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煉鋼|一本數學書 為《西游記》玉華州鐵匠證清白

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一本數學書 為《西游記》玉華州鐵匠證清白
熟鐵雖可鍛打 ， 但其內部結構松散 ， 質地較軟 ， 需進一步鍛打成鋼才能制造優質兵器 。 反復加熱、鍛打、折疊 ， 可以盡可能去除鐵中含鎂、鋁、硅、鈣等元素的雜質 ， 讓其質量變得越來越好最終成鋼 。 從生鐵到熟鐵 ， 再從熟鐵到鋼 ， 鍛打過程都會讓其重量減少 。
阿基米德以發現浮力定律而在科學史上赫赫有名 ， 這個發現相傳來源于敘拉古國王懷疑一頂金王冠的純度 ， 于是委托阿基米德查明此事 。 最終阿基米德運用剛發現的浮力定律 ， 測出制作王冠的工匠偷竊了黃金 ， 代之以雜質 。 從《西游記》里 ， 我們也能看到一樁頗為相似的案件 。 它發生在第八十八回到第九十回 ， 大致情節是悟空三兄弟在天竺玉華州收了三個小王子為徒 ， 分別傳授武藝 ， 王子們組織鐵匠仿造悟空等人的兵器 ， 制造期間黃獅精把金箍棒等盜走 ， 鐵匠一度被懷疑為盜竊犯 。 經過一番波折 ， 金箍棒等神兵被找回 。 鐵匠的盜竊嫌疑雖被洗清 ， 但書中透露的兩組數字卻讓他們有了貪污的嫌疑：
王子又隨宣召鐵匠 ， 買辦鋼鐵萬斤 ， 就于王府內前院搭廠 ， 支爐鑄造 。 先一日將鋼鐵煉熟 ， 次日請行者三人將金箍棒、九齒鈀、降妖杖 ， 都取出放在篷廠之間 ， 看樣造作 ， 遂此晝夜不收 。
又見那鐵匠人等造成了三般兵器 ， 對行者磕頭道：“爺爺 ， 小的們工都完了 。 ”問道：“各重多少斤兩？”鐵匠道：“金箍棒有千斤 ， 九齒鈀與降妖杖各有八百斤 。 ”
制器之初 ， 鋼鐵萬斤 ， 造成之后 ， 3種兵器的重量合計只有2600斤 ， 兩者相差7400斤 。 讀到此處 ， 不免有讀者產生疑問 ， 這相差懸殊的數字 ， 是否意味著鐵匠們偷偷搬走鐵料 ， 充實了自己腰包呢？
原料的消耗有多少
欲判斷從原料到產品的產出比是否合理 ， 需知道古代從煉鐵到打鐵 ， 通常會消耗多少原料 。
從原文可看出 ， 鐵匠在造作之前 ， 要花一天時間將鐵煉熟 ， 所以王子最先買的萬斤都是生鐵 。 生鐵就是把粉碎的鐵礦石與起還原劑作用的煤粉等混合 ， 得到的含碳量大于2%的產物 。 它只能鑄不能鍛 ， 要制作兵器必須再精煉成熟鐵 。 中國傳統上使用“炒鋼法”來得到熟鐵 ， 即在炒爐里鼓風讓生鐵熔化 ， 并通過攪拌讓其脫碳 。
以新中國成立前后仍流傳于山西等地的“地爐式”炒爐為例 ， 操作者先把木炭、木柴等裝入爐缸內 ， 點燃鼓風燒旺 ， 再加入生鐵 ， 這些生鐵既可以是剛剛從礦石冶煉出來的 ， 也可以是回收利用的鑄鐵鍋碎塊 。 操作者把爐門堵塞 ， 繼續鼓風加熱 ， 生鐵會逐漸燒成紅色 ， 這時開始用鐵棍攪拌 ， 當生鐵進一步燒得發白時 ， 再用力攪拌 ， 讓它形成半熔融狀態的團塊 ， 攪拌可以讓生鐵所含的碳與空氣中的氧結合逸去 ， 從而降低其碳含量 。 隨后 ， 操作者用火鉗把團塊取出 ， 鍛打擠出雜質 ， 經過幾次回爐加熱、重打 ， 最終形成鐵錠或板條 。
熟鐵雖可鍛打 ， 但其內部結構松散 ， 質地較軟 ， 需進一步鍛打成鋼才能制造優質兵器 。 反復加熱、鍛打、折疊 ， 可以盡可能去除鐵中含鎂、鋁、硅、鈣等元素的雜質 ， 讓其質量變得越來越好最終成鋼 。 成語有云“千錘百煉” ， 就源于這個過程 。 從生鐵到熟鐵 ， 再從熟鐵到鋼 ， 鍛打過程都會讓其重量減少 。 對此北宋沈括記載道：凡鐵之有鋼者 ， 如面中有筋 ， 濯盡柔面 ， 則面筋乃見 ， 煉鋼亦然 。 但取精鐵鍛之百余火 ， 每鍛稱之 ， 一鍛一輕 ， 至累鍛而斤兩不減 ， 則純鋼也 ， 雖百煉 ， 不耗矣 。