我國古代冶金史(編輯修改稿)
2024-08-23 10:50 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 戰(zhàn)國后期,發(fā)明了可以重復(fù)使用的鐵范(圖12)。到漢代發(fā)展為由鐵官制造鐵范,發(fā)給作坊，用以生產(chǎn)統(tǒng)一規(guī)格的鐵器。戰(zhàn)國時(shí)已用疊鑄方法生產(chǎn)銅錢，漢代以后，疊鑄方法進(jìn)一步發(fā)展，并大量生產(chǎn)車馬器件等。 社會(huì)的需求促進(jìn)了生產(chǎn)，漢代大的高爐容積已達(dá)50立方米左右。河南鄭州附近古滎鎮(zhèn)漢代鋼鐵場(chǎng)遺址出土的兩座高爐，爐缸呈橢圓形，長(zhǎng)徑4米，高（從積鐵估計(jì)）約 6米。積鐵每塊重在20噸以上（圖13）,場(chǎng)址面積達(dá)12公頃。在當(dāng)時(shí)的世界上,這種煉鐵技術(shù)是先進(jìn)的，規(guī)模也最宏大。與當(dāng)時(shí)中國以外地區(qū)使用塊煉鐵技術(shù)比較，生鐵產(chǎn)量大，成本低，生鐵的鑄件制作容易，因而在日常生活中得到廣泛使用，如制造爐、釜、鎖，甚至用以封閉墓門（如河北滿城漢代劉勝墓）。各地出土的漢代鐵器，除白口鐵、鐵素體或珠光體為基體的韌性鑄鐵件外，還有灰口鐵。 漢代冶鐵場(chǎng)所還有以鑄造為主的作坊，大多設(shè)在城市附近。如河南南陽漢代冶鐵遺址，山東臨淄古冶鐵作坊遺址（見中國古代冶鑄遺址）。 中國的生鐵煉鋼 生鐵和韌性鑄鐵的大規(guī)模生產(chǎn)導(dǎo)致了生鐵制鋼的發(fā)明。在漢代先后發(fā)明了以下幾種生鐵制鋼的方法。 鑄鐵脫碳鋼 將含碳3～4％的低硅鑄鐵器在氧化氣氛中加熱,在適當(dāng)條件下，特別是厚度不大的情況下,可以避免石墨的形成。早期煉鐵溫度較低，含硅量低，石墨析出較慢，有利于脫碳，使制造韌性鑄鐵的工藝發(fā)展成為鑄鐵脫碳成鋼的方法。這種鋼稱為鑄鐵脫碳鋼，它們有的不再加工，河南鄭州東史馬東漢墓出土的剪刀就是一例，其組織是球化珠光體而夾雜物很少，只有相當(dāng)于鑄鐵中的夾雜（圖1圖15）。另一類鑄鐵脫碳鋼是將生鐵鑄成薄板，脫碳后供鍛造用。古滎鎮(zhèn)漢代“河一”冶鐵遺址出土了許多這類鋼板。滿城漢墓和北京大葆臺(tái)漢墓出土了用類似原料加工成的鐵鏃、環(huán)首刀。 炒鋼 向熔化的生鐵鼓風(fēng)，同時(shí)進(jìn)行攪拌促使生鐵中的碳氧化。用這種方法可將生鐵制成熟鐵，再經(jīng)過滲碳鍛打成鋼。也可有控制地把生鐵含碳量炒到需要的程度，再鍛制成鋼制品。這種鋼中含有的硅酸鐵夾雜物成分比較一致而數(shù)量較少。炒鋼技術(shù)始于西漢末年，到東漢已相當(dāng)普及。江蘇出土新莽殘劍，徐州出土建初二年(77)五十煉鋼劍，山東臨沂蒼山出土的永初六年（112）三十煉鋼刀等所用的原料都屬于這一類型(圖1圖1圖1圖1圖20)。 公元2世紀(jì)末出現(xiàn)了“百煉”這一工藝名稱,留下了“百煉成鋼”的成語。在此之前,王充(27～97)《論衡》一書《率性篇》曾以鐵的反復(fù)鍛煉比喻人的性格鍛煉，但沒有提到“百煉”。曹操（155～220）在《內(nèi)誡令》提到“百煉利器”，孫權(quán)(182～252)有以“百煉”命名的寶刀。初步可以認(rèn)為百煉鋼是用炒鋼反復(fù)疊打變形，細(xì)化晶粒和夾雜物而成的，甚至可以用不同含碳鋼材復(fù)合組成。煉數(shù)大致相當(dāng)于反復(fù)折疊鍛打后最后的層數(shù)。煉數(shù)增多,表明加工量加大，晶粒和夾雜進(jìn)一步細(xì)化,質(zhì)量提高。炒鋼技術(shù)的發(fā)明是煉鋼史上的一次革命。 灌鋼 中國生鐵制鋼技術(shù)自戰(zhàn)國初期到漢代經(jīng)過幾百年的歷程，從塊煉鐵、滲碳煉鋼發(fā)展到生鐵固體脫碳煉鋼、炒鋼、煉制熟鐵，以及重新滲碳硬化或淬火硬化。在這個(gè)基礎(chǔ)上，發(fā)明了利用液態(tài)生鐵對(duì)熟鐵進(jìn)行擴(kuò)散滲碳煉鋼的方法。這一方法的最早記載見于《北齊書綦母懷文傳》，稱為“宿鐵”，后世稱為灌鋼，又稱團(tuán)鋼。這是中國古代煉鋼技術(shù)的又一重大成就。 中國鋼鐵生產(chǎn)設(shè)備、燃料和輔助材料 中國漢代的鋼鐵生產(chǎn)工藝其他方面的進(jìn)步表現(xiàn)在： ?、?煉鐵高爐的擴(kuò)大 由于經(jīng)濟(jì)、軍事等發(fā)展的需要，漢代生鐵冶煉的規(guī)模不斷加大，古滎鎮(zhèn)出土的“河一”高爐,，日產(chǎn)生鐵估計(jì)在一噸左右。鑄造化鐵爐的規(guī)模也不斷增大。 ?、?鼓風(fēng) 山東滕縣宏道院出土的漢代畫象石描繪了鍛造用皮囊，長(zhǎng)約1米。后來發(fā)展成為畜力鼓風(fēng)的馬排、牛排，公元31年出現(xiàn)了水力鼓風(fēng)的水排。 ③ 熔劑 古滎鎮(zhèn)漢代遺址的煉鐵爐渣流動(dòng)性良好,渣和鐵完全分離,爐渣中含氧化鈣25％左右,%左右。河南鞏縣鐵生溝漢代“河三”遺址曾發(fā)現(xiàn)石灰石。由此可以推論冶煉時(shí)曾加入堿性熔劑。 ?、?燃料 古滎鎮(zhèn)和鐵生溝煉鐵都使用木炭。無煙煤和煤餅則作為加熱爐或退火爐的燃料。根據(jù)現(xiàn)有化驗(yàn)資料，五代已用煤煉鐵，煉鐵用焦炭則始于16世紀(jì)。 在中國，到南北朝（公元6世紀(jì))時(shí)，除坩堝法和近代鋼鐵技術(shù)外，各種鋼鐵技術(shù)都已經(jīng)得到應(yīng)用。宋元時(shí)期，中國邊疆地區(qū)有煉制鑌鐵的記載，宋代進(jìn)一步發(fā)展了用熟鐵中夾嵌高碳鋼的技術(shù)，如江蘇鎮(zhèn)江博物館所藏南宋咸淳六年（1270）印侍郎鐵刀，元大都出土的文物中也有這種鋼刀。明代以后亦有鋼表鐵里，或熟鐵鍛件（如鋤的刃口）進(jìn)行液態(tài)生鐵淋口硬化的技術(shù)。 中國古代鋼鐵技術(shù)對(duì)其他國家的影響 中國冶金技術(shù)，特別是戰(zhàn)國秦漢以后的鋼鐵冶煉技術(shù)，不斷向外傳播。戰(zhàn)國時(shí)期傳到朝鮮，漢代進(jìn)一步傳到日本。鐵制農(nóng)具也在這個(gè)時(shí)期帶到了越南。張騫通西域以后，把生鐵的冶鑄技術(shù)帶到中亞和西亞。據(jù)《漢書大宛傳》記載。從大宛（帕米爾以北，主要在今蘇聯(lián)費(fèi)爾干納盆地至塔什干）一帶至安息（今伊朗）都不知鑄鐵，由漢代官兵教他們鑄器。羅馬博物學(xué)者普林尼（Pliny,27～97）對(duì)中國鋼鐵大加贊賞，認(rèn)為最優(yōu)良、最卓越的鋼是中國產(chǎn)品。 羅馬帝國時(shí)期的歐洲煉鐵技術(shù) 普林尼的著作中有用硬鐵塊(應(yīng)為生鐵)擦涂熟鐵使之表面硬化的記載。在英國,曾發(fā)現(xiàn)公元2世紀(jì)的生鐵塊，％,硅1％,％，％。但在15世紀(jì)以前，生鐵并沒有在中國文明影響以外地區(qū)大量使用。 相當(dāng)于漢代時(shí)期，歐洲和其他地區(qū)煉鐵的方法仍然是用固態(tài)還原得到的海綿鐵再鍛造成塊煉鐵。在羅馬帝國迅速膨脹時(shí)期(公元前一世紀(jì)末至公元一世紀(jì)末)，鐵和其他金屬的產(chǎn)量迅速增加。建于公元83年蘇格蘭英赫?qǐng)D梯(Inchtuthil)地方的一座羅馬堡壘，存有90萬只不同尺寸的鐵釘,其中大的具有較高的含碳量(～％)，以承受較大的力。當(dāng)時(shí)歐洲所用的煉鐵爐隨地區(qū)不同大致可分為三類：①地爐，從地面下挖，上有圓頂，側(cè)面鼓風(fēng)，在爐頂加料和取料；②平地筑爐；③豎爐，有的可以排渣。 世界各地區(qū)不同時(shí)期的煉鐵技術(shù)可以通過對(duì)各地發(fā)現(xiàn)的爐渣的分析得到反映（見表）。 從表中可以明顯看出，中國古代煉鐵技術(shù)所用的方法不同于其他地區(qū)。石灰熔劑的使用提高了爐渣中氧化硅、氧化鈣的含量，大大降低了渣的熔點(diǎn)和渣中的含鐵量，有利于獲得生鐵。 中國古代冶金的其他成就 鑄造技術(shù) 繼青銅器之后，中國古代廣泛使用了鑄鐵。只是在需要精細(xì)的飾物或大型高強(qiáng)度器件（如刀、劍、大錨）的情況下，才使用鍛造器件。中國古代的鑄師發(fā)展了一系列卓越的技術(shù)。 陶范和鐵范 中國和其他國家一樣，鑄造是從使用石
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