秦漢時(shí)期冶鐵技術(shù)的發(fā)展

秦漢時(shí)期冶鐵技術(shù)的發(fā)展秦漢時(shí)期冶鐵技術(shù)的發(fā)展秦漢時(shí)期冶鐵技術(shù)的發(fā)展xxx公司秦漢時(shí)期冶鐵技術(shù)的發(fā)展文件編號(hào)：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(jì)，管理制度秦漢時(shí)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(jì)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(shí)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(shí)行鹽鐵官營，全國設(shè)立了四十九處鐵官，人力物力相對(duì)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(shí)“攻山取銅鐵，一歲功十萬人以上”。實(shí)際上包括民間開采以及《鹽鐵論》所說“家人合會(huì)”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(shí)期以盜鑄論罪的數(shù)以十萬計(jì)，就是證明。在廣大群眾實(shí)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(gè)鑄造區(qū)和一個(gè)煉鋼鍛造區(qū)，發(fā)現(xiàn)多個(gè)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(hào)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(jì)日產(chǎn)量有半噸到一噸，在當(dāng)時(shí)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(duì)鼓風(fēng)與爐徑相互制約關(guān)系的深入認(rèn)識(shí)。在古代鼓風(fēng)器風(fēng)量、風(fēng)壓較小的情況下，這是擴(kuò)大爐容，多加鼓風(fēng)器，使風(fēng)能達(dá)到爐缸中心的一個(gè)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(duì)積鐵、鐵塊和鐵渣的分析和計(jì)算，證實(shí)漢代已有意識(shí)在爐料中加入石灰石作熔劑，以降低煉渣的熔點(diǎn)，改善渣的流動(dòng)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(dòng)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(jí)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(qiáng)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(gè)奇跡。制鋼技術(shù)漢代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和軍事活動(dòng)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(yàn)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(shí)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(cuò)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(shí)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(shí)踐，漢代冶鐵工匠對(duì)于生鐵的機(jī)械性能隨著碳份的高低而變化這一點(diǎn)已有深入的認(rèn)識(shí)。在實(shí)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(dú)有，很有獨(dú)創(chuàng)精神。西漢時(shí)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(shí)，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?yàn)樗陨F為原料，價(jià)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(gè)冶鐵生產(chǎn)的面貌，是鋼鐵發(fā)展史上有劃時(shí)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(shí)已經(jīng)發(fā)明。東漢時(shí)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(huì)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(shí)期以水力為動(dòng)力，創(chuàng)制了“水排”鼓風(fēng)裝置，在鋼鐵史和機(jī)械史上都有重大的意義。從南陽地區(qū)諸冶鐵遺址的實(shí)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(yàn)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(jì)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(jī)、縫紉機(jī)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(shí)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(jī)理，主要是由于鏡體很薄，又在背面鑄出花紋，冷卻時(shí)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