中国炼钢技术发展

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。 　　

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，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。 　　

炒钢工艺在我国由汉代一直沿用到明清。 　

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。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。 

（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。 　　

（3）串联式炒炼。 　　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。