中国钢铁冶炼技术如何

1. 为什么我国现在钢铁冶炼技术不行，古代时期领先世界

任何先进都是相对的！
古代其他地区也可以出好的钢铁，比如大马士革钢，乌兹钢等等。但是论铁器使用规模，还是中国大。
但是自从西方工业革命以后，中国的钢铁冶炼技术就开始落后了。

2. 中国的钢铁是如何冶炼的

铁矿石是地壳的主要组成成分之一，铁在自然界中的分布很广，但是人类发现铁和利用铁却比黄金和铜晚。首先，这是由于天然的单质状态的铁在地球上是找不到的，而且它容易氧化生锈；其次是它的熔点（1 539℃）比铜高得多，使它比铜难于熔炼。

人类最早发现的铁是从天空落下的陨石。陨石中含铁的质量分数很高，它是铁和镍、钴等金属的混合物。考古学家曾经在今天伊拉克境内美索不达米亚（Mesopotamia）乌尔（Ur）城的古代苏美尔人（Sumerians）的坟墓中，发现一把陨铁制成的小斧。在埃及第五至第六王朝（公元前2400年前）的金字塔所藏的宗教经文中，记述着太阳神等当时重要神像的宝座是用铁制成的。这显然也是从陨石得来的，因为铁在当时被认为是带有神秘性的最珍贵的金属。埃及人干脆把铁叫做“天石”。阿拉伯人传说，天上的金雨落进沙漠里变成了黑色的铁。在古希腊文里，“星”和“铁”是同一个词。

1972年，在我国河北省藁城县台西村的商代（约公元前16世纪～约公元前1066）遗址曾出土一件铜钺，上面镶铸有铁刃。钺（yuè）是我国古代一种像斧子的兵器。铁刃铜钺的发现表明我国劳动人民早在三千多年前已经认识了铁，掌握铁的锻造性能，识别铁与青铜在性质上的差别，能够把铁进行锻打加工并和青铜铸接成器，增强铜的坚韧性。铁刃虽已全部锈蚀，但经过科学鉴定，证明铁刃是用陨铁锻成的，因为铁中不含有人工冶炼过程夹带的硅酸盐等杂质，同时铁锈中含有镍和钴。

我国出土的用陨铁锻成的铜器还有：1931年，在我国河南浚县出土的商末周初的铁刃铜钺和铁援铜戈各一件，于解放前流入美国，现存华盛顿弗里尔艺术馆。还有，1978年在北京市平谷县南独乐河出土的商代铁刃铜钺。

由于陨石来源极稀少，从陨石中得来的铁对生产起不了什么作用。只是随着青铜熔炼技术的成熟，才逐渐为铁的冶炼技术的发展创造了条件。虽然最初提炼出来的铁在硬度和防腐蚀性能等方面都不如青铜，但是由于铁矿在自然界中的分布比铜广泛，而且铁器的好些性能比铜器好，遂使铁器能够迅速取代青铜器和石器。

我国古代人民什么时候开始使用铁，虽然说法不一，但多数历史学者和科技史研究者断定是在公元前1 000年的前后。

从目前考古发掘的结果来看，我国最早人工冶炼的铁是在春秋（公元前722～公元前481）战国（公元前403～公元前221）之交的时期出现的。江苏六合县程桥镇春秋墓出土的铁条、铁丸和河南洛阳市水泥制品厂战国早期灰坑中出土的铁锛（音bēn，削平木料的平头斧）、铁（音bó，古代锄田除草的农具）是迄今为止能确定的我国最早的生铁工具。经过冶金学家们检验，铁条属于早期的块状炼铁锻成的；铁丸和铁锛、铁是生铁铸件。这些铁器证明我国在春秋晚期出现块状炼铁的同时或稍后就出现了生铁冶铸技术。人类在冶炼铁的过程中，最初因鼓风设备的限制，炼出的铁不能熔化，只是块状的海绵体熟铁，性质柔软，可锻而不可铸，不宜制作硬度较大的工具，只是在提高炼铁炉的温度后，才能得到熔融的生铁，用于铸造。

欧洲一些国家在公元前1 000年前后也生产块状炼铁，但多废弃不用，直到公元14世纪才使用铸铁，其间经历了十分漫长的发展道路。而我国古代只用较短的时间就实现了这一技术的突破，出现了铸铁。

我国生铁的发明是人类用铁的重大发展，也是我国劳动人民对人类作出的一项重大贡献。英国科学史学家贝尔纳（J.D.Bernal）在他编着的《历史上的科学》（伍况甫等译.北京：科学出版社，1959年，82页）一书中写到：“在欧洲，实在直到14世纪，古代所用的铁，总是在手力鼓风的小型泥炉内，用木炭经低温还原法而制成的。把所得的海绵状的未经熔过的纯铁锭，打成比较软的熟铁条，再经锻工和熔接，就成一些更复杂的铁制品。”又写到：“在古时候，作为金属的铁却有一个很严重的缺点，就是炉中鼓风不够，就熔不了它，所以浇铸就留给青铜独用了，例外的是中国，早在公元前二世纪，中国已能铸铁。”这说明我国生铁的出现比欧洲早1 000多年。

我国的生铁铸造技术，在很长的一段时期内一直处于世界领先地位。随着产量的增加和技术的提高，除铁制的生产工具、生活用具以及兵器外，又出现大型铸造的宗教艺术品。如现存的西安雁塔里的大铁钟，是唐代（618～907）的作品；世界上着名的河北省沧州大铁狮是五代后周广顺三年（公元953年）的作品；山西太原晋祠铁人是北宋年代（960～1127）的作品。

我国炼钢技术的发展也很早。汉朝赵晔所着的《吴越春秋·阖闾内传》中记载着：“阖闾请干将铸作名剑二枚。干将者，吴人也，与欧冶子同师，俱能为剑……干将作剑，采五山之铁精……使童女童男三百人鼓橐装炭，金铁乃濡，遂以成剑。”阖闾是春秋末年今江苏一带的吴国君（公元前514～公元前496在位）。可见，距今2000多年前，我国劳动人民已能炼钢，而且规模还不小。文中的“橐”（tuó）按今天的字意解释是“一种口袋”，在古代是指鼓风用的皮囊；“濡”（rú）按今天的字意解释是“沾”、“渍”，在古代又作“柔韧”讲。

1978年8月5日的《人民日报》第二版刊出一则消息：“湖南省博物馆长沙铁路车站建设工程文物发掘队，从一座古墓出土一口钢剑，从古墓随葬陶器的器形、纹饰以及墓葬的形制来看，可以断定它是春秋晚期的墓葬。从而说明我国炼钢技术的出现，至少应推前200年左右，即春秋战国之交，而不是过去认为的战国中、晚期。经取样分析，这口剑所用的钢是含碳量0.5%（质量分数）左右的中碳钢，金相组织比较均匀，说明可能还进行过热处理。”

我国到西汉（公元前206～公元23）中、晚期出现了利用生铁“炒”成熟铁或制成不同含碳量的钢的炒钢技术。这是将生铁加热成半液体、半固体的状态，再进行搅拌，利用空气或铁矿粉中的氧，进行脱碳，以获得熟铁或钢。1974年在山东苍山县出土的汉安帝永初六年（112）的钢刀和1978年在徐州汉代砖室墓中发掘出的汉章帝建初二年（77）的钢剑经鉴定都是以炒钢为原料，经多次反复加热折叠锻打而成的。

欧洲用炒钢法冶炼熟铁的技术在18世纪中叶才开始出现，比我国要晚1 900余年。

在汉代炒钢技术的基础上，到南北朝（420～581）时期，我国又出现了灌钢技术。这是先将含碳量高的生铁熔化，浇灌到熟铁上，使碳渗入熟铁，增加熟铁的含碳量，然后分别用牲畜尿或油脂淬火而成钢。淬火是钢铁的一种热处理工艺，是将工件加热到适宜温度，随即在水、油或空气中冷却，以提高钢铁的硬度和强度。

在欧洲的坩埚炼钢技术发明之前，灌钢法是一种先进的炼钢技术，对后世有重大影响。

3. 为什么说我国的钢铁冶炼技术是具有划时代意义的重大事件

我国钢铁冶炼技术的发展是从冶炼生铁开始的，冶铁术大约发明于西周时期。先炼生铁后炼钢，生铁是炼钢的原料。炼钢的出现是具有划时代意义的重大事件。此外，铜冶炼技术也是我国的一项重大发明。在我国古代冶金技术的发展过程中，风箱扮演者极为重要的角色。它是我国发明的一种世界上最早的鼓风设备。

4. 中国古代炼钢技术怎么样

我国古代炼钢技术至迟发明于春秋晚期。由先秦到西汉中晚期，主要制钢工艺是块铁渗碳法；由汉代到明清，主要又是炒钢法和灌钢法，其次还有百炼钢法和炒铁渗碳法，汉魏南北朝时还有“铸铁脱碳钢”，汉代还有坩埚炼钢法。炒钢工艺主要生产一般的可锻铁（包括钢和熟铁），灌钢工艺主要生产含碳较高的刃钢，百炼钢是对普通炒钢的再加工。“铸铁脱碳钢”和炒铁渗碳钢工艺将在第五章介绍，这里主要讨论其他五种。
一、炼钢术的发明和块铁渗碳钢之使用
今在考古发掘中所见我国最早的钢制器物是1976年长沙杨家山出土的春秋晚期钢剑，剑全长38.4厘米，身长30.6厘米。经分析，含碳量约与中碳钢相当，组织均匀致密。长沙铁路东站建设工程文物发掘队：《长沙新发现春秋晚期的钢剑和铁器》，《文物》1978年第10期。可知我国古代制钢术至迟在春秋晚期便已发明。战国中晚期后，炼钢术在我国南北许多地方都迅速发展起来，并首先在南方的楚国达到较高水平。《史记And#8226；；范雎列传》云:秦昭王临朝叹息曰:“吾闻楚之铁剑利而倡优拙。”《荀子And#8226；；议兵》亦云:“宛钜铁釶，惨如蠭虿。”“宛”治所在今南阳。“钜”即钢，“釶”即矛。《荀子And#8226；；议兵》杨倞注。此锋利的“铁剑”、“铁矛”，显然由钢制成。中原的韩国也制作了许多锋利兵器，《战国策And#8226；；韩策一》说:“韩卒之剑戟，皆出于冥山、棠溪、墨阳、合伯（膊）、邓师、宛冯、龙渊、太阿。皆陆断马牛，水击鹄雁，当敌即斩。”这些锋利的剑戟，后世学者一般都认为是钢铁所制。其中的冥山（今信县境）、棠溪（西平县境）、合伯（西平县境）、冯池（荥阳县境）《史记And#8226；；苏秦列传》引“徐广曰：荥阳有冯池”。索隐：“宛人于冯池铸剑故号宛冯”，“邓国有工铸剑，因名邓师。”邓国在今河南漯河市东南。、龙泉、太阿（均在西平县境，今为舞阳钢铁厂管辖）等处都发现了古代冶铁遗址。董文安：《韩国十大宝剑产地初考》，全国金属学史学术讨论会论文，1989年，舞阳。墨阳在今河南淅川县。1965年，河北易县燕下都第44号墓出土钢铁剑15枚、矛19枚、戟12枚等；人们分析了其中的6枚兵刃器，除1枚为块炼铁外，其余5枚皆由钢制成。北京钢铁学院压力加工专业：《易县燕下都44号墓葬铁器金相考察初步报告》。《考古》1975年第4期，发掘报告见同刊同期《河北易县燕下都44号墓发掘简报》。说明当时北方的燕国制钢术亦已发展起来。
人类早期冶炼的钢一般都是在低温还原冶炼后再经渗碳而成，整个过程约分两步:第一步先由矿石炼取块炼铁，第二步再由块炼铁渗碳成钢。此渗碳过程中要不断地折叠锻打，以帮助碳的扩散。这样得到的钢便叫块铁渗碳钢。燕下都钢剑等兵器就是由这种钢制成的。如若控制得当，也有不经第二步，而一次还原冶炼成钢的，这种钢便叫块炼钢或自然钢。这两种钢的强度和硬度均较块炼铁为高。其缺点是:（1）含碳量一般较低。（2）碳分布往往不够均匀。（3）钢中所含夹杂往往较多。（4）生产率较低。在中原文化区，这种制钢工艺一直沿用到西汉中期，之后由于炒钢的发明和岁基发展而渐被取代。满城汉墓出颂颂土的刘胜佩剑和错金书刀等皆由块铁渗碳钢制成，其夹杂已较燕下都钢剑为少，组织亦较之均匀致密。这种钢主要用来制作刀剑等兵刃器，农业和手工业中使用甚少。
二、炒钢及其工艺操作
炒钢工艺是一种半液态冶炼。它以生铁为原料，把生铁加热到液态半液态后，利用鼓风中的氧使生铁脱碳到钢和熟铁的成分范围。冶炼过程中要不断地炒动金属。古谓之“擣刚”，本世纪五十年乎樱谨代以前，习谓之炒铁、炒“熟铁”。
（一）炒钢的发明和发展
我国古代炒钢技术约发明于西汉中晚期，今见较早的遗物有:巩县铁生沟、南阳瓦房庄、新安孤灯村等冶铸铁遗址出土的汉代炒钢炉，以及铁生沟出土的铁块、残铁锄、铁臿等14件炒炼产品。铁生沟炒钢炉系向地下挖出的缶形小坑，内涂耐火泥，长0.37米，宽0.28米，残高0.15米，炉壁已被烧成黑色，内中残存一铁块。河南省文化局文物工作队：《巩县铁生沟》，文物出版社1962年版，赵青云等：《巩县铁生沟汉代冶铸遗址再探讨》，《考古学报》1985年第2期。我国古代关于炒钢的记载始见于东汉中晚期。《太平经》卷七十二云:“今军师兵，不祥之器也……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，乃成莫邪耶？”此“莫邪”指锋利兵器。“烧冶之”等三句所指即是炒炼及其制器的全过程。《太平经》系道家着作，基本上保持了东汉中晚期的原貌。
炒钢的发明，迅速地改变了我国社会可锻铁的使用情况。1952-1953年，洛阳烧沟发掘了225座西汉中期至东汉晚期墓葬，出土钢铁刀116枚、剑33枚、矛5枚、斧4枚；而在青铜兵器刃器中，只有铜刀7枚（仪仗器），矛1枚，无剑。中国科学院考古研究所：《洛阳烧沟汉墓》，科学出版社1959年版。1957-1958年，洛阳西郊发掘217座同一时期的汉墓，出土钢铁刀52枚，剑58枚，戟1枚，斧1枚；青铜兵刃器只有刀1枚。中国科学院考古研究所洛阳发掘队：《洛阳西郊汉墓发掘报告》，《考古学报》1963年第2期。西汉中期以后，除了弩机和镞仍然较多地使用青铜外，其他兵器刃器已多用钢铁制作，其原料显然是炒钢。这样，钢铁器物便在农业、手工业、军事三方面完全取代了青铜和木石的主导地位。
炒钢工艺在我国由汉代一直沿用到明清。有关记载在唐《夏侯阳算经》、宋苏颂《图经本草》、明唐顺之《武编前编》、赵常吉《神器谱》、朱国桢《涌幢小品》、清屈大均《广东新语》等书中都可看到。《广东新语》卷一五“货语And#8226；；铁”条说:“其炒铁则以生铁团之入炉，火烧透红乃出而置砧上，一人钳之，二三人锤之，旁十余童子扇之，童子必唱歌不辍，然后可炼熟而为镬也。”1920年出版的耿步蟾《山西矿务志略》卷五说:“将炼出之生铁加煤末烧之，使化为铁汁，冷后复置于炒铁炉内炒之，即成熟铁。”二十世纪八十年代，湖南攸县等地仍用此法生产。
炒钢工艺的优点是:（1）用作原料的生铁易于获得，就扩大了原料来源。（2）冶炼在半液态下进行，脱碳反映较为迅速，生产率较高。（3）成分范围较宽。据分析，铁生沟所出一件炒钢料含碳1.288%、硅0.231%、锰0.017%、磷0.024%、硫0.022%，与过共析高碳钢相当；另一件成分为:碳0.048%、硅2.35%、锰微量、磷0.154%、硫0.012%，与今之熟铁相当。李众：《中国封建社会前期钢铁冶炼技术发展的探讨》，《考古学报》1975年第2期。今世学者常把先炼生铁，后再由生铁炼钢的工艺叫两步冶炼，那么炒钢的出现便是两步冶炼的某点，在世界冶金史上占有重要地位。在欧洲，与炒钢相类似的工艺大约在十六、十七世纪才出现，整个中世纪占主导地位的是自然钢法和块铁渗碳法。因此其可锻铁供应长时期不够充分，这对社会的进步自然是有影响的。
炒钢法是我国古代可锻铁生产的基本工艺，其主要用途有三:（1）制作一般锻件。由汉到明清，我国一般锻件，包括生产工具、生活用具和兵刃器中的锻件大约都是炒钢及其再加工的产品制成的。（2）用作百炼钢的原料。（3）用作灌钢的原料。
（二）炒钢的工艺操作
我国炒钢主要有三种不同的工艺类型:
（1）单室式炒炼。基本特点是金属熔炼与燃料燃烧同在一个炉膛中进行。此法发明较早，沿用时间较长，前述巩县铁生沟、南阳瓦房庄、新安孤灯村汉代炒炼法皆属此类。本世纪五十年代，河南、山西等地都曾流行过一种“地炉”，筑炉于地面以下，状如缶形或直筒形，炉口与地面平直。冶炼时先放木炭（煤炭），后放生铁，生铁需击碎，上面再盖以煤末。之后再点火、送风、封闭炉口。生铁接近熔化时，启开炉口，用铁棍或木棍不断地搅动金属。随着炒炼之进行，碳分不断降低，金属熔点升高，便粘结成一个海绵状固体块，之后夹出锤击，排除夹杂，并赋予一定形状，便是炒炼产品。南方一些省分又流行过一种“台炉”，筑炉于专门的炉台上，并有一个较大的加热兼炒炼空间。温州地区的炒炉以砖砌成，状如鸡笼，炉底接近地平面，炒炼室是一个不规则的长方形空间，炉子正面设一炉口，在此进料、操作、出钢，并由此逸出废气；鼓风从炉底进入，并正对炉底正中；操作法与地炉大同小异。湖南攸县也有类似的炉子温州炒炼工艺系1977年调查，攸县炒钢系1980年调查，当年皆在生产。单室式炒炼的优点是设备简单，缺点是因金属与燃料直接接触，所含有害夹杂往往较多。
（2）双室式炒炼，或叫反射炉（倒焰炉）炒炼。基本特点是燃料燃烧与金属熔炼各占一个独立的空间。燃料燃烧产生的高温火焰流越过火墙（火道）进入熔炼室，并加热金属，之后从炉门或专门设置的烟囱排出。因其金属不与燃料直接接触，就减少了有害杂质磷、硫进入其中的可能性。这种炼钢法的发明时间待考。1935年出版的《中国实业志（湖南省）》第七编说:“湘省邵阳、武冈、新宁、湘潭县之土法炼钢，由来已久。邵阳原名宝庆，所产之钢，称曰‘宝庆大条钢’。邵阳附近之武冈、新宁出品，均集中于邵阳，业中人亦以‘宝庆大条钢’名之。前清初叶，宝庆大条钢，极负盛名，而产之多，首推邵阳南乡。”因宝庆大条钢系倒焰炉所炼，由这段记载看，反射炉发明年代应在清代初叶以前。今在考古发掘中所见最早的倒焰窑是南京眼香庙发现的明洪武初年所建一排六座琉璃窑。南京博物院：《明代南京聚宝山琉璃窑》，《文物》1960年第2期。1958年，这种倒焰炉炼钢在我国南北许多地方都使用过。河南鲁山的炉子较为简单，两室左右相近，皆筑于地面以下，鼓风从燃烧室下部进入，后从炒炼室顶部进入炒炼室。西安的炉子又另是一个样，炒炼室筑于地面以下，燃烧室筑于地面以上，两室上下叠加，燃烧室底部正对炒炼室中心，风从燃烧室上部鼓入，再经由燃烧室底部火口直射到炒炼室中。燃烧室顶口用盖板封闭。科技卫生出版社编：《土法低温炼钢》第六编《最简单的反射炉炼钢》，1958年版。
（3）串联式炒炼。有关记载唯见于明代宋应星《天工开物》卷一四“铁”条:“若造熟铁，则生铁流出时，相连数尺内，低下数寸，筑一方塘，短墙抵之。其铁流入塘内，数人执持柳木棍排立墙上。先以污潮泥晒干。舂筛细罗如面，一人疾手撒And#63083；；，众人柳棍疾搅，即时炒成熟铁。其柳棍每炒一次烧折二三寸，再用则又更之。炒过稍冷之时，或有就塘内斩划成方块者，或有提出挥椎打圆后货者。若浏阳诸冶，不知出此也。”此“污潮泥”很可能是造渣熔剂。这里谈到了串联式炒炼的全过程。此法的优点是生铁出炉后直接流入方塘炒炼，省去了生铁再加热的工序，从而节省了工时，降低了成本。
需要特别注意的是古代“熟铁”一词，宋应星在上述引文中曾两次提及，在其他古代文献中也经常看到，其含义与现代熟铁是不同的。古人没有含碳量的概念，区别生铁、钢、熟铁的主要依据是它的使用性能，硬且脆者为“生”，可锻者为“熟”，其性刚强者为钢。因炒炼过程是在半液态下进行的，渣铁分离较难，产品所含夹杂往往较多，即使含碳量较高，但其性不刚，也只能称作“熟铁”。元人伪撰《格物粗谈》卷下“偶记”条云:“地溲油又如泥，色黄金，气腥烈，柔铁烧赤投之二三次，刚可切玉。”此“柔铁”即“熟铁”。苏恭《唐本草》云:“柔铁也，即熟铁。”这是以材料性能来区分钢和“熟铁”的。苏颂《图经本草》云:“初炼去矿，用以铸泻器物者为生铁，再三销拍，可以作鍱者为鑐铁，亦谓之熟铁。”苏恭《唐本草》、苏颂《图经本草》皆引自《本草纲目》卷八“金石；；铁”。这是以材料性能和冶炼工艺来区分钢、铁的。《天工开物》卷十四“铁”条:“凡铁分生熟，出炉未炒为生，既炒则熟。”这里单以冶炼工艺作为区分钢、铁的标准。有学者视古代“熟铁”与现代熟铁等同，把《天工开物》卷十四所载炒炼“熟铁”的工艺。

5. 汉代发明的沙钢法

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。
所谓的炒钢法，就是先用铁砂炼成生铁，然后把生铁加热至半液态、液态，并像炒菜一不断搅拌，将生铁脱碳。按脱碳白程度不同可以变成铁或钢，可以生产出高碳钢，中碳钢，低碳钢。低碳钢强度和硬度较低，但塑性和韧性较好，高碳钢则相反。
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。

6. 大雄宝殿西侧有一15吨重铁钟，800年风雨侵蚀不生锈，我国古代冶炼技术有多强

中国古代有很多文化以及技术，到了如今已经迷失了，但是流传下来的一些东西，却至今令我们叹为观止，比方说，河北这座距今已经有1300年的古寺，大雄宝殿上一个重达15吨的铁钟。它距今已经历经了800年，却依旧是风雨侵蚀而不生锈。那么，中国古代冶炼技术到底有多强呢？

而到了东汉时期，中国的冶铁水平已经遥遥领先于全世界，着名的冶铁中心。实际上，中国对于冶铁技术的追求，主要是因为冶铁业的发展，是生产力的进一步完善。中国的农业文明时代，铁器有着至关重要的地位，而这一个800年都不腐烂的铁钟，正是证明了中国冶铁技术的成熟以及伟大！