四、铁矿的开采冶炼技术
（一）胡升对宋代铁矿采炼过程的记载
现存宋人资料中，对当时铁矿开采冶炼技术进行描述的文字比较少，而且大都不完整。但是明代弘治十五年（1502）编写的《弘治徽州府志》卷三中保留了一段简练的文字，叙述的正是宋代的铁矿采炼情况。现将这段文字照录于下：
按元胡编校《星源志》：铁矿产于浇岭，其山与浮梁县界连接。凡取矿，先认地脉，租赁他人之山。穿山入穴深数丈，远或至一里。矿尽，又穿他穴。凡入穴，必祈祷于神。不幸而覆压者有之。既得矿，必先烹炼，然后入炉。煽者、看者、上矿者、炼者、取钩砂者、炼生者，而各有其任。昼夜番换，约四五十人。若取矿之夫、造炭之夫，又不止是。故一炉之起，厥费亦重。或炉既起，而风路不通，不可熔冶；或风路虽通，而熔冶不成，未免重起；亦或有一再而成者。凡此，皆得不补费。
这段文字不仅仅见于《弘治徽州府志》。明代嘉靖四十五年（1566）编写的《嘉靖徽州府志》和清朝人顾炎武撰写的《天下郡国利病书》中也有此条记载，内容大同小异。由于这段文字首见于明代地方志中，很多明清经济史专家据此认定记述的内容反映了明代的铁冶生产情况。这种观点的错误，在于没有指出《星源志》撰写时的年代远在明代以前。另有一些学者提出，这条资料记载的是元代初年的炼铁情况。这种观点虽然将资料反映的炼铁年代向前推移到元代初年，但是仍然不够准确。
要搞清楚上述资料撰写的年代，突破口是查出胡编校究竟是何人，生活在哪个朝代。而《弘治徽州府志》卷八中恰恰为我们提供了有关胡编校生平的主要内容：
胡升，字潜夫，号愚斋，婺源清华人，制机闳休之曾孙，知府烫之子。淳祜庚戌以布衣领荐，登壬子进士第。入史馆，授国史编校。逾年史进，赐迪功郎。宝祜丁巳丁大全据言路。逐董丞相槐，端明尤熵上疏列其事，丐去。大全怒，逐熵。或告升为爝疏藁，以史事捃摭，褫官，谪徙南安，前后十一年。成淳癸酉被旨叙复，丐祠，告调太平州司户参军，仍董庶务。尝以知县洪从龙属（嘱）撰《星源图志》……元至元辛巳卒，年八十四。
同书卷四中也记录了请胡升撰写《星源图志》的婺源县知县洪从龙的情况：
洪从龙，桐庐人，承议郎，知婺源县。以年来税额失陷，朝廷举行推排之令，从龙适当其任，户籍明，税额复，田里晏然，不扰而集。咸淳戊辰（咸淳四年，1268年）重刻林虐所撰县官题名记……
综合分析上述资料，可以得出以下几点结论：第一，胡编校姓胡名升，徽州婺源县人，从他去世时是八十四岁、当年是元世祖至元辛巳年（即至元十八年，1281）推算，他应该出生于宋宁宗庆元三年（1197）。在他八十四岁的生涯中，只有最后几年纳入元朝的统治时期，其余绝大部分时光都生活在南宋朝廷的统治下，因此，胡升无疑应算作南宋后期人。《弘治徽州府志》卷三称胡升为“元编校”，估计是以他去世的年代为依据，将他视为元朝人的。但后人如果仅仅依据此条记载，不对胡升进行专门的研究，就会对他的生活时代产生误解。第二，胡升在宋理宗淳j；占十年（1250）以布衣领荐，淳祜十二年（1252）始登进士第作官，此时他已五十五岁了。
他先被授任宋理宗朝的国史编校一职，在宋理宗宝韦占五年（1257）
时，因侍御史丁大全逐丞相董槐、进而排斥异己而受到牵连，被罢官徙南安长达十一年，于宋度宗咸淳四年（1268）返回家乡，直到宋度宗咸淳九年（1273）才叙复官职，任太平州司户参军。第三，胡升是受婺源县知县洪从龙的嘱托撰写婺源县志《星源图志》的。虽然《弘治徽州府志》中没有明确记载胡升撰写《星源图志》的时间，但是从上述两条材料提供的年代线索中不难推断，胡升是在宋度宗咸淳四年，即被谪徙南安十一年以后返回家乡居住的，当时，婺源县知县正是洪从龙。胡升受洪从龙的邀请开始撰写该书，撰写的时间应在咸淳四年至咸淳九年（1268～1273）之间，即就任太平州司户参军之前。他在编撰《星源图志》时可能仍以国史编校一职署名，或者在序言中记载了他的仕宦经历，这些记载得以保存下来，故此被后人称为“胡编校”。
以上几点确凿地证明，胡升是南宋后期人，在宋度宗成淳年问撰写了婺源县县志《星源图志》。虽然这部地方志现在未能保留下来，但胡升对南宋后期当地铁矿的采炼过程及其规模的记载却被后人录入《弘治徽州府志》中，从而为我们探索南宋时期的铁矿采炼业提供了极为珍贵的资料。
（二）铁冶业的生产规模及冶炉的型制
根据胡升的记载，宋代徽州婺源县的铁矿冶炼情况大致如下：铁矿开采采用了私人经营的形式，私人业主之下，雇用了大批劳动者，除去采矿者和制炭者外，仅以围绕一个冶炉进行生产的人数计算，就需要劳动者四五十人。这里面包括负责往炉内装填矿料的人（上矿者）、鼓风的人、观察炉况的人、熔炼的人、钩取炉渣的人、负责铁水出炉成型的人，他们各执一事，分工协作，以流水作业的形式保证连续不停地进行炼铁生产。这种私营生产的规模，在两宋时期的记载中都能见到，只是叙述得过于简单，对生产的分工情况未予述及。例如，北宋元丰元年十月苏轼在《上皇帝书》奏议中提到：徐州利国监“自古为铁官商贾所聚，其民富乐，凡三十六冶，冶户皆大家，藏镪巨万”。每一冶户拥有冶工百余人，其中不仅仅是冶炼工人，也包括采矿伐炭之工。到了南宋…出现了经济力量更为雄厚的、拥有更多冶工的私营业主。岳柯在《汪革谣谶》中提到：汪革在舒州宿松县拥有两座冶铁炉和一座炭山，工人五百余名。另外，《淳熙三山志》一书提供了南宋福州下属各县六十九家炉户的材料。在这六十九家炉户中，四十五家拥有高炉，十四家拥有平炉，三家拥有小炉，每年每炉都得依据不同的炉型交纳不等的税钱。以上这些记载，只是使我们得知：两宋时期的私营冶铁业生产中，富有的业主拥有一座乃至数座冶铁炉、雇用人数众多的工人从事生产的现象已不少见。胡升的记载，进一步地描述了具体的分工情况和生产过程。可见，规模化的工场手工业生产形式在宋代私营生产中已被普遍采用，从采矿到冶炼，各道工序都安排了专门的技术工：人，以利于熟练地进行生产。所以，冶铁业生产效率的提高是显而易见的。
下面，再来探讨宋代冶铁炉的型制及砌筑技术。
《淳熙三山志》中提到，冶铁户拥有三种不同的冶炉，即“高炉”、“平炉”、“小炉”。
“高炉”，现代又称之为“竖炉”，是将矿石熔：陈成铁水的炉子，即炼制生铁的炉子。我国古代或称之为“冶炉”、“冶”、“炉”、“大炉”、“蒸矿炉”。
“平炉”一词的现代含义是指“用于炼钢的、配备蓄热室的膛式火焰炉”，这种炼钢法19世纪中期诞生于法国。我国虽然早在宋代以前就已会使用炒钢炉、反射炉生产钢铁，但《淳熙三山志》中“平炉”一词的含义是否指炼钢用的炉子，因缺乏佐证材料，本人尚无法作出评判。
“小炉”一词，应该有两种含义。据清朝人屈大均在《广东新语》中的记载，小炉是指将生铁块锻制为熟铁时用的炉子。屈大均日：“其炒铁，则以生铁团之入炉，火烧透红，乃出而置砧上。一人钳之，二三人锤之，旁十余童子扇之，童子必唱歌不辍，然后可炼熟而为碟也。计炒铁之肆有数十，人有数千。一肆数十砧，一砧有十余人，是为小炉。炉有大小，以铁有生有熟也。故夫治生铁者，大炉之事也；治熟铁者，小炉之事也。”屈大均所言虽然指的是清代的生产情况，但大炉是指将矿石熔化炼成生铁时所用之炉，小炉是指将生铁加热、以备锻打成熟铁时所用之炉，这两种称谓应该是古代社会长期以来沿袭下来的。这是“小炉”的第一种含义。在宋代，“小炉”还有另一种含义，即指型制、体积都比较小的炼制生铁的冶铁炉。宋人张方平为李宗咏写的墓志铭中提到：宋仁宗时期李宗咏知徐州，当时利国监冶炉常常砌造得很大，“冶大善崩，崩则罢鼓，官课不供，徐之高赀率以冶败，民告无聊。公（李宗咏）亲往视之，得所以然，因以新意为作小冶，功省而利倍”。这条材料中提到的“小冶”，就是指冶炼生铁的体积较小的炉子。
现代考古发掘证明，宋代冶炼生铁的高炉，的确有大小不同的规格。20世纪50年代，在河北省沙河县綦阳村发现了一处古代炼铁遗址，“仅从地面上看出来的炼铁炉痕迹有十七、八个，其中有四个炉还剩有五分之一的部分，从铁炉中流露出来的铁汁，还有两大滩，共有十七、八块，每块约有几吨重”。在当地还发现两座石碑，一座是建于北宋宣和四年（1122）八月的“大宋重修冶神庙记”石碑，上面记载着：“……朝廷一襟要，其地多隆岗秃坑，冶之利自昔有之，綦村者即其所也，口皇祜五年始置官吏，岁入之数，初也甚微……”另一座是元代大德二年（1298）九月立的“顺德等处铁冶都提举司”。从两座石碑上的文字可知，綦村冶铁生产早在北宋仁宗时期就开始了，直到一百七十多年后的元代仍在延续。另外，考古专家在距离綦阳村几十华里的邯郸市武安矿区矿村也发现了一座残缺不全的宋代冶铁炉，高约6米，炉底直径3米，炉的外形很像现在的土高炉，成圆锥形，炉腹直径大于炉底，从炉腹到炉顶直径逐渐缩小。它的四周还有四座大小相同的炉址，村的四周同样留有不少的古代冶铁遗址。矿山村的这座古代冶铁炉无论外形及构造均与綦阳村所发现的宋代冶铁炉完全相同。参考宋代文献记载，河北省邯郸市武安矿区矿山村就是宋代磁州武安县官营冶铁场所——固镇冶务——的所在地，而河北省沙河县綦阳村就是宋代邢州官营冶铁场所——綦村冶——的所在地。宋神宗元丰元年（1078），这两地岁课生铁分别达到197万斤和217万斤，共占当年全国岁课铁总额550万斤的75％以上。直到北宋末期的宣和元年，磁州固镇与邢州綦村两处官营铁冶仍是国家重要的产铁基地。以上这两处，都砌筑了型制很大的冶炉。
中小型制的炼铁炉，从考古发掘的情况看，也是为数不少的。
河南省林县铁生沟遗址发现了十一座宋代炼铁竖炉，那些炼铁炉炉膛内径分别为0.9米～2.6米不等。炉子一般靠近沟坡，利用地形可以使炉子坚固。同时，在山坡上面平台装料，便于运输，下面平台鼓风、出铁、出渣，便于操作。在安阳县铜冶公社铧炉村也发现一座与林县宋代炼铁竖炉相似的残存竖炉，高约4米，直径2.5米。另外，在安徽繁昌县发现的宋代冶铁炉，直径也只有1.15米左右。
国家官营采冶场地和富有的私营业主因拥有众多的人力、物力，雇用的工人技术水平较高，往往建造大型的冶铁炉从事生产。
但是，当工人砌筑冶炉的技术水平不高、生产条件不稳定时，冶铁炉型制及其大小对生产效率就会产生较大的影响。北宋仁宗时期，李宗咏知徐州，当时利国监冶炉常常砌造得很大，“冶大善崩，崩则罢鼓，官课不供，徐之高赀率以冶败，民告无聊。公（李宗咏）亲往视之，得所以然，因以新意为作小冶，功省而利倍”。出现“冶大善崩”的现象，是由于炉的容积过大，炉壁过高，火焰燃烧不均匀，炉料熔化运行过程不顺利，当炉内下部炉料已经熔化，悬在上部的炉料突然下落时，因炉缸承受不住过大的压力造成的。因此，李宗咏“因以新意为作小冶，功省而利倍”，是指将型制大的冶铁炉改成型制比较小的冶铁炉，使炉内原料能均匀受热、充分熔化，避免出现因悬料造成冶铁炉崩坏的现象。另外，当劳动者数量少时，也往往采取用小型冶铁炉生产的形式。由于小型冶炉在生产时需要的人力较少，有些工人可能会身兼数道工序，不必明确地划分他们各自的职责范围。因此，那些型制较小的冶铁炉的生产，除了多由规模较小的私营业主雇人生产外，也可能存在着家庭生产的形式。
武安矿区矿山村发现的宋代冶铁炉从炉腹到炉顶直径逐渐缩小的内型特点，标志着高炉砌筑技术在宋代的进一步普及。刘云彩在《中国古代高炉的起源和演变》一文中指出：“至迟至宋代，高炉内型（炉墙里边的形状）已发展到具有现代高炉的基本特征……
高炉炉身内倾的意义和炉腹外倾的意义相近，能使煤气分布趋向均匀，炉料和煤气充分接触，改善矿石的还原和换热过程，节省燃料；同时减少下降的炉料对炉墙的摩擦，有利于炉料顺利下降，并延长炉墙的寿命。所以炉身内倾是技术上的重要创造，是高炉发展史上又一次飞跃。”由此看来，炉身内倾技术的采用不仅能降低生产成本，而且能有效地保障冶铁生产的顺利进行，减少因炉身崩坏造成的停产现象。宋神宗时期，磁州固镇冶务和邢州綦村冶务之所以能每年上交二百万斤铁，与高炉砌筑技术的进步也是有着密切关系的。