优秀传统冶金科技文化提供了更多的科学依据，有利于提高中国科技的历史自信。