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中国古代重要科技:以生铁为本的钢铁冶炼技术

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《天工开物》中的锤锚图

在古代的技术条件下有两种炼铁法:一种是块炼法,是在碗式炉或较低矮的竖炉内,在较低温度下将氧化铁还原成海绵铁,再经锻打、挤渣成为熟铁,再渗碳、锻打即可制成钢;另一种是生铁冶铸法,是在高大的竖炉内,以高温将氧化铁还原并增碳成为液态生铁,再从炉中放出,铸成锭块或浇铸成器,生铁可经过多种处理方式炼成钢或可锻铸铁。西方自公元前两千纪一直采用块炼铁技术,直到公元14世纪欧洲才开始生产生铁并铸成铁器[1]。

中国最初使用的人工铁制品也是块炼铁产品,但很早就发明了生铁冶炼技术并随即占据了主流地位。已知最早的生铁制品是山西垣曲天马—曲村出土的春秋早期和中期(约公元前8至7世纪)的白口铸铁残块[2]。至迟在公元前6世纪生铁冶炼技术已有了规模发展,较多的生铁制品出现于黄河中游的晋陕豫和长江中下游的吴楚地区。目前已发现最早的冶炼生铁的竖炉是河南西平酒店战国后期的竖炉[3]。

以生铁冶铸技术为基础,中国发展出一整套独特而且先进的钢铁冶炼和加工工艺。至迟于战国时期,发明了将白口铁加热获得可锻铸铁的铸铁柔化技术、将白口铁退火脱碳获得铸铁脱碳钢的制钢技术;至战国时期开始使用铁范成批铸造铁器;至迟于西汉,中国出现了在半融熔状态下将生铁炒炼脱碳成熟铁或钢的炒铁、炒钢技术;至东汉已经掌握了将钢铁制品进行多次折叠锻打的百炼钢技术,还出现了将生铁和熟铁合炼成钢的制钢技术,之后发展成为灌钢技术。另外,还陆续出现了夹钢、贴钢、生铁淋口、焖钢等多种制钢技术[4]。

中国以生铁为本的钢铁冶炼技术大大提高了社会生产力,创造了辉煌的钢铁文明,为古代政治、经济、文化发展奠定了技术和物质基础。中国古代生铁冶铸技术以中原为中心,逐渐向周边地区扩散传播,促进了周边地区经济和文化的发展,为世界文明的发展做出了重要贡献[5]。(周文丽 撰)

 

参考文献

[1] Wagner, D. B., 2008. Science and Civilisation in China, Volume 5: Chemistry and Chemical Technology, Part 11: Ferrous Metallurgy. Cambridge: Cambridge University Press, pp. 356-357

[2] 韩汝玢:《附录六 天马-曲村遗址出土铁器的鉴定》,《天马-曲村1980-1989》,科学出版社,2000年,1178-1180页

[3] 黄兴:《中国古代冶铁竖炉炉型研究》,北京科技大学博士学位论文,2014年

[4] 杨宽:《中国古代冶铁技术发展史》,上海人民出版社,1982年;华觉明:《中国古代金属技术——铜和铁造就的文明》,大象出版社,1999年;韩汝玢、柯俊主编:《中国科学科技史。矿冶卷》,科学出版社,2007年;陈建立:《中国古代金属冶铸文明新探》,科学出版社,2014年,302-307页

[5] 王巍:《东亚地区古代铁器及冶铁术的传播与交流》,中国社会科学出版社,1999年;陈建立:《中国古代金属冶铸文明新探》,科学出版社,2014年,309-383页

 

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来源:中国科学院。

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