中国的冶铁技术产生的时间虽然不是世界最早的 ， 但是中国古代的钢铁冶炼技术却长时间领先于世界 。 在春秋开始 ， 中国就有了冶铁技术 ， 到战国时代已经成为了相当大的规模 。 而汉朝是中国钢铁冶炼发展史上十分关键的时期 。 这时期 ， 出现了高炉炼钢、炒钢技术、百炼钢技术等冶炼技术 ， 使得中国的钢铁冶炼技术远远领先于西方国家 。 小编就介绍一下汉代的钢铁冶炼技术 。

一 ， 高炉设备的改进

人类的冶炼技术 ， 是从烧制陶器开始的 。 随着温度的不断提高 ， 就拥有了冶炼金属的温度 。 在商朝时期 ， 可以将铜炉的温度提高到1200度 ， 使得中国的青铜冶炼技术领先于世界 。 商朝的青铜冶炼不仅催生了原始瓷器冶炼技术 ， 还为后来的冶铁奠定了基础 。 西周时期 ， 中国人可以将铜炉温度提高到1300度 ， 也就可能用赤铁矿炼出生铁 。 发展到了春秋时期 ， 已经出现了冶铁的高炉 。 战国时代 ， 由于战争的频繁 ， 加速了冶铁技术的发展 。

汉代的钢铁冶炼技术简述：中国冶铁技术领先于世界的关键时期// //

到了西汉之后 ， 国家十分重视冶铁 。 汉武帝时期 ， 实行“盐铁官营” ， 将冶铁纳入国家垄断经营范围 。 “盐铁官营”政策推行后 ， 使得冶铁业资金得到了保障 ， 推动了冶铁业的迅速发展 。 同时 ， 西汉时期的高炉也得到了很大程度的改造 。 例如一项重要的改造就是将高炉改造为椭圆形 。 汉代的人们发现风力很难到达高度超过3米的高炉的中心 ， 因为将圆形改为椭圆形 ， 并在扁的两侧鼓风 ， 使得风力可以达到高炉中心 ， 如此就提高了冶炼温度和效率 。 椭圆形铁炉不仅有利于风力的输送 ， 还提高了高炉的容积 。 两汉时期 ， 炼炉逐步向大型化发展 。

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在风力有限的情况下 ， 氧气在高炉内和煤炭燃烧会产生煤气 ， 而煤气会沿着高炉内部的炉墙上升而最终排出 。 如此 ， 煤气就相当于被浪费了 ， 无法发挥更大的作用 。 因此 ， 人们设计将高炉下部的炉墙向外倾斜大约62度 ， 如此就增加了煤气和炉料的接触面积 ， 提高了燃烧的效率 。

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汉代荥阳冶铁遗址

在冶铁的过程中 ， 炉中会产生炉渣 ， 而炉渣中含有大量的二氧化硅 。 这种化合物导致炉渣的粘性较高 ， 不利于高炉的继续使用 。 至少在西汉时期 ， 人们已经开始在炉料中配入石灰石 ， 使得二氧化硅和氧化钙可以发生化学反应 ， 降低炉渣熔点 。 同时 ， 石灰石还能降低生铁的含硫量 ， 改善生铁质量 。

二 ， 鼓风设备的改进

冶铁技术的发展与鼓风技术的改进也是密不可分的 。 古代炼铁高炉是用皮制的“橐” 作为鼓风器 。 这种皮橐两端细、中间鼓起 。 皮囊上有一个拉杆 ， 手握拉杆可以将皮囊前后推拉使之压缩和鼓起 。 皮囊是在鼓起与压缩的过程中将风吹到冶铁炉中的 ， 这个过程为“鼓风” 。 在鼓风的动力上 ， 除了“人排” 鼓风以外 ， 还有“马排”、“牛排” 等畜力动力 。

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随着高炉高度的不断增加 ， 容积也不断提高 。 为了给高炉提供充足的风力 ， 人们在高炉上开了4个风口 ， 每个风口使用一个大皮囊 ， 以此来提高鼓风量 。 但是风口的增加也需要更多的人力 ， 如在荥阳出土的44立方米高炉需要十二个人同时操作 。 如果考虑到轮换 ， 就需要三十六名工人 。 因此 ， 解决风力的问题是十分关键的 。

东汉时期 ， 南阳太守发明了一种水利鼓风设备——水排 。 水排是应用水力激动机械轮轴打动鼓风囊 ， 使皮囊不断伸缩 ， 给冶金高炉加氧 。 水排的使用 ， 为高炉提供了充分的氧气 ， 因而可以进一步提高高炉的温度 ， 提高冶炼的效率 。 而西方国家直到12世纪才出现了水利鼓风设备 。

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三 ， 如何把铁炼成钢

这里就要说一下生铁、熟铁和钢 。 生铁 ， 三者都是铁的冶炼品 ， 但是三者的特征却有很大的不同 。 生铁坚硬、耐磨、铸造性好 ， 但脆 ， 不能锻压；熟铁相对柔软 ， 塑性好 ， 可以拉成丝 ， 但是硬度不够；而钢则具有两者共同的优点 ， 不仅硬度强 ， 且韧性好 ， 是古代铸造兵器的最佳材料 。 之所以有这些不同的特征 ， 在于其含碳量不同 。 生铁的含碳量较高 ， 超过了2% ， 熟铁的含碳量低于0.05% ， 而钢的含碳量则介于两者之间 。

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汉代铁器

在西周时期 ， 中国就拥有冶炼生铁的技术 。 而在春秋战国时代 ， 又出现了冶炼熟铁的方法 。 冶炼熟铁需要将温度提到了1500多度 ， 达到铁的熔点 ， 使得铁矿融化 ， 然后流入方塘 。 人们使用工具搅拌 ， 使得碳氧化而排出 。 但是如何炼出钢却需要更高的技术 。 在汉朝时期 ， 人们已经掌握了两种炼钢的方法 。 第一种是将生铁中的碳排出 ， 叫做脱碳炼钢法；第二种是在熟铁中加入热渗碳 ， 以提高熟铁的含碳量 ， 使之成为钢 。

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《梦溪笔谈》中的炼铁

在这两种方法中 ， 第二种方便工艺复杂 ， 难以操作 ， 限制了钢铁的冶炼规模 。 因此 ， 在汉代多使用脱碳炼钢法 。 在脱碳技术中 ， 汉代发明了一种炒钢技术 。 炒钢主要是将生铁加热到1200度 ， 使之成为半溶的状态 。 然后通过不断的搅拌 ， 增加碳和氧气的接触面积 ， 使得碳氧化 。 随着温度的不断提高 ， 生铁中的碳含量不断减少 ， 逐渐演变成为了钢 。 当然 ， 如果继续提高温度和继续搅拌 ， 就可以成为熟铁 。 这些刚经过锤炼 ， 也就可以成为优质的钢材 。

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炒钢技术

在炒钢技术的基础之上 ， 又出现了百炼钢技术 。 所谓的百炼钢就是将炒钢反复的锻炼 ， 使之成为精钢 ， 这种技术是当时世界炼钢的最好水平 。 然而这项技术十分难以操作（难以控制含碳量） ， 因而需要技术熟练、经验丰富的工匠才能完成 。 一般百炼钢技术都是用于制造名贵的兵器 。 王充在《论衡》中说：“岂利剑之锻与炼乃异质哉?工良师巧 ， 炼一数至也” 。 优质的宝剑需要几十次到到上百次的锻炼 ， 如东汉末曹操下令锻炼的五把宝刀 ， 经过了三年 ， 100次锻炼才成功 ， 称为“百辟刀” 。 1974年 ， 在山东苍山县出土了一件环首钢刀 ， 刀上有铭文“卅炼” ， 说明锻炼了三十次 。

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东汉大瓦槽环首钢刀

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