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1、冶金史冶金史 101844198101844198中古时代秦汉时期冶金秦所采取的政治经济措施，促进了冶铁业的发展，有利于钢铁技术的进步。始皇陵侧出土的秦代大型铁铧长达三百毫米，重十余斤。近年来河北围场县等地也先后出土秦代铁权。从战国时已用“铁杖” ， “铁殳”作兵器看， 史记张良传记载夯土使用重一百二十斤的大铁椎，当非虚传。汉代冶铁业较秦有更大发展。西汉中期，武帝刘彻和桑弘羊等实行盐铁官营，全国设立了四十九处铁官，人力物力相对集中，推广先进技术。西汉三大手工业中，冶铁业占着主导地位。 汉书贡禹传说：当时“攻山取铜铁，一岁功十万人以上” 。实际上包括民间开采以及盐铁论所说“家人合会”这类小规模经
2、营方式在内，参与冶炼铜铁的人数远不止此。西汉末年和新莽时期以盗铸论罪的数以十万计，就是证明。在广大群众实践的基础上，汉代出现了规模宏大的冶铁作坊。以河南为例，解放以来，经过普查、发掘和据文献所载，可以确定有冶铁遗址的所在已有十八处，所占面积达数万平方米至十余万平方米。其中，如巩县铁生沟、南阳瓦房庄、郑州古荥镇均经大规模科学发掘。巩县铁生沟发现大量经破碎拣选的矿石和木炭、铁渣，炼炉遗址十八座和藏铁坑、大铁块多件。南阳瓦房庄在三千平方米的发掘区域内，找到三个铸造区和一个炼钢锻造区，发现多个熔炉遗址， “人排”遗迹，大量铁范、泥范和各类铁器、耐火砖等。郑州古荥镇 1965 年、1975 年两次发掘，
3、发现两座大型炼铁高炉遗址，大积铁多块，其中最重者达二十多吨，烘窑十余座和大量泥范、铁器、铁渣、鼓风管、矿石等。温县西招贤村冶铁遗址在一座烘范窑内出土三百多套完整的叠铸泥范。这些重大发现为研究汉代冶铁生产和冶铁技术提供了十分重要的资料。炼铁技术在炼铁技术方面，以古荥冶铁遗址为例，一号高炉炉缸呈椭圆形，面积达 8.5 平方米，炉高约 56 米，炉容达到 50 立方米左右，估计日产量有半吨到一吨，在当时技术条件下，这是相当可观的，也是世界上绝无仅有的。椭圆形炉型反映了冶铁工匠增大炼炉产量的重大努力和对鼓风与炉径相互制约关系的深入认识。在古代鼓风器风量、风压较小的情况下，这是扩大炉容，多加鼓风器，使风
4、能达到炉缸中心的一个途径。炉基南面的坑中重达二十余吨的大积铁，证明高炉曾多次修筑、使用。对积铁、铁块和铁渣的分析和计算，证实汉代已有意识在炉料中加入石灰石作熔剂，以降低炼渣的熔点，改善渣的流动性和炉况。汉代的生铁一般是高碳低硅的白口铁。由于炉温增高和熔铸技术的改进，从西汉前期起，就出现质量比白口铁为优的灰口铸铁，如河北满城刘胜墓所出铁缸（车用轴承）就是用灰口铸铁造的。南阳瓦房庄出土的西汉东汉铁釜、浇口各一件则是高磷灰口铸铁。磷份增高，使铁水流动性改善，适用于薄壁大型容器的铸造，即使在现代也还有这样使用的。汉代出现这种新的铸铁材料，应是冶铁工匠有意地加入高磷铁矿或富磷熔剂的结果。特别重要的是，在
5、巩县铁生沟和南阳瓦房庄出土的铁器组织中还发现了质量十分优良的球状石墨（铁生沟铁铲和瓦房庄铁） ，与现行球墨铸铁国家标准中的一类 A 级球状石墨相当。球墨铸铁是 1947 年才在英国研制成功的一种高强度铸铁材料，目前在工业生产中应用广泛。在其研究过程中曾受到韧性铸铁中偶而出现的球状石墨的启发。而我国早在西汉后期已出现了球墨铸铁，可说是冶铸史上的一个奇迹。制钢技术汉代工农业生产和军事活动的需要，使各种制钢技术得到蓬勃发展。西汉前期刘胜墓所出钢剑，经检验是由块炼铁渗碳反复锻打而成的，由于锻打次数增多，钢的质量比战国燕下都钢剑有明显提高。到了东汉时期，又出现了以炒钢为原料的经“三十炼”的金马书刀和钢刀
6、。 汉金文录著录的永元错金书刀，铭文为“永元十六年（公元 104 年）广汉郡工官卅炼史成长荆守丞主” 。1974 年山东苍山县出土的东汉钢刀，铭文有“永初六年（公元 112 年）五月丙午造卅炼大刀吉祥” ，为接近共析成份（碳含量千分之八）的高碳钢锻成。稍后一些时期，在东汉中平年间（公元 184189 年）又出现具有“百炼清刚”铭文的百炼钢刀。另一卓越的制钢工艺铸铁脱碳成钢，则是从高度成熟的铸铁柔化术衍变而来。通过长期反复的实践，汉代冶铁工匠对于生铁的机械性能随着碳份的高低而变化这一点已有深入的认识。在实践上，他们能够把碳含量达 4左右或更高的铸铁，经过脱碳使内层也消除白口铁的组织，通体都成为高
7、碳钢。这样，就创造了一种在固态下通过高温脱碳处理，把生铁变成钢的先进工艺。郑州东史马出土的东汉铁剪和南阳东汉铁戟等，就是这样制成的。由于生铁在浇注过程中，非金属和金属夹杂物可上浮撇去，金属组织较为纯净。因此，铸铁脱碳后所得到的钢，和现代碳素滚珠轴承钢的质量相近。这种制钢工艺从目前资料看，是我国所独有，很有独创精神。西汉时期钢铁技术最重大的成就是炒钢（或炒铁）的发明。它是在地面上挖出缶状炉缸，内层涂以耐火泥，上置顶盖，做成炒钢炉。冶炼时，将生铁料烧成熔融或半熔融状态，鼓风吹炼并加搅拌，使成为熟铁，或在有控制地脱碳的条件下成为低中碳钢以至高碳钢。流传至今的传统炼钢工艺仍沿用了这种方法。因为它以生铁
8、为原料，价廉易得，生产率高，因此和其它制钢方法相比，有极大的优越性。它的出现和逐步推广改变了整个冶铁生产的面貌，是钢铁发展史上有划时代意义的大事情。炒钢技术及热锻制钢，大大促进了百炼钢的发展，使之进入成熟阶段。巩县铁生沟和南阳瓦房庄都出土有炒钢炉，说明炒钢技术可能在西汉中期或稍迟时已经发明。东汉时期铁器种类增多，锻铁器比铸铁器有明显增加，铜兵器全被铁兵器取代，社会生产力也较西汉有提高，这和炒钢的发明和推广是分不开的。制钢术的进步，需要更多的生铁作原料，从而促进炼铁技术的发展。巩县铁生沟似已试用煤来冶铁。用煤作燃料是冶铁技术提高的重要因素。在鼓风技术方面，东汉时期以水力为动力，创制了“水排”鼓风
9、装置，在钢铁史和机械史上都有重大的意义。从南阳地区诸冶铁遗址的实地调查看，有些炼炉即建在河边，很可能采用水力鼓风。南阳自战国以来即以冶铁著称，南阳大冶孔仅曾任西汉大司农和大农丞领盐铁事等要职，境内又有丰富的水利资源， “水排”在这里产生是很自然的。铸造技术在铸造技术方面，汉代使用铁范和韧性铸铁更加广泛，技术上高度成熟。如南阳瓦房庄出土经检验的铁农具就有八件是韧性铸铁的，并且大都是质量较好的黑心韧性铸铁。它们铸作精细，退火完全，有的和现代韧性铸铁已无原则区别。温县烘范窑出土的叠铸范是战国齐刀币叠铸技术的进一步发展。其中共有十六类铸件，三十六种规格，如各种车马器和权等，最多的一次可铸得八十四件铸件
10、，工艺设计和制作都十分精巧。为了易于清理、打磨，内浇口薄仅 2 毫米，采用预热铸型浇注。这一技术在解放后多年内仍被一些工厂用以大批量地铸造纺织机、缝纫机的零件。汉代是无硅铸铁，是铁碳二元合金，结晶过程不受冷却速度影响，只能得到白口铁。而解放后的铸铁是有硅铸铁，是铁碳硅三元合金，在冷却速度大时是白口铁，冷却速度慢时是灰口铁。这是完全不同的概念，难怪华觉明说：“有人说汉代可能采用预热铸型浇注得到灰口铁” 。我的结论：在汉代，这是完全不可能的，任何人都作不到的一件事;在现代，铸造车间的每一个浇注工人都能作得到，不是费时费力预热铸型，往手揣包里撒一把硅铁粉就足够了。我终于找到是谁说的“预热铸型”问题的
11、根，原来在这里。请看第三冶金定律。请阅读中国古代铸造技术的八大成就 （上）：“就铸铁材质来说目前已经检验的春秋战国时期的铸铁器件，都是白口铁，有的经退火处理成为可锻铸铁，也有少数是麻口铁。已知最早的灰口铸铁器件，是河北满城中山靖王刘胜墓所出铁缸（轴承的古称） ，属于西汉早期。汉代如何用低硅铁水获得灰口铸铁，是有待进一步研究的问题，有些同志认为是采用较高的熔炼温度和铸型预热温度所致。 ”中古时代三国两晋南北朝时期冶金三国曹魏，鉴于“盐铁之利，足赡军国之用”，仍实行盐铁官营。 三国志蜀志王连传载刘备任王连为司盐校尉， “校盐铁之利” ， “有裨国用” ，又设司金中郎将， “典作农战之器”。引吴黄武
12、五年（228） “采武昌山铜铁，作千口剑、万口刀，皆是南钢越炭作之”。三国到南北朝时期的长期战乱，严重破坏了北方地区的社会经济。但由于军事和农业生产的需要，冶铁业仍具有一定规模，后赵、南燕在丰国、绳池、商山设有铁冶。北魏时经济逐渐恢复， 魏书食货志记载：“其铸铁为农具兵刃，在所有之” ，西至长安，东尽即墨，营造器中，必尽坚精，相州牵口冶（今河南濬县）尤以锻炼军刀著称。北周在夏阳（陕西韩城）设铁冶， “每月役八千人，营造军器”。渑池北魏铁器窖藏共出土各类铁器 60 多种，4000余件，总重 3500 公斤。 梁书康绚传记述修筑浮山堰时，曾用东西二冶铁器数千万斤沉于堰所，可见北方和南方冶铁业都有相
13、当的规模和生产能力。北方人口和技术南迁，使南方地区的矿冶业进一步发展。西晋在安徽贵池和湖北武昌设梅根、和塘两冶。东晋在江南诸郡县设冶令和丞。 晋书庾亮传记邓岳在广州“大开鼓铸，诸夷因此知造兵器” ，所用技术是由浙江会稽郡传去的。南朝时，建康有左右冶，尚方有东西冶，扬州成为冶铸中心，上虞谢平和尚方匠师黄文庆号称中国绝手。铁范、生铁范铸术和铸铁柔化术等在汉代的基础上又有新的发展，百炼钢已相当成熟，魏、蜀、吴三国都用之锻制刀剑。曹操曾令工师制作“百辟利器”，曹丕典论剑铭说：“选兹良金，命彼国工，精而炼之，至于百辟” ，制成的刀剑有美丽的纹理，文似灵龟， “采似丹露” ， “理似坚冰” ， “曜似朝日
14、” 。 太平御览卷 346引刀剑录称：“蜀主刘备令蒲元造刀五千口，皆连环，及刃口刻七十二湅” 。 古今注舆服称：“吴大帝有宝剑三一曰百炼，二曰青犊，三曰漏景” 。陈琳武军赋称：“铠则东胡阙巩，百炼精刚” 。 晋书记述赫连勃勃命将作大匠比干阿利造五兵之器，“射甲不入，即斩弓人，如其入也，便斩铠匠，又造百炼刚刃为龙雀大环，号曰大夏龙雀” 。由此可见，一些少数民族也已掌握这项技术，并用于铠甲和兵器制作。此外，在制钢技术方面出现了新的突破。 重修政和经史证类备用本草卷四十五“石部”引陶弘景语：“钢铁是杂炼生鍒作刀镰者” ，这是最早明确记载用生铁和熟铁合炼成钢（即灌钢）的文献资料。东汉王粲刀铭：“灌辟以
15、数” ，晋张协七命：“乃炼乃烁，万辟千灌” ，这些词句似乎表明类似的工艺在汉末、晋代已经出现。北齐的綦母怀文用灌钢法造宿铁刀， “其法，烧生铁精以重柔铤，数宿则成钢。以柔铁为刀脊，浴以五牲之溺，淬以五牲之脂，斩甲过三十札”。 “生”指的是生铁， “柔”指的是熟铁。先把含碳高的生铁溶化，浇灌到熟铁上，使碳渗入熟铁，增加熟铁的含碳量，然后分别用牲尿和牲脂淬火成钢。牲畜尿中含有盐分，用它作淬火冷却介质，冷却速度比水快，淬火后的钢较用水淬火的钢硬；用牲畜的脂肪冷却淬火，冷却速度比水慢，淬火后的钢比用水淬火的钢韧。由此可知，当时不但炼钢技术有较大的发展，淬火工艺也有了提高。灌钢法在坩锅炼钢法发明之前是一
16、种先进的炼钢技术，对后世有重大的影响。冶铸中的鼓风技术，也有了重大进步。三国时魏国的韩暨在官营冶铁工场中改进和推广应用水排，计其利益比马排、人排增加了三倍。这种鼓风水排，节省了人力、畜力，提高了生产效率，为后代广为流传使用。第六卷 中古时代隋唐时期冶 金第五节冶金随着南北朝长期分裂和混乱状态的结束，以及多民族统一国家的建立和发展，我国古代冶金技术也进入了一个全面发展和趋于定型的新的历史时期。隋代冶金业已有所发展，除官营外，贵族和官吏也经常经营坑冶，生产水平和冶金技术都有所提高。到了唐代，官营和民营冶金业都出现了前所未有的兴旺景象。如长江、珠江流域或闽、浙等地冶铁业的迅速成长，使全国冶铁生产的面貌发生了巨大变化，以致唐代后期，南方产铁量已超过北方。唐初有坑冶一百六十八处，到中期已增加到二百七十一处。除山东莱芜铁矿，山西太行山铁矿，中条山铜矿等著名矿区外，江西、福建的铁矿，安徽贵池铜矿，岭南金、银、锡、铅等矿也已陆续开发。据新唐书食货志记载，唐
