【百科】钢铁那些事-中国古代炼铁演化

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”。...



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。
在西汉中晚期，中国出现新的炼钢技术“炒钢”，这是在生铁冶铸技术的基础上发展起来的一种炼钢技术。大约在春秋末期，中国就已经发明生铁冶铸技术，以后经过长时间的实践和探索，逐渐形成利用生铁为原料的炒钢技术。其基本方法是将生铁加热成半液体和液体状，然后加入铁矿粉，同时不断搅拌，利用铁矿粉和空气中的氧去掉生铁中的一部分碳，使生铁中的碳含量降低，去渣，直接获得钢，这就是炒钢技术。这项技术的发明是炼钢技术的重大突破，使冶炼业能向社会提供大量廉价、优质的熟铁或钢，满足生产和战争的需要。炒钢的出现促进百炼钢技术的发展，人们以炒钢为原料，经过反复加热、折叠、锻打成质量很好的钢件。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。
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。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。使钢的产量和品质大大提高，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。

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