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中國煉生鐵歷史

發布時間:2021-02-27 14:45:27

① 中國在哪個朝代開始會煉鐵的

人類使用鐵器製品至少有5000多年歷史,開始是用鐵隕石中的天然鐵製成鐵器。最早的隕鐵器是在尼羅河流域的格澤(Gerzeh)和幼發拉底河流域烏爾(Ur)出土於公元前4000多年前的鐵珠和匕首。目前中國最早的隕鐵文物是1972年在河北藁城台西村商代中期(公元前13世紀中期)遺址中發現的鐵刃青銅鉞。這件古兵器,經全面的科學考查,確定刃部是隕鐵加熱鍛造成的。它表明我國商代人們已掌握一定水平的鍛造技術和對鐵的認識,熟悉鐵加工性能,並認識鐵與青銅在性質上的差別。但那時人們還不會利用鐵礦石煉鐵,而鐵隕石又很少,所以當時的鐵製品是十分珍貴的物品。
我國用鐵礦石直接煉鐵,早期的方法是塊煉鐵,後來用豎爐煉鐵。在春秋時代晚期(公元前6世紀)已煉出可供澆鑄的液態生鐵,鑄成鐵器,應用於生產,並發明了鑄鐵柔化術。這一發明加快了鐵器取代銅器等生產工具的歷史進程。戰國冶鐵業興盛,生產的鐵器製品以農具、手工工具為主,兵器則青銅、鋼、鐵兼而有之。據記載,今山東臨淄和河北邯鄲鐵礦等,春秋戰國時期都已進行開采。
所以說中國古時候用鐵礦石煉鐵最早的標准答案是春秋時期!

② 那個朝代用爐子冶煉生鐵

我國早在春秋晚期,就發明了鑄鐵冶煉技術.從近來考古發掘出土的春秋戰國之際鐵器來看,有用「塊煉法」製造的,也有用鑄鐵鑄造的,更有把鑄鐵件經過加熱退火柔化處理而成為展性鑄鐵的.①從煉得鑄鐵,鑄成器件,進而採用加熱退火的方法,對鑄鐵件加以柔化處理,必須有一個試驗改進的過程.由此可以斷定,我國鑄鐵冶煉技術的發明,應該更要早些.至少到春秋晚期,中原地區這種鑄鐵冶煉技術已經比較成熟,我們從公元前五一三年晉國鑄刑鼎這件事,就可以了解這一點.我們知道,要把刑書鑄在鐵鼎上,不是件簡單的事.即使這部刑書的文字不多,總該有些條文,要把這些條文鑄到鐵鼎上,這個「鑄型」不會大小,所需流動狀態的鑄鐵也不會太少,否則的話,就不可能鑄成功.毫無疑問,中國古代由於改進了煉爐的鼓風方法,提高了煉爐的溫度,很早就發明冶煉鑄鐵的技術,使煉出的鐵成為液體,從而加速了冶鐵過程,提高了鐵的生產率.這對於冶鐵業的發展和鐵工具的推廣使用是具有決定意義的.
到戰國中晚期,冶煉鑄鐵和鑄造鐵器已開始分工,新鄭鄭韓古城的內倉、西平酒店村和登封告城鎮,都已發現戰國鑄鐵遺址.
告城鎮發現了熔鐵爐底及爐襯殘片,還發現有拐頭的陶鼓風管以及木炭屑,可見當時熔鐵爐和煉鐵爐同樣以木炭為燃料.①近來考古發掘出土的戰國以迄漢魏鐵農具,大多數是鑄鐵製造的;在同時的手工業工具中,鑄鐵件也占很大比例.一九七七年七月長沙窯嶺春秋戰國之際楚墓出土鐵鼎,口徑二十三厘米(相當於當時一尺),高二十一厘米,腹深二十六厘米,出土時重三千二百五十克(相當於當時十三斤),金相鑒定表明含有少量石墨,基體為鑄鐵.

③ 中國什麼時期開始煉鋼鐵

北宋時期。

北宋時期我國煉鐵技術進步、產鐵量大增才出現了根本的扭轉。北宋時期鐵專的年產量最高時候屬已經高達800萬斤,這個產量看起來多,換算成現在的單位也不過就是4000噸鐵(我國現在的鋼鐵年產量都是億噸級的)。

但是在古代,全國年產4000噸鐵已經是很了不起的數字了,按照當時鐵鍋的製造重量來計算,這一年下來北宋的鐵產量,如果全拿去製造鐵鍋可以製造100多萬口,有了這樣一個入門級的產鐵量,才能在滿足武器鎧甲、錢幣佛像等用途之外,為民間千萬級的人口的鍋灶服務。

也正是因為鐵鍋在宋代的普及,有力地促進了中華炒菜法在宋代的推廣。

(3)中國煉生鐵歷史擴展閱讀:

鐵器,以鐵礦石冶煉加工製成的器物。鐵器的出現使人類歷史產生了劃時代的進步。

目前世界上出土的最古老冶煉鐵器是土耳其(安納托利亞)北部,赫梯先民墓葬中出土的銅柄鐵刃匕首,中國目前發現的最古老冶煉鐵器是甘肅省臨潭縣磨溝寺窪文化墓葬出土的兩塊鐵條。

參考資料來源:網路-鐵器




④ 中國發明生鐵冶煉技術的時間是在哪個年代

我國發明生鐵冶煉技術是在春秋後期。
從近來考古發掘出土的春秋戰國之際鐵器來看,有用「塊煉法」製造的,也有用鑄鐵鑄造的,更有把鑄鐵件經過加熱退火柔化處理而成為展性鑄鐵的.①從煉得鑄鐵,鑄成器件,進而採用加熱退火的方法,對鑄鐵件加以柔化處理,必須有一個試驗改進的過程.由此可以斷定,我國鑄鐵冶煉技術的發明,應該更要早些.至少到春秋晚期,中原地區這種鑄鐵冶煉技術已經比較成熟,我們從公元前五一三年晉國鑄刑鼎這件事,就可以了解這一點.我們知道,要把刑書鑄在鐵鼎上,不是件簡單的事.即使這部刑書的文字不多,總該有些條文,要把這些條文鑄到鐵鼎上,這個「鑄型」不會大小,所需流動狀態的鑄鐵也不會太少,否則的話,就不可能鑄成功.毫無疑問,中國古代由於改進了煉爐的鼓風方法,提高了煉爐的溫度,很早就發明冶煉鑄鐵的技術,使煉出的鐵成為液體,從而加速了冶鐵過程,提高了鐵的生產率.這對於冶鐵業的發展和鐵工具的推廣使用是具有決定意義的.
到戰國中晚期,冶煉鑄鐵和鑄造鐵器已開始分工,新鄭鄭韓古城的內倉、西平酒店村和登封告城鎮,都已發現戰國鑄鐵遺址.
告城鎮發現了熔鐵爐底及爐襯殘片,還發現有拐頭的陶鼓風管以及木炭屑,可見當時熔鐵爐和煉鐵爐同樣以木炭為燃料.①近來考古發掘出土的戰國以迄漢魏鐵農具,大多數是鑄鐵製造的;在同時的手工業工具中,鑄鐵件也占很大比例.一九七七年七月長沙窯嶺春秋戰國之際楚墓出土鐵鼎,口徑二十三厘米(相當於當時一尺),高二十一厘米,腹深二十六厘米,出土時重三千二百五十克(相當於當時十三斤),金相鑒定表明含有少量石墨,基體為鑄鐵.

⑤ 中國的冶煉技術的發展史有哪些

中國古文明象徵的商周到戰國的青銅器,可以說是鑄造技術所造就的。從重875公斤的司母戊方鼎、精美的曾侯乙尊盤和大型的隨縣編鍾群,以至大量的禮器、日用器、車馬器、兵器、生產工具等,可以看到當時中國已經非常熟練地掌握了綜合利用渾鑄、分鑄、失蠟法、錫焊、銅焊的鑄造技術,在冶鑄工藝技術上已處於世界領先的地位。而《考工記》中所記載的:「金有六齊。六分其金而錫居一,謂之鍾鼎之齊。五分其金而錫居一,謂之斧斤之齊。四分其金而錫居一,謂之戈戟之齊。三分其金而錫居一,謂之大刃之齊。五分其金而錫居二,謂之削殺矢之齊。金、錫半,謂之鑒燧之齊」,是世界上最早的合金配比的經驗性科學總結,表明當時中國已認識到合金成分與青銅的性能和用途之間的關系,並已定量地控制銅錫的配比,以得到性能各異,適於不同用途的青銅合金。

2.鑄鐵冶煉

在很長的一段時間里我們的鋼鐵冶煉技術是一度領先於世界的,中國冶煉塊鐵的起始年代在公元前6世紀,古代冶煉技術的演進春秋以前,中國的冶煉技術處於比較原始的階段,當時使用的冶煉方法稱為「塊煉法」。當時煉鐵使用木炭作燃料,熱量少,加上爐體小,鼓風設備差,因此爐溫比較低,不能達到鐵的熔煉溫度,所以煉出的鐵是海綿狀的固體塊,稱為「塊煉鐵」。塊煉鐵冶煉比較費時,質地比較軟,含雜質多,經過鍛打成為可以使用的熟鐵。鋼鐵冶煉技術的進一步發展到「塊煉滲碳鋼」。出土文物表明,中國最遲在戰國晚期已經掌握這種最初期的煉鋼技術。人們在鍛打塊煉鐵和熟鐵的過程中,需要不斷地反復加熱,鐵吸收木炭中的碳份,提高了含碳量,減少夾雜物後成為鋼。這種鋼組織緊密、碳分均勻,適用於製作兵器和刀具。進一步發展到「百煉鋼」技術。人們在打制器物的時候,有意識地增加折疊、鍛打次數,一塊鋼往往需要燒燒打打、打打燒燒,重復很多次,甚至上百次,所以稱之為百煉鋼。百煉鋼碳分比較多,組織更加細密,成份更加均勻,所以鋼的品質提高,主要用於製作寶刀、寶劍。

冶煉鑄鐵的技術比歐洲早。中國鑄鐵的發明出現在公元前5世紀,而歐洲則遲至公元後的15世紀。由於鑄鐵的性能遠高於塊鐵,所以真正的鐵器時代是從鑄鐵誕生後開始的。社會發展的歷史表明,鑄鐵的出現是社會生產力提高和社會進步的主要標志。中國從塊鐵到鑄鐵發明的過渡只用了約一個世紀的時間,而西方則花費了近三千年的漫長路程。中國古代煉鐵技術發展得如此迅速是世界上絕無僅有的。英國著名科學史家貝爾納說,這是世界煉鐵史上的一個唯一的例外。

另一傑出的生鐵加工技術是炒鋼,它是中國古代由生鐵變成鋼或熟鐵的主要方法,大約發明於西漢後期。其法是把生鐵加熱成液態或半液態,並不斷攪拌,使生鐵中的碳份和雜質不斷氧化,從而得到鋼或熟鐵。河南鞏縣鐵生溝和南陽瓦房庄漢代冶鐵遺址,都提供了漢代應用炒鋼工藝的實物證據。東漢時成書的《太平經》中也說:「有急乃後使工師擊治石,求其中鐵,燒冶之使成水,乃後使良工萬鍛之,乃成莫耶。」「莫耶」乃古代寶劍之稱。這段文字雖失之疏簡,但不難看出,它敘述的是由礦石冶煉得到生鐵,再由生鐵水經過炒煉,鍛打成器的工藝過程。炒鋼工藝操作簡便,原料易得,可以連續大規模生產,效率高,所得鋼材或熟鐵的質量高,對中國古代鋼鐵生產和社會發展都有重要的意義。類似的技術,在歐洲直至十八世紀中葉方由英國人發明。

中國古代的煉鋼技術主要是百煉鋼。自從西晉劉琨寫下「何意百煉鋼,化為繞指柔」這一膾炙人口的詩句後,「千錘百煉」、「百煉成鋼」便成為人們常用的成語。百煉鋼肇始於西漢早期的塊煉滲碳鋼,其後不斷增加鍛打次數而成定型的加工工藝。到東漢、三國時,百煉鋼工藝已相當成熟。上引《太平經》中的「萬鍛之,乃成莫邪」,即是其生動的寫照。曹操曾令工師製作「百辟利器」,曹丕的《典論·劍銘》中說:「選茲良金(指鐵),命彼國工,精而煉之,至於百辟」。劉備曾令「蒲元造刀五千口,皆連環,及刃口刻七十二湅」。《古今注·輿服》亦說:「吳大帝有寶劍三,……一曰百煉,二曰青犢,三曰漏景」。後世這一工藝一直被繼承,並不斷得到發展。 但是炒鋼和百煉鋼技術還存在一定缺陷,如炒鋼工藝復雜,不容易掌握;百煉鋼費工費時。

此外,在1981年經中國學者關洪野等人對513件出土的漢魏時期鐵器研究後表明,中國早在兩千多年前的漢代就已經發明了球墨鑄鐵,遠遠早於發達的歐洲國家。目前,中國學者所做的結論已經得到了國際學術界的承認。

創始於魏晉南北朝時期的灌鋼技術,是中國冶金史上的一項獨創性發明。陶弘景說:「鋼鐵是雜煉生柔作刀鐮者」,北齊的綦母懷文「造宿鐵刀,其法燒生鐵精以重柔鋌,數宿則成剛」,說的就是灌鋼技術。灌鋼的工藝過程大致為,將熔化的生鐵與熟鐵合煉,生鐵中的碳份會向熟鐵中擴散,並趨於均勻分布,且可去除部分雜質,而成優質鋼材。

綦毋懷文發展灌鋼法大約在東漢末,可能出現煉鋼新工藝「灌鋼」法的初始形式。南北朝時,綦毋懷文對這一煉鋼工藝進行了重大改進和完善。南朝齊、梁時的陶弘景首先記載了灌鋼法,北朝魏、齊間的綦毋懷文曾用這種方法製成十分鋒利的「宿鐵刀」。綦毋懷文,姓綦毋,名懷文,是中國南北朝時期著名冶金家。他生活在公元6世紀北朝的東魏、北齊間,具體生卒年代歷史上缺乏記載,只知道他好「道術」,曾經作過北齊的信州(今四川省奉節縣一帶)刺史。據史書記載,綦毋懷文的煉鋼方法是:「燒生鐵精,以重柔鋌,數宿則成鋼」,就是說,選用品位比較高的鐵礦石,冶煉出優質生鐵,然後,把液態生鐵澆注在熟鐵上,經過幾度熔煉,使鐵滲碳成為鋼。由於是讓生鐵和熟鐵「宿」在一起,所以煉出的鋼被成為「宿鐵」。灌鋼法是中國古代煉鋼技術上一個了不起的成就。同百煉法或炒煉法比較,其優點1)生鐵作為1種滲碳劑,因熔化後溫度高,加速向熟鐵中滲碳的速度,縮短冶煉時間,提高生產率。(2)熟鐵因為碳的滲入而成為鋼,生鐵由於脫碳也可以變成鋼,增加了鋼的產量。(3)在高溫下,液態生鐵中的碳、硅、錳等與熟鐵中的氧化物夾雜發生反應,去除雜質,純化金屬組織,提高金屬品質。(4)灌鋼法操作簡便,容易掌握。要想得到不同含碳量的鋼,只要把生鐵和熟鐵按一定比例配合好,加以熔煉,就可獲得。3推動中國古代刀劍技術的發展綦毋懷文是一位出色的制刀專家,對前人造刀經驗進行研究、比較,經過不斷實踐,創造一套新的制刀工藝和熱處理技術。

綦毋懷文造刀的方法是:先把生鐵和熟鐵以灌鋼法燒煉成鋼,做成刃口,然後「以柔鐵為刀脊,浴以5牲之溺,淬以5牲之脂」這樣做出來的刀稱為「宿鐵刀」,極其鋒利,能夠一下子斬斷鐵甲30札。對於含碳量比較高的鋼,理想的淬火介質應該是:當工件在比較高的溫度650~400℃,具有較大的冷卻速度,在低溫300~200℃,具有較慢的冷卻速度。這就需要採用雙液淬火法。綦毋懷文先用動物尿、後用動物油進行雙液淬火,能夠造出品質很高的「宿鐵刀」。中國早在戰國時代就使用了淬火技術,但是長期以來,人們一般都是用水作為淬火的冷卻介質。雖然三國時的制刀能手蒲元等人已經認識到:用不同的水作淬火的冷卻介質,可以得到不同性能的刀,但仍沒有突破水的范圍。而綦毋懷文則實現了這一突破,他在製作「宿鐵刀」時使用了雙液淬火法,即先在冷卻速度大的動物尿中淬火,然後再在冷卻速度小的動物油脂中淬火,這樣可以得到性能比較好的鋼,避免單純使用1種淬火(即單液淬火)的局限。雙液淬火法,即在工件的溫度比較高的時候,選用冷卻速度比較快的淬火介質,以保證工件的硬度;而在溫度比較低的時候,則選用冷卻速度比較小的淬火介質,以防止工件開裂和變形,使其有一定的韌性。雙液淬火法是1種比較復雜的淬火工藝,這在當時沒有測溫、控溫設備的條件下,完全依賴操作及經驗,是一個了不起的成就。在綦毋懷文之前,中國古代的鋼刀大都用百煉鋼製成,這樣製作的刀劍雖然性能優異鋒利,但也存在不少缺陷,整把刀全部用百煉鋼製成,價格昂貴;如一把東漢時期的名鋼劍的價錢可以購買當時供7個人吃2年9個月的糧食。

而且百煉鋼製作刀劍費時費力。三國時,曹操命有司製作寶刀5把,用了3年時間。為此,綦毋懷文對制刀工藝進行了重大更新。這表明綦毋懷文對鋼鐵的性能有比較深刻的認識,而且能根據不同的用途合理選擇材質,發揮各種材質的優點,節省某些貴重材料,降低成本和費用。1把刀的背部、刃口實際起著不同的作用,因而要求具有不同的性能。

一般來說,刃口主要起刺殺作用,因而要求有比較高的硬度,這樣才能保證刀的鋒利,所以應該選擇含碳量較高、硬度較大的鋼來製造。而刀背主要起1種支撐作用,要求有比較好的韌性,使刀在受到比較大的沖擊時不致折斷,這樣就要選擇含碳量較低、韌性較大的熟鐵。綦毋懷文正是有了上述類似的認識,在製作刀具時才能夠將熟鐵和鋼巧妙的結合起來,將2者恰到好處地用在合適的地方,既滿足了鋼刀的不同部分的不同要求,又節省大量昂貴鋼材,利於鋼刀的推廣和普及。這種制刀工藝,今天還在沿用。

灌鋼技術在宋以後不斷被改進,減少了灌煉次數,以至一次煉成。沈括在《夢溪筆談》卷三說:「世間鍛鐵所謂鋼鐵者,用柔鐵屈盤之,乃以生鐵陷其間,泥封煉之,鍛令相入,謂之『團鋼』,亦謂之『灌鋼』」,並說「二三煉則生鐵自熟,仍是柔鐵」,正反映了灌煉次數的減少。其中把柔鐵屈盤起來是為了增加生熟鐵的接觸面,提高灌鋼的效率,並促使碳份分布更均勻;封泥則可以促進造渣,去除雜質,並起保護作用。明代灌鋼技術又進一步發展,據《天工開物》卷十四記載,已把柔鐵屈盤改為薄熟鐵片,進一步增加了生熟鐵的接觸面,加速「生熟相和,煉成則鋼」的進程,泥封亦改為草泥混封。灌鋼又稱「抹鋼」、「蘇鋼」,其工藝自清至近代仍很盛行。在坩堝煉鋼法發明之前,灌鋼法是一種最先進的煉鋼技術。

由於綦毋懷文和千百萬工匠的辛勤勞動,使中國古代冶金技術自立於世界之林。因此,當我們研究和總結古代科學技術成就的時候,不應該忘記綦毋懷文的功績。這是中國冶金史上的一項傑出成就和偉大創新,在世界煉鋼史上佔有一定地位。4灌鋼法的進一步革新灌鋼法的出現,使鋼的產量和品質大大提高,為隋唐以後生產力的大幅度增長提供了條件。後來,灌鋼法又不斷發展。宋代又把生鐵片嵌在盤繞的熟鐵條中間,用泥巴把煉鋼爐密封起來,進行燒煉,效果更好。明代又有改進,把生鐵片蓋在捆緊的若干熟鐵薄片上,使生鐵液可以更好均勻地滲入熟鐵之中。不用泥封而用塗泥的草鞋遮蓋爐口,使生鐵可從空氣中得到氧氣而更易熔化,從而提高冶煉的效率。明中期以後,灌鋼法更進一步發展為蘇鋼法以熟鐵為料鐵,置於爐中,而將生鐵板放在爐口,當爐溫升高到1300℃左右,生鐵板開始熔化時,既用火鉗夾住生鐵板左右移動,並不斷翻動料鐵,使料鐵均勻地淋到生鐵液;這樣,既可產生很好的滲碳作用,又可產生劇烈的氧化作用,使鐵和渣分離,生產出含渣少而成份均勻的鋼材。直到現今,在蕪湖、湘潭、重慶、威遠等地人們還在使用;可見其影響的深遠。在17世紀以前,中國的煉鋼技術長期居於世界領先地位,受到各國地普遍贊揚。公元1世紀時,羅馬博物學家在其名著《自然史》中說:「雖然鐵的種類很多,但沒有一種能和中國來的鋼相媲美。」

⑥ 中國的冶煉技術的發展史

中國古文明象徵的商周到戰國的青銅器,可以說是鑄造技術所造就的。從重875公斤的司母戊方鼎、精美的曾侯乙尊盤和大型的隨縣編鍾群,以至大量的禮器、日用器、車馬器、兵器、生產工具等,可以看到當時中國已經非常熟練地掌握了綜合利用渾鑄、分鑄、失蠟法、錫焊、銅焊的鑄造技術,在冶鑄工藝技術上已處於世界領先的地位。而《考工記》中所記載的:「金有六齊。六分其金而錫居一,謂之鍾鼎之齊。五分其金而錫居一,謂之斧斤之齊。四分其金而錫居一,謂之戈戟之齊。三分其金而錫居一,謂之大刃之齊。五分其金而錫居二,謂之削殺矢之齊。金、錫半,謂之鑒燧之齊」,是世界上最早的合金配比的經驗性科學總結,表明當時中國已認識到合金成分與青銅的性能和用途之間的關系,並已定量地控制銅錫的配比,以得到性能各異,適於不同用途的青銅合金。
2.鑄鐵冶煉
在很長的一段時間里我們的鋼鐵冶煉技術是一度領先於世界的,中國冶煉塊鐵的起始年代在公元前6世紀,古代冶煉技術的演進春秋以前,中國的冶煉技術處於比較原始的階段,當時使用的冶煉方法稱為「塊煉法」。當時煉鐵使用木炭作燃料,熱量少,加上爐體小,鼓風設備差,因此爐溫比較低,不能達到鐵的熔煉溫度,所以煉出的鐵是海綿狀的固體塊,稱為「塊煉鐵」。塊煉鐵冶煉比較費時,質地比較軟,含雜質多,經過鍛打成為可以使用的熟鐵。鋼鐵冶煉技術的進一步發展到「塊煉滲碳鋼」。出土文物表明,中國最遲在戰國晚期已經掌握這種最初期的煉鋼技術。人們在鍛打塊煉鐵和熟鐵的過程中,需要不斷地反復加熱,鐵吸收木炭中的碳份,提高了含碳量,減少夾雜物後成為鋼。這種鋼組織緊密、碳分均勻,適用於製作兵器和刀具。進一步發展到「百煉鋼」技術。人們在打制器物的時候,有意識地增加折疊、鍛打次數,一塊鋼往往需要燒燒打打、打打燒燒,重復很多次,甚至上百次,所以稱之為百煉鋼。百煉鋼碳分比較多,組織更加細密,成份更加均勻,所以鋼的品質提高,主要用於製作寶刀、寶劍。
冶煉鑄鐵的技術比歐洲早。中國鑄鐵的發明出現在公元前5世紀,而歐洲則遲至公元後的15世紀。由於鑄鐵的性能遠高於塊鐵,所以真正的鐵器時代是從鑄鐵誕生後開始的。社會發展的歷史表明,鑄鐵的出現是社會生產力提高和社會進步的主要標志。中國從塊鐵到鑄鐵發明的過渡只用了約一個世紀的時間,而西方則花費了近三千年的漫長路程。中國古代煉鐵技術發展得如此迅速是世界上絕無僅有的。英國著名科學史家貝爾納說,這是世界煉鐵史上的一個唯一的例外。
另一傑出的生鐵加工技術是炒鋼,它是中國古代由生鐵變成鋼或熟鐵的主要方法,大約發明於西漢後期。其法是把生鐵加熱成液態或半液態,並不斷攪拌,使生鐵中的碳份和雜質不斷氧化,從而得到鋼或熟鐵。河南鞏縣鐵生溝和南陽瓦房庄漢代冶鐵遺址,都提供了漢代應用炒鋼工藝的實物證據。東漢時成書的《太平經》中也說:「有急乃後使工師擊治石,求其中鐵,燒冶之使成水,乃後使良工萬鍛之,乃成莫耶。」「莫耶」乃古代寶劍之稱。這段文字雖失之疏簡,但不難看出,它敘述的是由礦石冶煉得到生鐵,再由生鐵水經過炒煉,鍛打成器的工藝過程。炒鋼工藝操作簡便,原料易得,可以連續大規模生產,效率高,所得鋼材或熟鐵的質量高,對中國古代鋼鐵生產和社會發展都有重要的意義。類似的技術,在歐洲直至十八世紀中葉方由英國人發明。
中國古代的煉鋼技術主要是百煉鋼。自從西晉劉琨寫下「何意百煉鋼,化為繞指柔」這一膾炙人口的詩句後,「千錘百煉」、「百煉成鋼」便成為人們常用的成語。百煉鋼肇始於西漢早期的塊煉滲碳鋼,其後不斷增加鍛打次數而成定型的加工工藝。到東漢、三國時,百煉鋼工藝已相當成熟。上引《太平經》中的「萬鍛之,乃成莫邪」,即是其生動的寫照。曹操曾令工師製作「百辟利器」,曹丕的《典論·劍銘》中說:「選茲良金(指鐵),命彼國工,精而煉之,至於百辟」。劉備曾令「蒲元造刀五千口,皆連環,及刃口刻七十二湅」。《古今注·輿服》亦說:「吳大帝有寶劍三,……一曰百煉,二曰青犢,三曰漏景」。後世這一工藝一直被繼承,並不斷得到發展。 但是炒鋼和百煉鋼技術還存在一定缺陷,如炒鋼工藝復雜,不容易掌握;百煉鋼費工費時。
此外,在1981年經中國學者關洪野等人對513件出土的漢魏時期鐵器研究後表明,中國早在兩千多年前的漢代就已經發明了球墨鑄鐵,遠遠早於發達的歐洲國家。目前,中國學者所做的結論已經得到了國際學術界的承認。
創始於魏晉南北朝時期的灌鋼技術,是中國冶金史上的一項獨創性發明。陶弘景說:「鋼鐵是雜煉生柔作刀鐮者」,北齊的綦母懷文「造宿鐵刀,其法燒生鐵精以重柔鋌,數宿則成剛」,說的就是灌鋼技術。灌鋼的工藝過程大致為,將熔化的生鐵與熟鐵合煉,生鐵中的碳份會向熟鐵中擴散,並趨於均勻分布,且可去除部分雜質,而成優質鋼材。
綦毋懷文發展灌鋼法大約在東漢末,可能出現煉鋼新工藝「灌鋼」法的初始形式。南北朝時,綦毋懷文對這一煉鋼工藝進行了重大改進和完善。南朝齊、梁時的陶弘景首先記載了灌鋼法,北朝魏、齊間的綦毋懷文曾用這種方法製成十分鋒利的「宿鐵刀」。綦毋懷文,姓綦毋,名懷文,是中國南北朝時期著名冶金家。他生活在公元6世紀北朝的東魏、北齊間,具體生卒年代歷史上缺乏記載,只知道他好「道術」,曾經作過北齊的信州(今四川省奉節縣一帶)刺史。據史書記載,綦毋懷文的煉鋼方法是:「燒生鐵精,以重柔鋌,數宿則成鋼」,就是說,選用品位比較高的鐵礦石,冶煉出優質生鐵,然後,把液態生鐵澆注在熟鐵上,經過幾度熔煉,使鐵滲碳成為鋼。由於是讓生鐵和熟鐵「宿」在一起,所以煉出的鋼被成為「宿鐵」。灌鋼法是中國古代煉鋼技術上一個了不起的成就。同百煉法或炒煉法比較,其優點1)生鐵作為1種滲碳劑,因熔化後溫度高,加速向熟鐵中滲碳的速度,縮短冶煉時間,提高生產率。(2)熟鐵因為碳的滲入而成為鋼,生鐵由於脫碳也可以變成鋼,增加了鋼的產量。(3)在高溫下,液態生鐵中的碳、硅、錳等與熟鐵中的氧化物夾雜發生反應,去除雜質,純化金屬組織,提高金屬品質。(4)灌鋼法操作簡便,容易掌握。要想得到不同含碳量的鋼,只要把生鐵和熟鐵按一定比例配合好,加以熔煉,就可獲得。3推動中國古代刀劍技術的發展綦毋懷文是一位出色的制刀專家,對前人造刀經驗進行研究、比較,經過不斷實踐,創造一套新的制刀工藝和熱處理技術。
綦毋懷文造刀的方法是:先把生鐵和熟鐵以灌鋼法燒煉成鋼,做成刃口,然後「以柔鐵為刀脊,浴以5牲之溺,淬以5牲之脂」這樣做出來的刀稱為「宿鐵刀」,極其鋒利,能夠一下子斬斷鐵甲30札。對於含碳量比較高的鋼,理想的淬火介質應該是:當工件在比較高的溫度650~400℃,具有較大的冷卻速度,在低溫300~200℃,具有較慢的冷卻速度。這就需要採用雙液淬火法。綦毋懷文先用動物尿、後用動物油進行雙液淬火,能夠造出品質很高的「宿鐵刀」。中國早在戰國時代就使用了淬火技術,但是長期以來,人們一般都是用水作為淬火的冷卻介質。雖然三國時的制刀能手蒲元等人已經認識到:用不同的水作淬火的冷卻介質,可以得到不同性能的刀,但仍沒有突破水的范圍。而綦毋懷文則實現了這一突破,他在製作「宿鐵刀」時使用了雙液淬火法,即先在冷卻速度大的動物尿中淬火,然後再在冷卻速度小的動物油脂中淬火,這樣可以得到性能比較好的鋼,避免單純使用1種淬火(即單液淬火)的局限。雙液淬火法,即在工件的溫度比較高的時候,選用冷卻速度比較快的淬火介質,以保證工件的硬度;而在溫度比較低的時候,則選用冷卻速度比較小的淬火介質,以防止工件開裂和變形,使其有一定的韌性。雙液淬火法是1種比較復雜的淬火工藝,這在當時沒有測溫、控溫設備的條件下,完全依賴操作及經驗,是一個了不起的成就。在綦毋懷文之前,中國古代的鋼刀大都用百煉鋼製成,這樣製作的刀劍雖然性能優異鋒利,但也存在不少缺陷,整把刀全部用百煉鋼製成,價格昂貴;如一把東漢時期的名鋼劍的價錢可以購買當時供7個人吃2年9個月的糧食。
而且百煉鋼製作刀劍費時費力。三國時,曹操命有司製作寶刀5把,用了3年時間。為此,綦毋懷文對制刀工藝進行了重大更新。這表明綦毋懷文對鋼鐵的性能有比較深刻的認識,而且能根據不同的用途合理選擇材質,發揮各種材質的優點,節省某些貴重材料,降低成本和費用。1把刀的背部、刃口實際起著不同的作用,因而要求具有不同的性能。
一般來說,刃口主要起刺殺作用,因而要求有比較高的硬度,這樣才能保證刀的鋒利,所以應該選擇含碳量較高、硬度較大的鋼來製造。而刀背主要起1種支撐作用,要求有比較好的韌性,使刀在受到比較大的沖擊時不致折斷,這樣就要選擇含碳量較低、韌性較大的熟鐵。綦毋懷文正是有了上述類似的認識,在製作刀具時才能夠將熟鐵和鋼巧妙的結合起來,將2者恰到好處地用在合適的地方,既滿足了鋼刀的不同部分的不同要求,又節省大量昂貴鋼材,利於鋼刀的推廣和普及。這種制刀工藝,今天還在沿用。
灌鋼技術在宋以後不斷被改進,減少了灌煉次數,以至一次煉成。沈括在《夢溪筆談》卷三說:「世間鍛鐵所謂鋼鐵者,用柔鐵屈盤之,乃以生鐵陷其間,泥封煉之,鍛令相入,謂之『團鋼』,亦謂之『灌鋼』」,並說「二三煉則生鐵自熟,仍是柔鐵」,正反映了灌煉次數的減少。其中把柔鐵屈盤起來是為了增加生熟鐵的接觸面,提高灌鋼的效率,並促使碳份分布更均勻;封泥則可以促進造渣,去除雜質,並起保護作用。明代灌鋼技術又進一步發展,據《天工開物》卷十四記載,已把柔鐵屈盤改為薄熟鐵片,進一步增加了生熟鐵的接觸面,加速「生熟相和,煉成則鋼」的進程,泥封亦改為草泥混封。灌鋼又稱「抹鋼」、「蘇鋼」,其工藝自清至近代仍很盛行。在坩堝煉鋼法發明之前,灌鋼法是一種最先進的煉鋼技術。
由於綦毋懷文和千百萬工匠的辛勤勞動,使中國古代冶金技術自立於世界之林。因此,當我們研究和總結古代科學技術成就的時候,不應該忘記綦毋懷文的功績。這是中國冶金史上的一項傑出成就和偉大創新,在世界煉鋼史上佔有一定地位。4灌鋼法的進一步革新灌鋼法的出現,使鋼的產量和品質大大提高,為隋唐以後生產力的大幅度增長提供了條件。後來,灌鋼法又不斷發展。宋代又把生鐵片嵌在盤繞的熟鐵條中間,用泥巴把煉鋼爐密封起來,進行燒煉,效果更好。明代又有改進,把生鐵片蓋在捆緊的若干熟鐵薄片上,使生鐵液可以更好均勻地滲入熟鐵之中。不用泥封而用塗泥的草鞋遮蓋爐口,使生鐵可從空氣中得到氧氣而更易熔化,從而提高冶煉的效率。明中期以後,灌鋼法更進一步發展為蘇鋼法以熟鐵為料鐵,置於爐中,而將生鐵板放在爐口,當爐溫升高到1300℃左右,生鐵板開始熔化時,既用火鉗夾住生鐵板左右移動,並不斷翻動料鐵,使料鐵均勻地淋到生鐵液;這樣,既可產生很好的滲碳作用,又可產生劇烈的氧化作用,使鐵和渣分離,生產出含渣少而成份均勻的鋼材。直到現今,在蕪湖、湘潭、重慶、威遠等地人們還在使用;可見其影響的深遠。在17世紀以前,中國的煉鋼技術長期居於世界領先地位,受到各國地普遍贊揚。公元1世紀時,羅馬博物學家在其名著《自然史》中說:「雖然鐵的種類很多,但沒有一種能和中國來的鋼相媲美。」

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