秦漢時期冶鐵技術(shù)的發(fā)展

秦漢時期冶鐵技術(shù)的發(fā)展秦漢時期冶鐵技術(shù)的發(fā)展秦漢時期冶鐵技術(shù)的發(fā)展xxx公司秦漢時期冶鐵技術(shù)的發(fā)展文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計，管理制度秦漢時期冶鐵技術(shù)的發(fā)展秦漢冶鐵業(yè)的發(fā)展秦所采取的政治經(jīng)濟措施，促進(jìn)了冶鐵業(yè)的發(fā)展，有利于鋼鐵技術(shù)的進(jìn)步。始皇陵側(cè)出土的秦代大型鐵鏵長達(dá)三百毫米，重十余斤。近年來河北圍場縣等地也先后出土秦代鐵權(quán)。從戰(zhàn)國時已用“鐵杖”，“鐵殳”作兵器看，《史記·張良傳》記載夯土使用重一百二十斤的大鐵椎，當(dāng)非虛傳。漢代冶鐵業(yè)較秦有更大發(fā)展。西漢中期，武帝劉徹和桑弘羊等實行鹽鐵官營，全國設(shè)立了四十九處鐵官，人力物力相對集中，推廣先進(jìn)技術(shù)。西漢三大手工業(yè)中，冶鐵業(yè)占著主導(dǎo)地位?！稘h書·貢禹傳》說：當(dāng)時“攻山取銅鐵，一歲功十萬人以上”。實際上包括民間開采以及《鹽鐵論》所說“家人合會”這類小規(guī)模經(jīng)營方式在內(nèi)，參與冶煉銅鐵的人數(shù)遠(yuǎn)不止此。西漢末年和新莽時期以盜鑄論罪的數(shù)以十萬計，就是證明。在廣大群眾實踐的基礎(chǔ)上，漢代出現(xiàn)了規(guī)模宏大的冶鐵作坊。以河南為例，解放以來，經(jīng)過普查、發(fā)掘和據(jù)文獻(xiàn)所載，可以確定有冶鐵遺址的所在已有十八處，所占面積達(dá)數(shù)萬平方米至十余萬平方米。其中，如鞏縣鐵生溝、南陽瓦房莊、鄭州古滎鎮(zhèn)均經(jīng)大規(guī)?？茖W(xué)發(fā)掘。鞏縣鐵生溝發(fā)現(xiàn)大量經(jīng)破碎揀選的礦石和木炭、鐵渣，煉爐遺址十八座和藏鐵坑、大鐵塊多件。南陽瓦房莊在三千平方米的發(fā)掘區(qū)域內(nèi)，找到三個鑄造區(qū)和一個煉鋼鍛造區(qū)，發(fā)現(xiàn)多個熔爐遺址，“人排”遺跡，大量鐵范、泥范和各類鐵器、耐火磚等。鄭州古滎鎮(zhèn)1965年、1975年兩次發(fā)掘，發(fā)現(xiàn)兩座大型煉鐵高爐遺址，大積鐵多塊，其中最重者達(dá)二十多噸，烘窯十余座和大量泥范、鐵器、鐵渣、鼓風(fēng)管、礦石等。溫縣西招賢村冶鐵遺址在一座烘范窯內(nèi)出土三百多套完整的疊鑄泥范。這些重大發(fā)現(xiàn)為研究漢代冶鐵生產(chǎn)和冶鐵技術(shù)提供了十分重要的資料。煉鐵技術(shù)在煉鐵技術(shù)方面，以古滎冶鐵遺址為例，一號高爐爐缸呈橢圓形，面積達(dá)平方米，爐高約5—6米，爐容達(dá)到50立方米左右，估計日產(chǎn)量有半噸到一噸，在當(dāng)時技術(shù)條件下，這是相當(dāng)可觀的，也是世界上絕無僅有的。橢圓形爐型反映了冶鐵工匠增大煉爐產(chǎn)量的重大努力和對鼓風(fēng)與爐徑相互制約關(guān)系的深入認(rèn)識。在古代鼓風(fēng)器風(fēng)量、風(fēng)壓較小的情況下，這是擴大爐容，多加鼓風(fēng)器，使風(fēng)能達(dá)到爐缸中心的一個途徑。爐基南面的坑中重達(dá)二十余噸的大積鐵，證明高爐曾多次修筑、使用。對積鐵、鐵塊和鐵渣的分析和計算，證實漢代已有意識在爐料中加入石灰石作熔劑，以降低煉渣的熔點，改善渣的流動性和爐況。漢代的生鐵一般是高碳低硅的白口鐵。由于爐溫增高和熔鑄技術(shù)的改進(jìn)，從西漢前期起，就出現(xiàn)質(zhì)量比白口鐵為優(yōu)的灰口鑄鐵，如河北滿城劉勝墓所出車■就是用灰口鑄鐵造的。南陽瓦房莊出土的西漢東漢鐵釜、澆口各一件則是高磷灰口鑄鐵。磷份增高，使鐵水流動性改善，適用于薄壁大型容器的鑄造，即使在現(xiàn)代也還有這樣使用的。漢代出現(xiàn)這種新的鑄鐵材料，應(yīng)是冶鐵工匠有意地加入高磷鐵礦或富磷熔劑的結(jié)果。特別重要的是，在鞏縣鐵生溝和南陽瓦房莊出土的鐵器組織中還發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量十分優(yōu)良的球狀石墨（鐵生溝鐵鏟和瓦房莊鐵），與現(xiàn)行球墨鑄鐵國家標(biāo)準(zhǔn)中的一類A級球狀石墨相當(dāng)。球墨鑄鐵是1947年才在英國研制成功的一種高強度鑄鐵材料，目前在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。在其研究過程中曾受到韌性鑄鐵中偶而出現(xiàn)的球狀石墨的啟發(fā)。而我國早在西漢后期已出現(xiàn)了球墨鑄鐵，可說是冶鑄史上的一個奇跡。制鋼技術(shù)漢代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和軍事活動的需要，使各種制鋼技術(shù)得到蓬勃發(fā)展。西漢前期劉勝墓所出鋼劍，經(jīng)檢驗是由塊煉鐵滲碳反復(fù)鍛打而成的，由于鍛打次數(shù)增多，鋼的質(zhì)量比戰(zhàn)國燕下都鋼劍有明顯提高。到了東漢時期，又出現(xiàn)了以炒鋼為原料的經(jīng)“三十煉”的金馬書刀和鋼刀?！稘h金文錄》著錄的永元錯金書刀，銘文為“永元十六年（公元104年）廣漢郡工官..卅煉史成長荊守丞主”。1974年山東蒼山縣出土的東漢鋼刀，銘文有“永初六年（公元112年）五月丙午造卅煉大刀吉祥”，為接近共析成份（碳含量千分之八）的高碳鋼鍛成。稍后一些時期，在東漢中平年間（公元184—189年）又出現(xiàn)具有“百煉清剛”銘文的百煉鋼刀。另一卓越的制鋼工藝——鑄鐵脫碳成鋼，則是從高度成熟的鑄鐵柔化術(shù)衍變而來。通過長期反復(fù)的實踐，漢代冶鐵工匠對于生鐵的機械性能隨著碳份的高低而變化這一點已有深入的認(rèn)識。在實踐上，他們能夠把碳含量達(dá)4％左右或更高的鑄鐵，經(jīng)過脫碳使內(nèi)層也消除白口鐵的組織，通體都成為高碳鋼。這樣，就創(chuàng)造了一種在固態(tài)下通過高溫脫碳處理，把生鐵變成鋼的先進(jìn)工藝。鄭州東史馬出土的東漢鐵剪和南陽東漢鐵戟等，就是這樣制成的。由于生鐵在澆注過程中，非金屬和金屬夾雜物可上浮撇去，金屬組織較為純凈。因此，鑄鐵脫碳后所得到的鋼，和現(xiàn)代碳素滾珠軸承鋼的質(zhì)量相近。這種制鋼工藝從目前資料看，是我國所獨有，很有獨創(chuàng)精神。西漢時期鋼鐵技術(shù)最重大的成就是炒鋼（或炒鐵）的發(fā)明。它是在地面上挖出缶狀爐缸，內(nèi)層涂以耐火泥，上置頂蓋，做成炒鋼爐。冶煉時，將生鐵料燒成熔融或半熔融狀態(tài)，鼓風(fēng)吹煉并加攪拌，使成為熟鐵，或在有控制地脫碳的條件下成為低中碳鋼以至高碳鋼。流傳至今的傳統(tǒng)煉鋼工藝仍沿用了這種方法。因為它以生鐵為原料，價廉易得，生產(chǎn)率高，因此和其它制鋼方法相比，有極大的優(yōu)越性。它的出現(xiàn)和逐步推廣改變了整個冶鐵生產(chǎn)的面貌，是鋼鐵發(fā)展史上有劃時代意義的大事情。炒鋼技術(shù)及熱鍛制鋼，大大促進(jìn)了百煉鋼的發(fā)展，使之進(jìn)入成熟階段。鞏縣鐵生溝和南陽瓦房莊都出土有炒鋼爐，說明炒鋼技術(shù)可能在西漢中期或稍遲時已經(jīng)發(fā)明。東漢時期鐵器種類增多，鍛鐵器比鑄鐵器有明顯增加，銅兵器全被鐵兵器取代，社會生產(chǎn)力也較西漢有提高，這和炒鋼的發(fā)明和推廣是分不開的。制鋼術(shù)的進(jìn)步，需要更多的生鐵作原料，從而促進(jìn)煉鐵技術(shù)的發(fā)展。鞏縣鐵生溝似已試用煤來冶鐵。用煤作燃料是冶鐵技術(shù)提高的重要因素。在鼓風(fēng)技術(shù)方面，東漢時期以水力為動力，創(chuàng)制了“水排”鼓風(fēng)裝置，在鋼鐵史和機械史上都有重大的意義。從南陽地區(qū)諸冶鐵遺址的實地調(diào)查看，有些煉爐即建在河邊，很可能采用水力鼓風(fēng)。南陽自戰(zhàn)國以來即以冶鐵著稱，南陽大冶孔僅曾任西漢大司農(nóng)和大農(nóng)丞領(lǐng)鹽鐵事等要職，境內(nèi)又有豐富的水利資源，“水排”在這里產(chǎn)生是很自然的。鑄造技術(shù)在鑄造技術(shù)方面，漢代使用鐵范和韌性鑄鐵更加廣泛，技術(shù)上高度成熟。如南陽瓦房莊出土經(jīng)檢驗的鐵農(nóng)具就有八件是韌性鑄鐵的，并且大都是質(zhì)量較好的黑心韌性鑄鐵。它們鑄作精細(xì)，退火完全，有的和現(xiàn)代韌性鑄鐵已無原則區(qū)別。溫縣烘范窯出土的疊鑄范是戰(zhàn)國齊刀幣疊鑄技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。其中共有十六類鑄件，三十六種規(guī)格，如各種車馬器和權(quán)等，最多的一次可鑄得八十四件鑄件，工藝設(shè)計和制作都十分精巧。為了易于清理、打磨，內(nèi)澆口薄僅2毫米，采用預(yù)熱鑄型澆注。這一技術(shù)在解放后多年內(nèi)仍被一些工廠用以大批量地鑄造紡織機、縫紉機的零件。漢代《淮南萬畢術(shù)》說：“曾青得鐵則化為銅?！薄霸唷敝柑烊涣蛩徙~。它與鐵作用得金屬銅。這就是膽銅法，它開創(chuàng)了水法冶金的新途徑。關(guān)于銅鏡鑄造方面，長期使人們感興趣而又眾說紛紜的是透光鏡的鑄作。河南省博物館所藏西漢銅鏡一面，經(jīng)過測試，證實有“透光”效應(yīng)①。近年來經(jīng)用現(xiàn)代科學(xué)方法研究與試制，已經(jīng)弄清楚它的作用機理，主要是由于鏡體很薄，又在背面鑄出花紋，冷卻時造成鑄造應(yīng)力，再加磨制，而使鏡面具有微小的曲度，這樣在光的照射下，就可將鏡背花紋、文字反映出來。漢代一些少數(shù)民族如居住在滇池周圍地區(qū)的滇族具有發(fā)達(dá)的青銅文化。石寨山、李家山等處先后出土的大批青銅器和銅柄鐵劍等，造型、鑄作都很精美。其中，如貯貝器蓋的細(xì)小部件，應(yīng)是用失蠟法鑄成的。大量青銅農(nóng)具（如斧