中国古代炼钢技术怎么样

我国古代炼钢技术至迟发明于春秋晚期。由先秦到西汉中晚期，主要制钢工艺是块铁渗碳法；由汉代到明清，主要又是炒钢法和灌钢法，其次还有百炼钢法和炒铁渗碳法，汉魏南北朝时还有“铸铁脱碳钢”，汉代还有坩埚炼钢法。炒钢工艺主要生产一般的可锻铁（包括钢和熟铁），灌钢工艺主要生产含碳较高的刃钢，百炼钢是对普通炒钢的再加工。“铸铁脱碳钢”和炒铁渗碳钢工艺将在第五章介绍，这里主要讨论其他五种。
　　一、炼钢术的发明和块铁渗碳钢之使用
　　今在考古发掘中所见我国最早的钢制器物是1976年长沙杨家山出土的春秋晚期钢剑，剑全长38.4厘米，身长30.6厘米。经分析，含碳量约与中碳钢相当，组织均匀致密。长沙铁路东站建设工程文物发掘队：《长沙新发现春秋晚期的钢剑和铁器》，《文物》1978年第10期。可知我国古代制钢术至迟在春秋晚期便已发明。战国中晚期后，炼钢术在我国南北许多地方都迅速发展起来，并首先在南方的楚国达到较高水平。《史记And#8226；；范雎列传》云:秦昭王临朝叹息曰:“吾闻楚之铁剑利而倡优拙。”《荀子And#8226；；议兵》亦云:“宛钜铁釶，惨如蠭虿。”“宛”治所在今南阳。“钜”即钢，“釶”即矛。《荀子And#8226；；议兵》杨倞注。此锋利的“铁剑”、“铁矛”，显然由钢制成。中原的韩国也制作了许多锋利兵器，《战国策And#8226；；韩策一》说:“韩卒之剑戟，皆出于冥山、棠溪、墨阳、合伯（膊）、邓师、宛冯、龙渊、太阿。皆陆断马牛，水击鹄雁，当敌即斩。”这些锋利的剑戟，后世学者一般都认为是钢铁所制。其中的冥山（今信县境）、棠溪（西平县境）、合伯（西平县境）、冯池（荥阳县境）《史记And#8226；；苏秦列传》引“徐广曰：荥阳有冯池”。索隐：“宛人于冯池铸剑故号宛冯”，“邓国有工铸剑，因名邓师。”邓国在今河南漯河市东南。、龙泉、太阿（均在西平县境，今为舞阳钢铁厂管辖）等处都发现了古代冶铁遗址。董文安：《韩国十大宝剑产地初考》，全国金属学史学术讨论会论文，1989年，舞阳。墨阳在今河南淅川县。1965年，河北易县燕下都第44号墓出土钢铁剑15枚、矛19枚、戟12枚等；人们分析了其中的6枚兵刃器，除1枚为块炼铁外，其余5枚皆由钢制成。北京钢铁学院压力加工专业：《易县燕下都44号墓葬铁器金相考察初步报告》。《考古》1975年第4期，发掘报告见同刊同期《河北易县燕下都44号墓发掘简报》。说明当时北方的燕国制钢术亦已发展起来。
　　人类早期冶炼的钢一般都是在低温还原冶炼后再经渗碳而成，整个过程约分两步:第一步先由矿石炼取块炼铁，第二步再由块炼铁渗碳成钢。此渗碳过程中要不断地折叠锻打，以帮助碳的扩散。这样得到的钢便叫块铁渗碳钢。燕下都钢剑等兵器就是由这种钢制成的。如若控制得当，也有不经第二步，而一次还原冶炼成钢的，这种钢便叫块炼钢或自然钢。这两种钢的强度和硬度均较块炼铁为高。其缺点是:（1）含碳量一般较低。（2）碳分布往往不够均匀。（3）钢中所含夹杂往往较多。（4）生产率较低。在中原文化区，这种制钢工艺一直沿用到西汉中期，之后由于炒钢的发明和发展而渐被取代。满城汉墓出土的刘胜佩剑和错金书刀等皆由块铁渗碳钢制成，其夹杂已较燕下都钢剑为少，组织亦较之均匀致密。这种钢主要用来制作刀剑等兵刃器，农业和手工业中使用甚少。
　　二、炒钢及其工艺操作
　　炒钢工艺是一种半液态冶炼。它以生铁为原料，把生铁加热到液态半液态后，利用鼓风中的氧使生铁脱碳到钢和熟铁的成分范围。冶炼过程中要不断地炒动金属。古谓之“擣刚”，本世纪五十年代以前，习谓之炒铁、炒“熟铁”。
　　（一）炒钢的发明和发展
　　我国古代炒钢技术约发明于西汉中晚期，今见较早的遗物有:巩县铁生沟、南阳瓦房庄、新安孤灯村等冶铸铁遗址出土的汉代炒钢炉，以及铁生沟出土的铁块、残铁锄、铁臿等14件炒炼产品。铁生沟炒钢炉系向地下挖出的缶形小坑，内涂耐火泥，长0.37米，宽0.28米，残高0.15米，炉壁已被烧成黑色，内中残存一铁块。河南省文化局文物工作队：《巩县铁生沟》，文物出版社1962年版，赵青云等：《巩县铁生沟汉代冶铸遗址再探讨》，《考古学报》1985年第2期。我国古代关于炒钢的记载始见于东汉中晚期。《太平经》卷七十二云:“今军师兵，不祥之器也……有急乃后使工师击治石，求其中铁，烧冶之，使成水，乃后使良工万锻之，乃成莫邪耶？”此“莫邪”指锋利兵器。“烧冶之”等三句所指即是炒炼及其制器的全过程。《太平经》系道家著作，基本上保持了东汉中晚期的原貌。
　　炒钢的发明，迅速地改变了我国社会可锻铁的使用情况。1952-1953年，洛阳烧沟发掘了225座西汉中期至东汉晚期墓葬，出土钢铁刀116枚、剑33枚、矛5枚、斧4枚；而在青铜兵器刃器中，只有铜刀7枚（仪仗器），矛1枚，无剑。中国科学院考古研究所：《洛阳烧沟汉墓》，科学出版社1959年版。1957-1958年，洛阳西郊发掘217座同一时期的汉墓，出土钢铁刀52枚，剑58枚，戟1枚，斧1枚；青铜兵刃器只有刀1枚。中国科学院考古研究所洛阳发掘队：《洛阳西郊汉墓发掘报告》，《考古学报》1963年第2期。西汉中期以后，除了弩机和镞仍然较多地使用青铜外，其他兵器刃器已多用钢铁制作，其原料显然是炒钢。这样，钢铁器物便在农业、手工业、军事三方面完全取代了青铜和木石的主导地位。
　　炒钢工艺在我国由汉代一直沿用到明清。有关记载在唐《夏侯阳算经》、宋苏颂《图经本草》、明唐顺之《武编前编》、赵常吉《神器谱》、朱国桢《涌幢小品》、清屈大均《广东新语》等书中都可看到。《广东新语》卷一五“货语And#8226；；铁”条说:“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，然后可炼熟而为镬也。”1920年出版的耿步蟾《山西矿务志略》卷五说:“将炼出之生铁加煤末烧之，使化为铁汁，冷后复置于炒铁炉内炒之，即成熟铁。”二十世纪八十年代，湖南攸县等地仍用此法生产。
　　炒钢工艺的优点是:（1）用作原料的生铁易于获得，就扩大了原料来源。（2）冶炼在半液态下进行，脱碳反映较为迅速，生产率较高。（3）成分范围较宽。据分析，铁生沟所出一件炒钢料含碳1.288%、硅0.231%、锰0.017%、磷0.024%、硫0.022%，与过共析高碳钢相当；另一件成分为:碳0.048%、硅2.35%、锰微量、磷0.154%、硫0.012%，与今之熟铁相当。李众：《中国封建社会前期钢铁冶炼技术发展的探讨》，《考古学报》1975年第2期。今世学者常把先炼生铁，后再由生铁炼钢的工艺叫两步冶炼，那么炒钢的出现便是两步冶炼的某点，在世界冶金史上占有重要地位。在欧洲，与炒钢相类似的工艺大约在十六、十七世纪才出现，整个中世纪占主导地位的是自然钢法和块铁渗碳法。因此其可锻铁供应长时期不够充分，这对社会的进步自然是有影响的。
　　炒钢法是我国古代可锻铁生产的基本工艺，其主要用途有三:（1）制作一般锻件。由汉到明清，我国一般锻件，包括生产工具、生活用具和兵刃器中的锻件大约都是炒钢及其再加工的产品制成的。（2）用作百炼钢的原料。（3）用作灌钢的原料。
　　（二）炒钢的工艺操作
　　我国炒钢主要有三种不同的工艺类型:
　　（1）单室式炒炼。基本特点是金属熔炼与燃料燃烧同在一个炉膛中进行。此法发明较早，沿用时间较长，前述巩县铁生沟、南阳瓦房庄、新安孤灯村汉代炒炼法皆属此类。本世纪五十年代，河南、山西等地都曾流行过一种“地炉”，筑炉于地面以下，状如缶形或直筒形，炉口与地面平直。冶炼时先放木炭（煤炭），后放生铁，生铁需击碎，上面再盖以煤末。之后再点火、送风、封闭炉口。生铁接近熔化时，启开炉口，用铁棍或木棍不断地搅动金属。随着炒炼之进行，碳分不断降低，金属熔点升高，便粘结成一个海绵状固体块，之后夹出锤击，排除夹杂，并赋予一定形状，便是炒炼产品。南方一些省分又流行过一种“台炉”，筑炉于专门的炉台上，并有一个较大的加热兼炒炼空间。温州地区的炒炉以砖砌成，状如鸡笼，炉底接近地平面，炒炼室是一个不规则的长方形空间，炉子正面设一炉口，在此进料、操作、出钢，并由此逸出废气；鼓风从炉底进入，并正对炉底正中；操作法与地炉大同小异。湖南攸县也有类似的炉子温州炒炼工艺系1977年调查，攸县炒钢系1980年调查，当年皆在生产。单室式炒炼的优点是设备简单，缺点是因金属与燃料直接接触，所含有害夹杂往往较多。
　　（2）双室式炒炼，或叫反射炉（倒焰炉）炒炼。基本特点是燃料燃烧与金属熔炼各占一个独立的空间。燃料燃烧产生的高温火焰流越过火墙（火道）进入熔炼室，并加热金属，之后从炉门或专门设置的烟囱排出。因其金属不与燃料直接接触，就减少了有害杂质磷、硫进入其中的可能性。这种炼钢法的发明时间待考。1935年出版的《中国实业志（湖南省）》第七编说:“湘省邵阳、武冈、新宁、湘潭县之土法炼钢，由来已久。邵阳原名宝庆，所产之钢，称曰‘宝庆大条钢’。邵阳附近之武冈、新宁出品，均集中于邵阳，业中人亦以‘宝庆大条钢’名之。前清初叶，宝庆大条钢，极负盛名，而产之多，首推邵阳南乡。”因宝庆大条钢系倒焰炉所炼，由这段记载看，反射炉发明年代应在清代初叶以前。今在考古发掘中所见最早的倒焰窑是南京眼香庙发现的明洪武初年所建一排六座琉璃窑。南京博物院：《明代南京聚宝山琉璃窑》，《文物》1960年第2期。1958年，这种倒焰炉炼钢在我国南北许多地方都使用过。河南鲁山的炉子较为简单，两室左右相近，皆筑于地面以下，鼓风从燃烧室下部进入，后从炒炼室顶部进入炒炼室。西安的炉子又另是一个样，炒炼室筑于地面以下，燃烧室筑于地面以上，两室上下叠加，燃烧室底部正对炒炼室中心，风从燃烧室上部鼓入，再经由燃烧室底部火口直射到炒炼室中。燃烧室顶口用盖板封闭。科技卫生出版社编：《土法低温炼钢》第六编《最简单的反射炉炼钢》，1958年版。
　（3）串联式炒炼。有关记载唯见于明代宋应星《天工开物》卷一四“铁”条:“若造熟铁，则生铁流出时，相连数尺内，低下数寸，筑一方塘，短墙抵之。其铁流入塘内，数人执持柳木棍排立墙上。先以污潮泥晒干。舂筛细罗如面，一人疾手撒And#63083；；，众人柳棍疾搅，即时炒成熟铁。其柳棍每炒一次烧折二三寸，再用则又更之。炒过稍冷之时，或有就塘内斩划成方块者，或有提出挥椎打圆后货者。若浏阳诸冶，不知出此也。”此“污潮泥”很可能是造渣熔剂。这里谈到了串联式炒炼的全过程。此法的优点是生铁出炉后直接流入方塘炒炼，省去了生铁再加热的工序，从而节省了工时，降低了成本。
　　需要特别注意的是古代“熟铁”一词，宋应星在上述引文中曾两次提及，在其他古代文献中也经常看到，其含义与现代熟铁是不同的。古人没有含碳量的概念，区别生铁、钢、熟铁的主要依据是它的使用性能，硬且脆者为“生”，可锻者为“熟”，其性刚强者为钢。因炒炼过程是在半液态下进行的，渣铁分离较难，产品所含夹杂往往较多，即使含碳量较高，但其性不刚，也只能称作“熟铁”。元人伪撰《格物粗谈》卷下“偶记”条云:“地溲油又如泥，色黄金，气腥烈，柔铁烧赤投之二三次，刚可切玉。”此“柔铁”即“熟铁”。苏恭《唐本草》云:“柔铁也，即熟铁。”这是以材料性能来区分钢和“熟铁”的。苏颂《图经本草》云:“初炼去矿，用以铸泻器物者为生铁，再三销拍，可以作鍱者为鑐铁，亦谓之熟铁。”苏恭《唐本草》、苏颂《图经本草》皆引自《本草纲目》卷八“金石；；铁”。这是以材料性能和冶炼工艺来区分钢、铁的。《天工开物》卷十四“铁”条:“凡铁分生熟，出炉未炒为生，既炒则熟。”这里单以冶炼工艺作为区分钢、铁的标准。有学者视古代“熟铁”与现代熟铁等同，把《天工开物》卷十四所载炒炼“熟铁”的工艺。

发明于春秋晚期
1先秦到西汉中晚期，主要制钢工艺是块铁渗碳法

­2汉魏南北朝时还有“铸铁脱碳钢”，汉代还有坩埚炼钢法

3汉代到明清，主要又是炒钢法和灌钢法，其次还有百炼钢法和炒铁渗碳法

其中灌钢法最出名，又叫团钢法,或生熟法,是中国早期炼钢技术一项最突出的成就
不足点：
炼铁使用木炭作燃料,热量少,加上炉体小,鼓风设备差,因此炉温比较低,不能达到铁的熔炼温度,所以炼出的铁是海绵状的固体块,称为“块炼铁”。块炼铁冶炼比较费时,质地比较软,含杂质多,经过锻打成为可以使用的熟铁。钢铁冶炼技术的进一步发展到“块炼渗碳钢”。

17世纪以前,至少在西方工业革命到来之前，世界各国一般都是采取熟铁低温冶炼的办法,钢铁不能熔化,铁和渣不易分离,碳不能迅速渗入。中国发明的灌钢法,成功解决这一难题,为世界冶炼技术的发展做出划时代贡献。这样还要说中国的冶金技术不好，冶炼业在中国古代也算是一代表了，看现在出土的东西就知道了，在当时影响整个世界哈。

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中国其实在春秋晚期时期就有炼钢工艺了。考古工作者曾经在湖南长沙杨家山春秋晚期的墓葬中发掘出一把铜格“铁剑”，通过金相检验，结果证明是钢制的。这是迄今为止我们见到的中国最早的钢制实物。也是我们所提出观点的铁证，说明我国的炼钢工艺已经至少有2500元的历史。
三国中有一典故，蜀汉著名的兵器制造家蒲元在斜谷口（今陕西周至县西南），“镕金造器，特异常法”，为诸葛亮铸刀三千口。刀铸成以后，为了检验质量，蒲元让士兵用竹筒灌满铁珠，举刀猛砍，如截刍草，竹筒断而铁珠裂，人们交口称赞蒲元铸造的钢刀是能够“斩金断玉，削铁如泥”的“神刀”。无论是夸张还是事实，中国传统的刀剑工艺在当时确实是属于世界顶尖水平。
《史记·礼书》和《苟子·议兵篇》中都谈到楚国的宛（今河南省南阳）出产的兵器刃锋象蜂刺一样样厉害。公元1世纪时欧洲人普利尼都曾经说过：“虽然铁的种类多而又多，但是没有一种能和中国的钢比美。”而考古学家通过对于河北易县燕下都出土的部分钢兵器进行的科学检验，更加实际得揭示出中国最古老的炼钢法。
虽然用块炼铁透碳钢制造的刀，比较锋利，但仍然达不到能够“斩金断玉，削铁如泥”的程度。因为这种钢的质量在某种程度上还是算不够好，炼这种钢碳渗进的多少，分布的是否均匀，杂质除掉的程度，都非常难掌握，而且生产效率极低，这也使得做出的刀剑品质难以把控。为了提高钢的质量，中国古代工匠发明出了至今仍然为人所称道的古法百炼钢工艺。
所谓“百炼钢”，是将块炼铁反复加热折叠锻打，目的使钢的组织致密、钢体的成份更加均匀，减少杂质，从而提高钢的质量。用百炼钢制成的刀剑质量很高。1974年，山东省临沂地区苍山汉墓中，出土了一把东汉永初六年（公元112年）制造的钢刀，全长111．5厘米，刀背有错金铭文：“永初六年五月丙午造卅湅大刀吉羊宜子孙”。“湅”，即是炼的意思。
这是迄今为止发掘出的最早的百炼钢类型的产品。科学检验表明，这把钢刀含碳量比较均匀，刃部经过淬水，所含杂质与现代熟铁相似。百炼钢的品种繁多，见于记载的有：“五炼”、“九炼”、“卅炼”、“五十炼”、“七十二炼”及“百炼”。炼字前面这些具体数字的特定含义，研究者一般认为是指加热的次数，即炼了多少火。北宋著名科学家沈括在《梦溪笔谈》里叙述磁州百炼钢的过程，就是连续烧锻百余次，至斤两不减为止。曹操曾命有司造“百辟刀”五把，在《内诫令》中称它们为“百炼利器”。孙权有三口宝刀，其中一口名“百炼”。蒲元为刘备造的宝刀，上刻“七十二炼”。由此可见，在三国时期，百炼钢已经相当普遍了。百炼钢的需要越来越大，但是由于它的原料块炼铁的生产效率很低，并且冶炼出来以后必须经过“冷化”，才能得到，所以，百炼钢的发展受到限制。为了突破这种限制，中国古代工匠又发明了一种新的生铁炼钢技术——炒钢。
炒钢，就是把生铁加热到熔化或基本熔化之后，在熔炉中加以搅拌，借空气中的氧把生铁中所含的碳化掉，从而得到钢。这种炼钢新工艺，可以在东汉末年的史籍中找到间接的描述。《太平经》卷七十二中记载：“使工师击冶石，求其铁烧冶之，使成水，乃后使良工万锻之，乃成莫邪（古代的利剑）耶。”这段话虽然没有明确提出炒钢二字，却把炒钢工艺包含进去了。因为把铁矿炼成液体，当然只能是生铁水，而在“乃后万锻”之前一定要炒成钢或熟铁才行（实际上熟铁就是含碳极低的炒钢），否则生铁是不能锻的，更甭说“万锻”了。这是一个从铁矿石炼成生铁水，再炒出钢，最后锻造成优质兵器的全过程。炒钢的发明，是炼钢史上的一次技术革命。在欧洲，炒钢始于18世纪的英国，比中国要晚1600多年。
而在三国时期，炒钢还是一种新技术，大多数的冶铁匠还没有掌握它。从《诸葛亮别传》关于蒲元在斜谷口为诸葛亮铸刀，“镕金造器，特异常法，的记载中，我们可以判断：蒲元这次铸刀使用的一定是炒钢技术。另外，要想锻制出能够“斩金断玉，削铁如泥”的“神刀”，最后一道工序淬火也至关重要。所谓“淬火”’，就是先把打好的钢刀放在炉火上烧红，然后立刻放入冷水中适当蘸浸，让它骤然冷却。这样反复几次，钢刀就会变得坚韧而富有弹性了。
淬火工序看起来容易，但操作起来极难掌握得恰到好处，烧热的火候、冷却的程度、水质的优劣，都有很大关系。淬火淬得不够，则刀锋不硬，容易卷刃；淬火淬过头，刀锋会变脆，容易折断；淬火淬得合适，非有极其丰富的经验不可。据《诸葛亮别传》上讲，蒲元对淬火用的水质很有研究。他认为“蜀江爽烈”，适宜于淬刀，而“汉水钝弱”，不能用来淬力，涪水也不可用。他在斜谷口为诸葛亮造刀，专门派士兵到成都去取江水。由于山路崎岖，坎坷难行，所取的江水打翻了一大半，士兵们就掺入了一些活水。水运到以后，当即就被蒲元识破了，“于是咸其惊服，称为神妙。”在1700年前，蒲元就发现了水质的优劣会影响淬火的效果，这实在是了不起的成就。而在欧洲，到近代才开始研究这个问题。

叫那些说中国治金不行的人多看几本才出来说话吧，《剑桥战争史》就有说到，明朝山寨的红衣大炮比起原本红衣大炮还厉害就是因为治金技术高出欧洲太多。

中国最早进入铁器时代