古代冶铁的发展历史

1. 中国的冶炼技术的发展史

中国古文明象征的商周到战国的青铜器，可以说是铸造技术所造就的。从重875公斤的司母戊方鼎、精美的曾侯乙尊盘和大型的随县编钟群，以至大量的礼器、日用器、车马器、兵器、生产工具等，可以看到当时中国已经非常熟练地掌握了综合利用浑铸、分铸、失蜡法、锡焊、铜焊的铸造技术，在冶铸工艺技术上已处于世界领先的地位。而《考工记》中所记载的：“金有六齐。六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐。五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐。四分其金而锡居一，谓之戈戟之齐。三分其金而锡居一，谓之大刃之齐。五分其金而锡居二，谓之削杀矢之齐。金、锡半，谓之鉴燧之齐”，是世界上最早的合金配比的经验性科学总结，表明当时中国已认识到合金成分与青铜的性能和用途之间的关系，并已定量地控制铜锡的配比，以得到性能各异，适于不同用途的青铜合金。
2.铸铁冶炼
在很长的一段时间里我们的钢铁冶炼技术是一度领先于世界的，中国冶炼块铁的起始年代在公元前6世纪，古代冶炼技术的演进春秋以前,中国的冶炼技术处于比较原始的阶段,当时使用的冶炼方法称为“块炼法”。当时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”。出土文物表明,中国最迟在战国晚期已经掌握这种最初期的炼钢技术。人们在锻打块炼铁和熟铁的过程中,需要不断地反复加热,铁吸收木炭中的碳份,提高了含碳量,减少夹杂物后成为钢。这种钢组织紧密、碳分均匀,适用于制作兵器和刀具。进一步发展到“百炼钢”技术。人们在打制器物的时候,有意识地增加折叠、锻打次数,一块钢往往需要烧烧打打、打打烧烧,重复很多次,甚至上百次,所以称之为百炼钢。百炼钢碳分比较多,组织更加细密,成份更加均匀,所以钢的品质提高,主要用于制作宝刀、宝剑。
冶炼铸铁的技术比欧洲早。中国铸铁的发明出现在公元前5世纪，而欧洲则迟至公元后的15世纪。由于铸铁的性能远高于块铁，所以真正的铁器时代是从铸铁诞生后开始的。社会发展的历史表明，铸铁的出现是社会生产力提高和社会进步的主要标志。中国从块铁到铸铁发明的过渡只用了约一个世纪的时间，而西方则花费了近三千年的漫长路程。中国古代炼铁技术发展得如此迅速是世界上绝无仅有的。英国著名科学史家贝尔纳说，这是世界炼铁史上的一个唯一的例外。
另一杰出的生铁加工技术是炒钢，它是中国古代由生铁变成钢或熟铁的主要方法，大约发明于西汉后期。其法是把生铁加热成液态或半液态，并不断搅拌，使生铁中的碳份和杂质不断氧化，从而得到钢或熟铁。河南巩县铁生沟和南阳瓦房庄汉代冶铁遗址，都提供了汉代应用炒钢工艺的实物证据。东汉时成书的《太平经》中也说：“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，乃成莫耶。”“莫耶”乃古代宝剑之称。这段文字虽失之疏简，但不难看出，它叙述的是由矿石冶炼得到生铁，再由生铁水经过炒炼，锻打成器的工艺过程。炒钢工艺操作简便，原料易得，可以连续大规模生产，效率高，所得钢材或熟铁的质量高，对中国古代钢铁生产和社会发展都有重要的意义。类似的技术，在欧洲直至十八世纪中叶方由英国人发明。
中国古代的炼钢技术主要是百炼钢。自从西晋刘琨写下“何意百炼钢，化为绕指柔”这一脍炙人口的诗句后，“千锤百炼”、“百炼成钢”便成为人们常用的成语。百炼钢肇始于西汉早期的块炼渗碳钢，其后不断增加锻打次数而成定型的加工工艺。到东汉、三国时，百炼钢工艺已相当成熟。上引《太平经》中的“万锻之，乃成莫邪”，即是其生动的写照。曹操曾令工师制作“百辟利器”，曹丕的《典论·剑铭》中说：“选兹良金（指铁），命彼国工，精而炼之，至于百辟”。刘备曾令“蒲元造刀五千口，皆连环，及刃口刻七十二湅”。《古今注·舆服》亦说：“吴大帝有宝剑三，……一曰百炼，二曰青犊，三曰漏景”。后世这一工艺一直被继承，并不断得到发展。 但是炒钢和百炼钢技术还存在一定缺陷,如炒钢工艺复杂,不容易掌握;百炼钢费工费时。
此外，在1981年经中国学者关洪野等人对513件出土的汉魏时期铁器研究后表明，中国早在两千多年前的汉代就已经发明了球墨铸铁，远远早于发达的欧洲国家。目前，中国学者所做的结论已经得到了国际学术界的承认。
创始于魏晋南北朝时期的灌钢技术，是中国冶金史上的一项独创性发明。陶弘景说：“钢铁是杂炼生柔作刀镰者”，北齐的綦母怀文“造宿铁刀，其法烧生铁精以重柔铤，数宿则成刚”，说的就是灌钢技术。灌钢的工艺过程大致为，将熔化的生铁与熟铁合炼，生铁中的碳份会向熟铁中扩散，并趋于均匀分布，且可去除部分杂质，而成优质钢材。
綦毋怀文发展灌钢法大约在东汉末,可能出现炼钢新工艺“灌钢”法的初始形式。南北朝时,綦毋怀文对这一炼钢工艺进行了重大改进和完善。南朝齐、梁时的陶弘景首先记载了灌钢法,北朝魏、齐间的綦毋怀文曾用这种方法制成十分锋利的“宿铁刀”。綦毋怀文,姓綦毋,名怀文,是中国南北朝时期著名冶金家。他生活在公元6世纪北朝的东魏、北齐间,具体生卒年代历史上缺乏记载,只知道他好“道术”,曾经作过北齐的信州(今四川省奉节县一带)刺史。据史书记载,綦毋怀文的炼钢方法是:“烧生铁精,以重柔铤,数宿则成钢”,就是说,选用品位比较高的铁矿石,冶炼出优质生铁,然后,把液态生铁浇注在熟铁上,经过几度熔炼,使铁渗碳成为钢。由于是让生铁和熟铁“宿”在一起,所以炼出的钢被成为“宿铁”。灌钢法是中国古代炼钢技术上一个了不起的成就。同百炼法或炒炼法比较,其优点1)生铁作为1种渗碳剂,因熔化后温度高,加速向熟铁中渗碳的速度,缩短冶炼时间,提高生产率。(2)熟铁因为碳的渗入而成为钢,生铁由于脱碳也可以变成钢,增加了钢的产量。(3)在高温下,液态生铁中的碳、硅、锰等与熟铁中的氧化物夹杂发生反应,去除杂质,纯化金属组织,提高金属品质。(4)灌钢法操作简便,容易掌握。要想得到不同含碳量的钢,只要把生铁和熟铁按一定比例配合好,加以熔炼,就可获得。3推动中国古代刀剑技术的发展綦毋怀文是一位出色的制刀专家,对前人造刀经验进行研究、比较,经过不断实践,创造一套新的制刀工艺和热处理技术。
綦毋怀文造刀的方法是:先把生铁和熟铁以灌钢法烧炼成钢,做成刃口,然后“以柔铁为刀脊,浴以5牲之溺,淬以5牲之脂”这样做出来的刀称为“宿铁刀”,极其锋利,能够一下子斩断铁甲30札。对于含碳量比较高的钢,理想的淬火介质应该是:当工件在比较高的温度650～400℃,具有较大的冷却速度,在低温300～200℃,具有较慢的冷却速度。这就需要采用双液淬火法。綦毋怀文先用动物尿、后用动物油进行双液淬火,能够造出品质很高的“宿铁刀”。中国早在战国时代就使用了淬火技术,但是长期以来,人们一般都是用水作为淬火的冷却介质。虽然三国时的制刀能手蒲元等人已经认识到:用不同的水作淬火的冷却介质,可以得到不同性能的刀,但仍没有突破水的范围。而綦毋怀文则实现了这一突破,他在制作“宿铁刀”时使用了双液淬火法,即先在冷却速度大的动物尿中淬火,然后再在冷却速度小的动物油脂中淬火,这样可以得到性能比较好的钢,避免单纯使用1种淬火(即单液淬火)的局限。双液淬火法,即在工件的温度比较高的时候,选用冷却速度比较快的淬火介质,以保证工件的硬度;而在温度比较低的时候,则选用冷却速度比较小的淬火介质,以防止工件开裂和变形,使其有一定的韧性。双液淬火法是1种比较复杂的淬火工艺,这在当时没有测温、控温设备的条件下,完全依赖操作及经验,是一个了不起的成就。在綦毋怀文之前,中国古代的钢刀大都用百炼钢制成,这样制作的刀剑虽然性能优异锋利,但也存在不少缺陷,整把刀全部用百炼钢制成,价格昂贵;如一把东汉时期的名钢剑的价钱可以购买当时供7个人吃2年9个月的粮食。
而且百炼钢制作刀剑费时费力。三国时,曹操命有司制作宝刀5把,用了3年时间。为此,綦毋怀文对制刀工艺进行了重大更新。这表明綦毋怀文对钢铁的性能有比较深刻的认识,而且能根据不同的用途合理选择材质,发挥各种材质的优点,节省某些贵重材料,降低成本和费用。1把刀的背部、刃口实际起着不同的作用,因而要求具有不同的性能。
一般来说,刃口主要起刺杀作用,因而要求有比较高的硬度,这样才能保证刀的锋利,所以应该选择含碳量较高、硬度较大的钢来制造。而刀背主要起1种支撑作用,要求有比较好的韧性,使刀在受到比较大的冲击时不致折断,这样就要选择含碳量较低、韧性较大的熟铁。綦毋怀文正是有了上述类似的认识,在制作刀具时才能够将熟铁和钢巧妙的结合起来,将2者恰到好处地用在合适的地方,既满足了钢刀的不同部分的不同要求,又节省大量昂贵钢材,利于钢刀的推广和普及。这种制刀工艺,今天还在沿用。
灌钢技术在宋以后不断被改进，减少了灌炼次数，以至一次炼成。沈括在《梦溪笔谈》卷三说：“世间锻铁所谓钢铁者，用柔铁屈盘之，乃以生铁陷其间，泥封炼之，锻令相入，谓之‘团钢’，亦谓之‘灌钢’”，并说“二三炼则生铁自熟，仍是柔铁”，正反映了灌炼次数的减少。其中把柔铁屈盘起来是为了增加生熟铁的接触面，提高灌钢的效率，并促使碳份分布更均匀；封泥则可以促进造渣，去除杂质，并起保护作用。明代灌钢技术又进一步发展，据《天工开物》卷十四记载，已把柔铁屈盘改为薄熟铁片，进一步增加了生熟铁的接触面，加速“生熟相和，炼成则钢”的进程，泥封亦改为草泥混封。灌钢又称“抹钢”、“苏钢”，其工艺自清至近代仍很盛行。在坩埚炼钢法发明之前，灌钢法是一种最先进的炼钢技术。
由于綦毋怀文和千百万工匠的辛勤劳动,使中国古代冶金技术自立于世界之林。因此,当我们研究和总结古代科学技术成就的时候,不应该忘记綦毋怀文的功绩。这是中国冶金史上的一项杰出成就和伟大创新,在世界炼钢史上占有一定地位。4灌钢法的进一步革新灌钢法的出现,使钢的产量和品质大大提高,为隋唐以后生产力的大幅度增长提供了条件。后来,灌钢法又不断发展。宋代又把生铁片嵌在盘绕的熟铁条中间,用泥巴把炼钢炉密封起来,进行烧炼,效果更好。明代又有改进,把生铁片盖在捆紧的若干熟铁薄片上,使生铁液可以更好均匀地渗入熟铁之中。不用泥封而用涂泥的草鞋遮盖炉口,使生铁可从空气中得到氧气而更易熔化,从而提高冶炼的效率。明中期以后,灌钢法更进一步发展为苏钢法以熟铁为料铁,置于炉中,而将生铁板放在炉口,当炉温升高到1300℃左右,生铁板开始熔化时,既用火钳夹住生铁板左右移动,并不断翻动料铁,使料铁均匀地淋到生铁液;这样,既可产生很好的渗碳作用,又可产生剧烈的氧化作用,使铁和渣分离,生产出含渣少而成份均匀的钢材。直到现今,在芜湖、湘潭、重庆、威远等地人们还在使用;可见其影响的深远。在17世纪以前,中国的炼钢技术长期居于世界领先地位,受到各国地普遍赞扬。公元1世纪时,罗马博物学家在其名著《自然史》中说:“虽然铁的种类很多,但没有一种能和中国来的钢相媲美。”

2. 中国古代各个朝代的冶金业的成就

冶铁业：
西周时开始使用铁器；
春秋战国时期，发明了铸铁柔化处理技术，是世界冶铁史的一大成就，比欧洲早两千多年；
两汉：西汉时冶铁业分为官营和私营。煤成为冶铁的燃料，人们发明了淬火技术；东汉时，杜诗发明水排，使中国冶铁水平长期领先世界。宛和巩是著名的冶铁中心；
隋唐时期：普遍采用了切削、抛光、焊接等工艺；
辽宋时期：辽和金的冶铁业水平较高；
明朝中后期，广东佛山冶铁业，一天出铁六七千斤。
认识：在农业文明时代，冶铁业的发展是生产力进步的明显标志，它有力地推动着社会的变革和进步。

3. 铁的发展历史

铁器时代

铁器时代是人类发展史中一个极为重要的时代。人类最早发现和使用的铁，是天空中落下来的陨铁。陨铁是铁和镍、钴等金属的混合物，含铁量较高。在很久以前，人们就曾用这种天然铁制作过刀刃和饰物，这是人类使用铁的最早情况。地球上的天然铁是少见的，所以铁的冶炼和铁器的制造经历了一个很长的时期。当人们在冶炼青铜的基础上逐渐掌握了冶炼铁的技术之后，铁器时代就到来了。

中国最早的关于使用铁制工具的文字记载，是《左传》中的晋国铸铁鼎。在春秋时期，中国已经在农业、手工业生产上使用铁器。

铁在自然界分布极广，是地壳的重要组成元素之一。因为天然的纯铁在自然界几乎不存在，铁矿石的熔点也较高，又不易还原，所以人类利用铁较铜、锡、铅、金等还要晚些，在埃及、西南亚等一些文明古国所发现的最早的铁器，都是由陨铁加工而成的。1972年，在我国河北省藁城县台西村出土了一把商代铁刃青铜铖，其年代约在公元前十四世纪前后，在青铜铖上嵌有铁刃，该铁刃就是将陨铁经加热锻打后，和铖体嵌锻在一起的。我国还曾出土过类似的铁刃铜铖和铁援铜戈各一把，年代相当于商末周初，铁的部分也是由陨铁加工成的。人们曾在西亚古苏美尔人所建的古乌尔城的古墓中，发现一把由陨铁制成的小斧，在古苏美尔人所建的古乌尔城的古墓中，发现一把由陨铁制成的小斧。在古苏美尔语中，铁叫做“安巴尔”，意思是“天降之火”，所谓天降之火就是陨石。埃及古人则干脆把铁叫做“天石”。可见人们最早认识铁是从陨石开始的。天降的陨石，数量很少，因此用陨铁制作的器具当然是很珍贵的，同时还带有神秘的色彩。用陨石作工具是很少的，所以在生产上，它没有什么明显的影响，但通过对陨石利用，毕竟使人们初步认识到铁。

世界上许多民族都先后掌握了冶铁技术。小亚细亚的赫梯人在公元前1300年左右已掌握了冶炼技术，但赫梯国王将冶铁术视为专利，严禁外传。赫梯王国衰亡后，冶铁术向外传播。据考古发掘和文献记载，使用铁器最早、最普遍的两个地区，都为赫梯人的邻国：其东的叙利亚、巴勒斯坦和其西的希腊。叙利亚、巴勒斯坦地区当时居住着腓尼基人、腓尼斯丁人和以色列人。《旧约全书》的《创世纪》中即提到亚当的第8代孙该隐善作各种青铜和铁制工具器皿。在巴勒斯坦也考古发现了冶铁炉多处，年代在公元前13世纪左右。迄今所知最早的铁犁发现于巴勒斯坦的盖拉尔遗址（前13－12世纪），可见这一地区已较普遍地在工农业使用铁器。一般认为，前10世纪以后，叙利亚、巴勒斯坦一带是古代东方铁器生产的一个中心。在同一时期，希腊地区也普遍使用铁器。在雅典陶区的前10世纪的居住遗址中，铁制工具与武器甚为集中，有长剑、长矛、刀、斧、锉具等物，特别是有铁制的门闩片等小器物，说明铁的使用已经相当普遍。自此以后，铁经叙利亚而传入西亚其他地区、中亚与北非，经希腊而至东欧、西欧。

4. 高炉炼铁的发展历史

高炉炼铁复 ：
钢铁生产中的重要环制节。这种方法是由古代竖炉炼铁发展、改进而成的。尽管世界各国研究发展了很多新的炼铁法，但由于高炉炼铁技术经济指标良好，工艺简单，生产量大，劳动生产率高，能耗低，这种方法生产的铁仍占世界铁总产量的95%以上。
简史和近况
早期高炉使用木炭或煤作燃料，18世纪改用焦炭，19世纪中叶改冷风为热风(见冶金史)。20世纪初高炉使用煤气内燃机式和蒸汽涡轮式鼓风机后，高炉炼铁得到迅速发展。20世纪初美国的大型高炉日产生铁量达 450吨，焦比1000公斤/吨生铁左右。70年代初，日本建成4197立方米高炉，日产生铁超过1万吨，燃料比低于 500公斤/吨生铁。中国在清朝末年开始发展现代钢铁工业。1890年开始筹建汉阳铁厂，1号高炉(248立方米，日产铁100吨)于1894年5月投产。1908年组成包括大冶铁矿和萍乡煤矿的汉冶萍公司。1980年，中国高炉总容积约8万立方米,其中1000立方米以上的26座。1980年全国产铁3802万吨，居世界第四位。

5. 中国古代历史上铁器的产生和使用过程

西周末年是中国的早期铁器时代。虽然商代铁刃铜钺的发现，表明金属铁早在公元前1300年即已被中国人认识，但是中国开始冶铁和使用铁器的确切时间仍是在西周末年。我国最早的人工冶炼的铁器为三峡虢国铁剑（公元前800年）。初期制作的铁器多为削、刀等一些小工具。1976年，湖南省长沙杨家山65号墓（相当春秋晚期）中甚至还出土了一把锻制的中碳钢剑，长38.4厘米。经鉴定：它含碳达0.5%左右，并经过高温退火处理，金相组织比较均匀。战国中期以后，铁工具在农业和手工业中逐渐替代传统的铜工具而取得支配地位，在社会生产和生活中发挥着巨大的作用。炼铁技术也不断提高，铁器遍布七国，并传播到北方的匈奴和南方的百越。冶金业在中国的出现虽然晚于西亚和欧洲，但它的发展却比它们迅猛，并在以后的相当长的一段时间，走在世界冶金技术的前列。
春秋战国时代铁器的类型有农具、手工具、兵器及杂器，而以农具和手工具为大宗。与铭刻文字有关的手工具有：锛、凿、锥、锤、刮刀、削、钩、针、锯、斧。《管子·海王篇》称：工匠必有斧、锛、凿、锯、锤，是当时手工艺的真实写照。正如《论语·卫灵公》所言："工欲善其事，必先利其器"。铁工具远比铜工具锋利，它在铭刻文字中的运用，如同毛笔在书写文字中的运用一样，必然引发一场技术革命和艺术革命，这在石刻文字和古玺文字上尤其突出。

6. 阐述人工冶铁的起源与发展

人工冶铁的起源与发展·

世界各地出现人工冶铁的年代早晚不一。当一个地方具备了创造某种冶金技术的地理条件和历史条件时，就有可能使用某种冶金技术。

已知人工冶铁最早的制品，是在两河流域北部、靠近土耳其的Chagar Bazar镇所出土的一支匕首柄，其年代是在公元前2700年左右。小亚细亚(今土耳其境内)的赫梯，在公元前2000年出现了铁犁，并且出现了“铁匠”的名字，他们所以很早就发现和使用了铁具，是因为该地区的铁矿石特别多，而铜资源又非常少。小亚细亚东部有一个小国叫乌拉尔国，在公元前1000年就开始了冶炼铁，而且铁的锻造技术已掌握得很好。古埃及在公元前663年～公元前525年的约当二十六王朝也进入了铁器时代。希腊人在著名的“荷马史诗”中多次提到了铁的使用，说明当时希腊人也已经掌握了冶铁技术并使用铁器了。意大利也是古代文明发达较早的国家之一，它在公元前1000年就开始进入铁器时代，到了公元前700年铁器的使用已经很普遍了。四大文明古国之一的印度在公元前四世纪，已普遍应用铁器了。

我国的人工冶铁，进入铁器时代在世界上虽然并不是最早的，这一点与青铜的铸冶很相似。但是世界上大部分地区早期使用的炼铁方法，是低温固态还原法，亦称块炼法，而我国炼铁方法有一个很突出的优点，即在发明和使用块炼法的不久，就发明了高温液态还原法来制取生铁。

从冶金的技术角度分析，高温液态还原法比低温固态还原法水平高得多，欧洲直到公元14世纪才从中国学会了高温液态还原法进行冶铸。生铁冶铸技术的发明具有重大的历史意义，以后2 000多年的传统钢铁生产，也是以生铁冶铸为基础的，它促进了人类社会的进步，在世界物质文明史上有积极的作用。

三、我国人工冶铁技术的发明和发展

我们的祖先可能在砌造炼铜炉时，偶尔使用了铁矿石或含铁的铜矿石作为筑炉材料。在炼铜过程中，有时因炉温较高，偶尔可能得到铁或铜铁混合物。特别是青铜时代晚期，造就了一批技术高超的冶铜工匠，他们掌握了较复杂的金属冶炼和制作过程，当他们在炼铜时偶尔发现铁以后，看到了铁的优良特性，便有意识地把铁矿石进行单独熔炼，从而开始了人工冶铁的历史。

我国发明和使用铁与铁器起始的确切年代，长期以来一直为学术界研讨的课题，现在还难于做出肯定的结论。基本观点是在春秋中、晚期，到了战国时代有了较大的进步。

7. 冶铁术的中国冶铁术的起源

西亚各地发现的铁器可以早到公元前30世纪中叶，距今约4500年。公元前12世纪前后地中海地区铁器的使用日益普遍。中亚多数地区在公元前20世纪未或公元前20与公元前10世纪之交开始了早期铁器时代。巴基斯坦的犍陀罗墓葬文化晚期进入了早期铁器时代，早期铁器时代又分早晚两个阶段，所测碳十四数据，晚期阶段在公元前14至13世纪。印度的彩绘灰陶文化阶段铁器制作水平已很高，在这一文化面积很小的阿特兰基海勒遗址中发掘出铁制品135件，有家用器物、家具、其他手工业工具，用于战争或狩猎的武器。绘彩灰陶文化的年代早于公元前11世纪或更早。原苏联中亚地区的居民学会冶铁后，铁器也很快被使用于日常生活和狩猎与战争的所有领域。古花拉子模地区的阿米拉巴得文化进入早期铁器时代不晚于公元前10世纪。弗尔干纳盆地一支较为发达的早期铁器时代文化是楚斯特文化，在这一文化的达尔弗尔津特佩遗址出土有早期的炼铁的矿熔碴。楚斯特文化的年代在公元前20世纪与公元前10世纪之交。
商周时期中原地区青铜冶炼术已达到相当水平，但是从商代中期到周末数百年间，人工冶铁术并未在高超的冶铜技术的影响下发展起来，西周末偶见人工冶炼的铁器时，仍使用陨铁。新疆属于中亚的一部分，大多地方的地理地貌与中亚其他地区区别不大，特别是北疆一些大河将新疆与以西中亚国家连为一个大的自然地理单元，考古发现表明在古代它们拥有相同的文化。和中亚其他地区一样，新疆在公元前20世纪与10世纪之交进入了早期铁器时代，并很快普及。中、西亚地区发现的早期铁器为原始的块炼铁，穷科克台地墓地出土的铁器经北京科技大学冶金史研究所鉴定，为块炼铁或渗碳钢，中原地区最早出现的人工冶铁亦为块炼铁，早期的冶铁技术一致，从新疆和中原地出土的金铁合体或金玉合体的器物看，早期铁器十分珍贵。商代开始，中原和古西域就有非常密切的文化联系，商末贵族墓葬中的玉来自西域，三门峡虢国墓地出土中国最早的人工冶铁品，这里还出土过一面早期铜镜，背面为线描的动物纹饰，明显不是中原体系的铜器，风格类同的铜镜在和静县察吾乎沟文化中发现过—件，德国柏林博物馆收藏品中有一件，虢国墓地的那面铜镜显然是西来的。鄯善县洋海墓地出有一铜铁合体的铁器，同墓地出有管銎战斧、铃形镂孔铜器等，这些铜器在西亚等地公元前一千六、七百年遗址中就有发现，中原和中国北方地区发现的同类铜器年代到商末。最近在塔什库尔干地区发现喇叭口状铜耳环，它是安得罗诺沃文化中的典型铜器，类同器物在甘肃河西及中国北方地区都有发现，年代在商周。上述器物明显是从西亚、中亚经新疆向中原流布，和这些器物一样，在西亚和中亚早已出现的铁器也随之由西向东传布。新疆铁器出现的时代早，发现多，河西沙井文化发现二件铁器年代可早到西周，关中地区铁器早到春秋早。人工冶铁术由西亚、中亚经新疆向中原传布的线路也基本清楚。冶铁术传入中原后，在已经十分发达的青铜冶炼技术的基础上，很快发明了冶铸生铁，这项工艺早西方一千多年，从此中国的冶铁术开始领先西方。 最早进入人类视野的铁矿物无疑是铁陨石（或简称陨铁），这种不折不扣的天外来客，为人类提供了有关铁的最初知识。
铁陨石主要由铁镍合金组成，一般含镍4～10%，极少数陨铁中的镍含量可以高达60%。陨铁的绝大部分都是可锻的。
有证据表明，石器时代的人们已能够利用陨铁。居住在西格陵兰约克角地区的石器时代的人们，一直用含镍8%左右的陨铁制造工具。在北格陵兰曾发现过一把爱斯基摩人的小刀，由一些装在海象牙上的陨铁片组成。在中国，古代陨铁制品也正在不断被发现。1972年冬，在河北省藁城县台西村商代遗址（碳－14测定年代为公元前1520±160年），发现了一件铁刃铜钺。全钺残长111mm，阑宽85mm。铁刃宽60mm，在铜外部分已经断失，铜身夹住的部分厚2mm，深 10mm。对这件古兵器进行的科学考查表明，“铁刃中没有人工冶铁所含的大量夹杂物，原材料镍含量在6%以上，钴含量在4%以上。更为重要的是，尽管经过锻造和长期风化，铁刃中仍保留有高低镍、钴层状分布”，研究者据此断定，这件铜钺的铁刃系由陨铁制成，而整个铜钺的制作过程是：先将陨铁锻造成薄刃，然后再浇铸青铜柄部。
在我国历代文献中，有关陨铁的记载也可谓不绝如缕。最早记录陨铁堕落现象的是《史记》：“秦献公十七年（公元前368 年），栎阳雨金四月至八月。”所谓“雨金”是指许多铁陨石同时堕落，也即现代人所谓的“陨石雨”，而栎阳是秦献公的都城，其地在今陕西临潼东北。其后，唐代樊绰《蛮书》中记载云南南诏王备有“天降铎鞘”。段成式《酉阳杂俎》中说“南番有毒槊……言从天而下，入地丈余”。北宋治平元年（公元1064年）某日，沈括在常州宜兴县曾亲见陨铁堕落并作了详细记载：“是时火息，视地中只有一窍如杯大，极深，下视之，星在其中，荧荧然。良久渐暗，尚热不可近。又久之，发其窍，深三尺余，乃得一圆石，犹热，其大如拳，一头微锐，色如铁，重亦如之。”此后，在《元史?五行志》中也有一段清楚的记载：“元至正十年（公元 1350年）十一月冬至夜，陕西耀州有星堕于西原，光耀烛地，声如雷鸣者三，化为石，形如斧。一面如铁，一面如锡，削之有屑，击之有声。”
建国以后，许多陨铁实物也已被陆续发现。如1958年在广西南丹发现了早期降落的铁陨石雨，经现场勘查，已发现的十九块南丹铁陨石中，最小者为1.3kg，最重者为1.9吨，含镍量在7%左右。而不知何时落在我国新疆准葛尔地区的一块重约二十吨的铁陨石，则是目前世界上收集到的第三大铁陨石。
以上事实说明，原始民族在早期就已经能够利用天然陨铁。而至迟在商代中期，中华民族的先祖们已经掌握了一定水平的锻铁技术，熟悉铁的加工性能，认识铁与青铜在性质上的差别。显然，中国人对铁的最初认识只能更早。
炼铜早于炼铁，不仅已为考古文物和历史文献所证实，而且也符合冶金技术的发展规律。原因很简单，就像从树上摘苹果总是从低处摘起一样，由于炼铜（专指古代）较炼铁容易，最早诞生的当然是炼铜术。
炼铜术起源于新石器时代的人们对自然铜的利用。绝大部分自然铜是含铜高达98－99%的红铜，不仅具有金属光泽，而且具备良好的加工性能。最初，人们也许只是把自然铜当成石料来打制石器，在实践中必然会发现自然铜具有石头无法比拟的延展性，容易按需要打制成形。接下来，人们自然也会发现，将自然铜放到火里烧过后，打制起来就会更加容易。如果火焰温度足够高，自然铜就会熔化，而熔化的铜水能够流动，凝固以后又可随容器成形。这一现象的反复出现，必然导致炼铜技术与铸造技术的萌生。
红铜的熔点是1083℃，而早在公元前5000年前后的仰韶文化前期，陶器的烧成温度就已达到了900－ 1000℃，已经具备熔炼自然铜的技术基础。我们已经知道，在铜矿床的表层，除了自然铜外，还有孔雀石和赤铜矿，尤其是孔雀石，色彩鲜艳夺目，极易引人注意。孔雀石常同自然铜一起出现，并与铜锈有类似的颜色，这就容易使人产生联想，激起用孔雀石炼铜的冲动。而这种冲动一旦付诸实践，就是炼铜技术的诞生。稍具化学知识的人都知道，孔雀石属于碱式碳酸铜，只要加热到一定温度，就会分解为氧化铜，而氧化铜同木炭一起加热，就能还原出铜来。
铁的情形则很不相同。铁很易被氧化，除陨铁外，自然界中的铁都呈氧化物或其它化合物的形态存在。纯铁的熔点为1537℃，直接熔铁在新石器时代根本就不可能。铁矿石的还原温度虽然并不需要这么高，但温度低时还原速度很慢，对实际生产没有意义。同时，低温还原出来的铁在冷却时很容易被重新氧化，又变成了铁锈。因此，尽管铜、铁矿总是共生，在炼铜术诞生之后，冶铁术的诞生仍须时日，需要一场深刻的技术革命为其准备足够的条件。事实是，这场技术革命果然发生了，时间是公元前3500年至公元前2600年，持续近千年之久，相当于中国铜石并用时代的早期。
从严格意义上讲，这是一场制陶技术的变革，变革的内容主要是：用快轮制坯代替手制；改革陶窑火道和箅面火眼，使窑室内的火力更加均匀；扩大窑室直径，窑壁由直立改为内收。窑壁内收是为了封窑的方便。在陶器烧到一定火候时密封饮窑，就会制造出还原气氛而烧出灰陶，此时如果让大量松烟进入，使其发生渗碳作用，就会烧出很好的黑陶。由敞口氧化烧制红陶进步为密封饮窑制造还原气氛烧制灰、黑陶，透露了一个非常重要的信息：人们已经掌握了对铜铁冶炼至关重要的知识――高温下的还原。
由于时代的局限，我们今天还无法弄清原始冶铜术的细节，但是，有一点是可以肯定的，在制陶术完成上述变革之后的公元前2600年－前2000年，中华大地上的铜器突然多了起来，除红铜外还有了青铜和黄铜，并最终顺利进入了青铜时代。这当然不会是偶然现象，唯一合理的解释只能是，源于制陶术的冶铜术分享了制陶术的最新成果，完成了由萌生期到成熟期的过渡。而随着冶铜技术的成熟，冶铜实践也变得丰富多彩起来。也只有到了这时，铜、铁矿共生的前提对于冶铁术的诞生才有了实际意义。而炼铁高炉首先在中国诞生也才有了根据，当然，这是后话。 目前已知的中国最早的铜器，是1973年出土于陕西临潼姜寨仰韶文化遗址（约公元前3700年）的原始黄铜片和出土于甘肃东乡马家窑文化遗址（约公元前 3100年）的青铜刀，中国冶铜术的起源当然不会晚于公元前3100年。根据国家“夏商周断代工程”的最新成果，夏代的纪年范围为公元前2070年～前 1600年。也就是说，大禹活动的时间是在公元前2070年前后，距离冶铜术的起源至少已有千年之久。在长达千年的冶铜实践中，无论是铜矿的冶炼、铜器的铸造，还是冶炼设备的修造，都没有理由不进步。
考古发现证实，中国早期炼铜使用陶尊，外部涂有草拌泥，起绝热保温作用，内面涂有耐火泥层，铜矿和木炭直接放入炉内。这一装置不同于从外部加热的“坩埚”式熔炉，可以使炉内温度提得更高。可以想象，在这种内热式陶尊炉中，当混入铜矿中的氧化铁矿较多时，在炼渣中还原出铁来几乎是一种必然现象。而块炼铁在冶铁史中首先出现就是最好的证明。
块炼铁也称为锻铁，是在较低的冶炼温度下由铁矿石固态还原得到的铁块。在西南亚和欧洲等地区，直到十四世纪炼出生铁之前，一直采用块炼法炼铁。冶炼块炼铁，一般是在平地或山麓挖穴为炉，装入高品位的铁矿石和木炭，点燃后，鼓风加热。当温度达到1000℃左右时，矿石中的氧化铁就会还原成金属铁，而脉石成为渣子。由于矿石中其它未还原的氧化物和杂质不能除去，只能趁热锻打挤出一部或大部，仍然会有较多的大块夹杂物留在铁里。由于冶炼温度不高，化学反应较慢，加之取出固体产品需要扒炉，所以产量低，费工多，劳动强度也大。与生铁不同，块炼铁含碳极低，质地柔软，适于锻造成形。由于块炼铁在锻打前疏松多孔，故也被称为海绵铁。
不难看出，我国古代的内热式陶尊炼铜炉很适于冶炼块炼铁，中国历史上最早的人工冶铁产品当然也非块炼铁莫属。曾经有一种流传很广的说法，以“江苏六合程桥两座东周墓曾出土用块炼铁制成的铁条和白口铸铁丸，湖南长沙一座春秋晚期墓中曾出土白口铸铁鼎和一把中碳钢制成的剑”为据，断论在中国冶铁史上，一开始就是块炼铁、白口铸铁和钢同时出现，“这是我国古代冶铁工匠的勋业，是世界冶铁史上的奇迹”云云。世界上哪来那么多奇迹？事物发展的规律又岂能轻易违背。当然，立此论者以春秋时期为中国冶铁史的开端，而“中国冶铁始于春秋”又是学术界权威的结论，提出这种看法原也情有可原。殊不知，中国冶铁术在夏代就已开花，春秋战国之际的铁、钢并出，不过是中国冶铁术取得突破性进步，开始结果而已。
说到这里，不由使笔者想到了一个有意思的插曲。事情发生于古人类考古学界，中国史前历史上最为重要的晚期智人――山顶洞人的化石材料，在建国前经西方古人类学专家魏敦瑞（Weidenreich.F）研究，认为其中的三具头骨分别代表原始蒙古人、美拉尼西亚人和爱斯基摩人三个不同的类型。言下之意，是这三种人的祖先跑到了一个山洞里。建国以后，中国当代古人类学家吴新智根据模型又作了新的研究，发现三者均代表原始的蒙古人种，差别只在于一些细节尚未充分形成。学术界这才恍然大悟，原来山顶洞人本来就是这三种人的共同祖先，而不是这三种人的祖先为了某一重大事件不远万里到一个山洞里来聚会。
差之毫厘，谬以千里。同样的事实可以得出相反的结论，为学者能不慎哉！ 在缺乏物证的情况下，笔者胆敢把块炼铁放在中国冶铁史的开篇，当然有所根据。以《古代社会》一书名垂青史的摩尔根曾告诉我们，“人类的经验所遵循的途径大体上是一致的。在类似的情况下，人类的需要基本相同。”验之于人类发展史，此说不谬。由石器而陶器，再到铜器和铁器，是世界上所有民族共同的发展轨迹。当世界上其它地区的冶铁史都从块炼铁开始时，中国冶铁史独从生铁开始，当然不合情理。不仅不合情理，也有悖科学规律。冶炼温度只能由低到高，冶炼设备也只能由简易到复杂。先有块炼铁，后有生铁，必然是历史的真实。
前文已述，由于块炼铁产量低、费工多、劳动强度大，人们为了提高产量，就要强化鼓风和加高炉身，炉子必将逐渐从地坑式向竖炉发展。炉身加高以后，炉内上升的煤气流与矿石接触的时间延长，能量利用率有了提高。鼓风强化则有两方面的效果：一方面使气体压力加大，穿透炉内料层的能力增强，因而允许增加炉身高度；另一方面是燃烧强度提高，直接提高了炉内温度。这些都促使产量提高。可是，事物总是一分为二的，温度高了虽然铁产量有所提高，往铁里渗碳的速度也加快了，当渗碳超过2%以后，就引起了质变，得到的是另外一种产品――生铁。生铁的熔点最低可达1147℃，而温度升高后还促使原料中的其它元素被还原进入铁中，这就使得生铁的熔点更为降低。于是，得到液体产品的可能出现了。当然，也不排除另一种可能，这就是在原始的块炼炉中，由于炉子过热或燃料比过大，偶然也能得到生铁。笔者以为，这种最早的液态生铁非白口铸铁莫属。在这种白口铸铁中，几乎全部的碳都与铁化合形成了碳化三铁，其断口呈暗白色，晶粒粗大，具有很大的硬度和脆性，因此被称为“刚铁”，既不能承受冷加工，也不能承受热加工。问题的关键恰恰是在这里。本来块炼铁含碳极低，质地柔软易于锻造；而白口铸铁又脆又硬，完全失去了块炼铁优良的锻造性能。白口铸铁，也即“刚铁”有没有用？如何利用？对这一问题的不同认识是东西方冶铁史发展的分水岭。
毫无疑问，西南亚和欧洲地区在早期由于炉子过热或燃料比过大肯定也得到过液态生铁，由于其锻造传统过于强大，而生铁不耐锻打，这种液态生铁多被视作冶炼不正常的产物而抛弃了。在中国则不然，生铁一开始就有了用武之地。这一点在《禹贡》篇中同样透露了玄机。
我们知道，夏代已迈入了文明的门槛，而文明的主要标志是发明了文字。“仓颉造字，鬼神夜哭”，文字既能“感天地而泣鬼神”，足见其在先民心目中的重要位置。而中国先民对文字载体的选择则决定了中国冶铁史的走向。考古发现已经证实，中国最早的文字或画于陶器，或刻于竹木，或铸于铜铁，或镂于甲骨，而竹木和甲骨是最常用的材料。不管是刻还是镂，“笔”的硬度至关重要。当“刚铁”初现时，虽然不耐锻打，其硬度却是当世之最。作为部落联盟的首长，让梁州进贡“刚铁” 用于刻镂文字实属理所当然。而一旦这种产品有了用途，其生产工艺自然就会有人琢磨。春秋战国之际的铸铁大兴，实肇始于此。“刚铁”的出现，恰逢其时。
当然会有人对这一说法不以为然，他们会问，比中华文明更早的古埃及文明，为何对生铁的早期发明未做出贡献？原因当然很多，其中之一则可能是其文字用不着刻镂。古埃及人发现了纸草，并用作书写材料。纸草是由生长在尼罗河三角洲的一种近似芦苇的水生植物（纸草）制成的，古埃及人割下纸草，取出草骨，切成小薄条，在木板上一块块贴起来，压平晒干后即成黄色纸卷。笔管则用纸草茎，墨水由纸草炭化加水配成。在纸草上写字当然要比在竹木或甲骨上容易得多。欧洲作为古埃及文明的影响区，在初期视生铁为废物实属情理之中。 大胆也好，狂妄也罢，至此为止，笔者为中国冶铁术的起源提供了一个新的说法，这就是：中国原始冶铁术至少在公元前2070年前后即已在古梁州诞生。块炼铁（柔铁）首先出现，白口生铁（刚铁）紧随其后。由于白口生铁一出现就派上了用场（刻镂），使得生铁冶炼技术得以生存并有所发展，并最终由于青铜冶铸技术的影响，在春秋战国之际奠定了中国冶铁术的基本走向――以生铁冶铸为主。而以生铁冶铸为主的技术传统是中国古代金属文化与西方早期以锻铁为主的金属文化的主要区别。从某种意义上说，也正是生铁冶铸技术的早期发明与广泛应用，造就了中华文明最初的辉煌。
为了弄清中国早期冶铁术以生铁冶铸为主的原因，我们不妨简要回溯一下中国早期青铜冶铸的历史。
黄帝采首山铜铸鼎的传说，前人多认为荒诞不经。现在看来，黄帝生存的年代肯定是在公元前3000年以后，其时冶铜术早已诞生。将此说与“蚩尤以铜作兵”的传说相联系，则黄帝铸鼎未必不可能。
继黄帝铸鼎说之后，传说中还讲到禹铸九鼎以及禹子启曾命人在昆吾（其地在今河南濮阳附近）铸鼎。据郭沫若考证，昆吾在当时是一个冶铜中心，昆吾的铜在古代非常著名。如果说黄帝铸鼎之说因无法证实可以存疑的话，禹铸九鼎的传说却几乎可以肯定，因为河南偃师二里头文化可以作证。
二里头文化一期至四期的年代为公元前1900～前1600年，而夏代的纪年范围是公元前2070～前1600年，二里头文化当然属于夏文化。在二里头文化遗址中，不仅发现了铸铜手工业作坊的遗迹，找到了冶炼用的陶锅、陶范和残留铜渣，而且出土了青铜材质的刀、镞、锥、鱼钩、铃之类的小件铜器和凿、锛、爵等较大的铜器。其中的一件铜爵，通高12厘米，经电子探针法定量分析，含铜92%，含锡7%，属于典型的青铜器。研究者指出，当时的青铜冶铸技术正在由初级阶段向高级阶段过渡。
在时代稍晚于二里头文化的郑州二里岗商代遗址（碳14年代为公元前1550年左右）中，出土了大量的青铜器，其中有多种兵器。与二里岗文化同期的湖北盘龙城则出土了159件青铜器，有器形25种。在四件青铜礼器中，其中三件的含锡量在7%上下。研究者据此断定，当时的青铜礼器，大多数是按一定的铜、锡配比铸成的，这只有在青铜冶铸技术的高级阶段才能办到。
到了以安阳殷墟为代表的殷商后期，青铜器的冶铸技术已相当高超，不仅器形相当完备，而且尽可能用铸造的方法解决金属器件的成形问题，其它加工工艺均处于从属地位。从殷商后期到西周晚期，几乎所有的青铜器件都由铸造成形，尽管某些器物的形制相当复杂，匠师们习惯的做法仍是采用多种形式的铸接工艺或经多次铸接使之成形。甚至轴配合和薄壁件的制作也通过铸造手段来实现。
不难看出，铸造成形是中国早期青铜冶铸技术根深蒂固的传统。而传统的力量往往是巨大的。在冶铁术诞生之初，需要锻造成形的块炼铁占主导地位，用于刻镂的“刚铁”只是偶然才能得到，数量极少。问题在于，当冶铁术诞生的时候，青铜冶铸技术已接近成熟，炼铜炉也已逐渐由矮小的陶尊炉向具有一定高度的鼓风竖炉发展，这一技术进步的趋势迟早要对冶铁术产生影响。当“刚铁”由于技术进步变得越来越多，仅仅用于刻镂已无法消化时，为“刚铁”寻找新的出路就成了问题。而这时，拥有铸造成形技术传统的中国古代冶铸匠师，当然不会把液态生铁及其凝集物视作废物，他们必定会采用最得心应手也是最近便的铸造成形方法来利用这些（虽然不太令人满意的）“恶金”。于是，铸铁技术宣告诞生。接下来当然是铸铁技术的不断完善和发展。当社会终于认识到铸铁的作用，开始大力推广时，这种最富 “革命性”的金属终于大摇大摆地登上了历史舞台，而这一时刻，历史的车轮正好行进到春秋中叶，距离冶铁术的诞生，已有1400多年之久。 照理说，有高度发达的青铜冶铸技术作背景，冶铁术的发展不应如此缓慢。不过，既然事实如此，我们倒不妨试着找出其中的原因。
泰利柯特有一个论点：冶铁术并非先进炼铜工匠的专利，而是更早期原始炼铜工匠的发明，或者竟然完全是由不懂炼铜技术的一批新人创造的。这一说法似乎暗示着冶铁术的起源比我们能够认识到的还要久远。不过，这一说法确有道理。以常识而论，工艺愈先进，规矩就愈多，出现意外的可能性就愈小。而炼铜时炼出铁来，本来就纯属意外。顺着这一思路下推，我们就会发现，在青铜时代，冶铁术的诞生并非惊天动地的大事，只不过是一桩新生事物而已。而新生事物要取得社会的承认当然颇费时日。更何况，在制钢技术发明以前，作为新产品，（块炼铁）制工具硬度不如青铜，（白口生铁）铸礼器又黑不溜秋，缺乏耀眼的光泽。铁欲大行于世，必须等待时机，而这一时机到来的标志应该是：处于地表易采易炼的氧化铜矿已不敷使用，铸铁的生产成本已大为降低，生产力的发展又急需大量的工具。试想，在生产力低下的奴隶制时代，要满足这样的条件谈何容易，铸铁的姗姗来迟自有道理。不过，当时钟指向公元前六世纪的春秋中叶时，这一时机终于成熟了。
在烽火戏诸侯的周幽王自取灭亡后，关中地区充满了野蛮的戎人。宫室文物大部被毁，土地日见荒芜，继位于危难之时的周平王不得不东迁洛邑，重新建国，这就是东周的开始。东周之时，王室衰微，加上周边夷狄不断侵扰，国家名为统一，实已分崩离析。各路诸侯趁隙而起，争霸中原，以实力较短长（后人将这段历史称为春秋，始于公元前770年，终于公元前476年）。在经过了一番此消彼长之后，公元前651年，齐桓公在葵丘（今河南兰考县东）大会诸侯，周王派宰孔参加，赐给齐桓公“专征伐”的权利，自此开始了“礼乐征伐自诸侯出”的局面，齐桓公也由此成为春秋时代的第一个霸主。
齐国原本不大，又地处文化较为落后的东海之滨，为何能首先称霸呢？最直接的原因是明智的齐桓公任用了管仲为相。能干的管仲则通过发展工商业赚取钱财，使国家很快富足，军力迅速强大了起来。而在管仲诸多的富国强兵措施中，“官山海”是最为有效的一种。
据《管子?海王》篇载：“桓公曰：然则吾何以为国？管子对曰：唯官山海可耳。”郭沫若认为，“‘官’者，管也。‘管海’自然是指管制盐业，‘管山’就是把矿产管制起来，这里就包含着铜铁。齐桓公时已有铁的使用，我看是毫无疑问的。因此，《国语?齐语》里面，管仲所说的‘美金以铸剑戟，试诸狗马；恶金以铸锄夷斤，试诸壤土’，美金是指青铜，恶金是指铁，也是毫无疑问的。……齐桓公之所以能够划时代地成为五霸之首，在诸侯中特出一头地，在这儿可以找得出它的物质根据。煮海为盐积累了资金，铸铁为耕具提高了农业生产。所以桓公称霸并不仅仅由于产生了一位特出的政治家管仲，而是由于这位特出的政治家找到了使国富强的基本要素。”
郭沫若的分析是令人信服的。这同时也告诉我们，铸铁技术在齐桓公时已接近成熟，因此才引起了当权者（管仲）的注意。反过来，由于当权者的大力提倡，铸铁技术的发展也就大大加快了速度。试想，铸铁农具的使用既然能使齐国“足食”，相邻各国必将仿而效之。稍后的战国时代铸铁技术被七国普遍采用，其最初的契机应该是在这里。而中国冶铁术以生铁冶铸为主的基本走向由此而奠定就毫不奇怪了。

8. 中国古代冶炼史

中国是世界上最早生产钢的国家之一。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。它说明从春秋晚期起中国就有炼钢生产了，炼钢生产在中国已有2500多年的历史。

春秋战国时期，楚国制造的兵器闻名天下。《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三样厉害，这肯定是钢制的。因为铁制的刀剑过于柔软，不可能达到象蜂刺一样的锐利程度。当时西方古罗马士兵使用的刀剑是熟铁的，在战场上交锋时一刺便弯，再刺之前非要放在地上用脚踩直不可。公元1世纪时欧洲人普利尼曾经说过：“虽然铁的种类多而又多，但是没有一种能和中国的钢比美。”可是春秋战国时期，中国人究竟是采取什么方法进行炼钢生产的呢？人们在文献资料中还没有找到记载，而考古工作者在对河北易县燕下都出土的部分钢兵器进行科学检验的时候却揭示出中国最古老的炼钢法。

我们知道，生铁、熟铁和钢的主要区别在于含碳量上，含碳量超过2％的铁，叫生铁；含碳量低于0.05％的铁，叫熟铁；含碳量在0．05％－2％当中的铁，称为钢。中国古代最早的炼钢工艺流程是：先采用木炭作燃料，在炉中将铁矿石冶炼成呈海绵状的固体块，待炉子冷后取出，叫块炼铁。块炼铁含碳量低，质地软，杂质多，是人类早期炼得的熟铁。再用块炼铁作原料，在碳火中加热吸碳，提高含碳量，然后经过锻打，除掉杂质又渗进碳，从而得到钢。这种钢，叫块炼铁渗碳钢。河北易县燕下都出土的钢兵器，都是用块炼铁渗碳钢制造的。

用块炼铁透碳钢制造的刀，虽然比较锋利，但仍然达不到能够“斩金断玉，削铁如泥”的程度。因为这种钢的质量还不够好，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。为了提高钢的质量，中国古代工匠从西汉中期起发明了“百炼钢”的新工艺。

所谓“百炼钢”，就是将块炼铁反复加热折叠锻打，使钢的组织致密、成份均匀，杂质减少，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，由于它的原料块炼铁的生产效率很低，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。

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。

综上所述，蒲元的“神刀”是运用当时先进的炒钢冶炼技术，综合丰富的淬火经验炼成的。

提炼出一套好的管理开发经验和技术成果
伴随着品种钢的开发，工艺技术的升级改造，第三炼钢厂在不断总结经验的基础上，逐步形成了一整套适应品种钢开发、生产、岗位操作全过程的管理经验。过去该厂生产、技术，设备各守一摊，各强调各的要求，造成管理过程的脱节。随着品种钢的开发、冶炼，他们围绕多出钢、多出好钢这个中心，在每次制定品种钢方案时，将目标管理引入管理机制，确定了由技术科牵头，生产组织、车间及相关设备保证人员协同作战，专题研究部署，方案一经确定，各部门必须严格执行。新的管理模式，使技术、生产、设备、车间直至操作岗位，形成了一个有机的整体，保证了品种开发全过程的顺畅。并在此基础上，第三炼钢厂把目标化管理引入品种钢开发机制中。过去，在生产中厂里只是订出各工序干什么？怎么干？操作人员只管本工序，不考虑给下道工序创造条件，最终的结果是反映在产品上。实行目标管理后，不仅是订出各工序干什么？怎么干？同时还提出各工序到达下道工序的目标要求，细化到每个工序点、每个班和每个浇次，作为考核本工序的依据。为解决转炉出钢带渣量的问题，他们以LF炉到站检测为依据；为实现铸机低温快注的要求，把铸机中间包温度作为考核LF炉出站温度的考核依据，以此类推，环环相扣。岗位工人上岗后，对自己岗位今天要完成的任务一目了然，使上下工序之间的衔接更加紧凑。实行目标管理后，把过去的结果控制变成了过程控制，提高了全厂的管理和操作水平。
多炼钢，多炼好钢，离不开技术攻关，该厂在品种钢开发中摸索总结出了一批好的技术成果，为品种钢的开发、生产提供了坚实的保证。他们根据主体装备、产品现状、用户需求等特点进行分析，对限制性环节开展攻关。低碳钢冶炼最大的难题是炉衬侵蚀快，连浇炉数低，他们在技术上采取对转炉渣系进行调整，开发出低碳钢专用稠渣剂，从而减少钢水对炉衬的侵蚀。技术人员还通过改进中包材质，调整铸机塞棒、浸入式套管和水口“三大件”的材质配方，对结晶器和一次冷却工艺进行调整等技术攻关，使连浇炉数从最初的不到8炉，提高到14炉。针对转炉下渣多、钢包自开率低，高碳钢铸坯缩孔严重等问题，厂里组织专门攻关小组，对转炉挡渣钢包自开率、铸机低温浇铸进行专题攻关，取得了明显的效果，目前，转炉挡渣成功率、大包自开率都保持在95％以上；高碳钢中包钢水过热度控制在35℃以下。针对4号铸机产品供不应求的矛盾，该厂对其从生产组织上，千方百计压缩辅助时间；在生产工艺上推广新型中间包包衬耐材，使烘烤时间由原来的2．5小时，减少到1．5小时，连浇炉最高达到24炉／次，月产量增加0．8万吨左右。
钢水出炉温度在1600℃以上，钢坯温度也有600℃

9. 我国古代的铁器冶炼技术发展史

古代的炼铁方法是块炼铁，即在较低的冶炼温度下，将铁矿石固态还原获得海绵铁，再经锻打成的铁块。冶炼块炼铁，一般采用地炉、平地筑炉和竖炉3种。我国块炼铁始于春秋时代，在掌握块炼铁技术的不久，就炼出了含碳2%以上的液态生铁，并用以铸成工具。战国初期，我国已掌握了脱碳、热处理技术方法，发明了韧性铸铁。战国后期，又发明了可重复使用的“铁范”(用铁制成的铸造金属器物的空腹器)。西汉时期，出现坩埚炼铁法。同时，炼铁竖炉规模进一步扩大。1975年，在郑州附近古荥镇发现和发掘出汉代冶铁遗址，场址面积达12万m2，发掘出两座并列的高炉炉基，高炉容积约50m3。西汉时期还发明了“炒钢法”，即利用生铁“炒”成熟铁或钢的新工艺，产品称为炒钢。同时，还兴起“百炼钢”技术。东汉(公元25～220年)，光武帝时，发明了水力鼓风炉，即“水排”。我国古代水排的发明，大约比欧洲早1100多年。汉代以后，发明了灌钢方法。《北齐书·綦母怀文传》称为“宿钢”，后世称为灌钢，又称为团钢。这是中国古代炼钢技术的又一重大成就。据〈中华网络要览〉记载：中国是最早用煤炼铁的国家，汉代时已经试用，宋、元时期已普及。到明代(公元1368～1644年)已能用焦炭冶炼生铁。在公元14～15世纪之际，铁的产量曾超过2000万斤，折合约为1.2万t。西方最先开始工业革命的英国，约晚两个世纪，才达到这个水平。

总的来看，中国古代钢铁发展的特点与其他各国不同。世界上长期采用固态还原的块炼铁和固体渗碳钢，而中国铸铁和生铁炼钢一直是主要方法。由于铸铁和生铁炼钢法的发明与发展，中国的冶金技术在明代中叶以前一直居世界先进水平。

19世纪下半叶清政府发展近代军事工业，制造枪炮、战舰，大量输入西方国家生产的钢铁。1867年进口钢约8250t，1885年约9万t，1891年增加到170万担(约13万t)。进口钢逐渐占领了中国的市场，使传统的冶铁业难以维持生产，而国内钢铁消耗量又不断增加。因此近代钢铁工业的兴起就成为时代的需要。

1871年(清同治十三年)，直隶总督李鸿章、船政大臣沈葆桢请开煤铁，以济军需，上允其请，命于直隶磁州、福建、台湾试办。1875年，直隶磁州煤铁矿向英国订购熔铁机器，因运道艰远未能成交。此事表明，当时已开始注重举办新式钢铁事业。1886年，贵州巡抚潘蔚创办青