古代是怎么進行冶煉的？

【專家解說】：1 古代冶煉技術(shù)的演進春秋以前,中國的冶煉技術(shù)處于比較原始的階段,當(dāng)時使用的冶煉方法稱為“塊煉法”。當(dāng)時煉鐵使用木炭作燃料,熱量少,加上爐體小,鼓風(fēng)設(shè)備差,因此爐溫比較低,不能達到鐵的熔煉溫度,所以煉出的鐵是海綿狀的固體塊,稱為“塊煉鐵”。塊煉鐵冶煉比較費時,質(zhì)地比較軟,含雜質(zhì)多,經(jīng)過鍛打成為可以使用的熟鐵。鋼鐵冶煉技術(shù)的進一步發(fā)展到“塊煉滲碳鋼”。出土文物表明,中國最遲在戰(zhàn)國晚期已經(jīng)掌握這種最初期的煉鋼技術(shù)。人們在鍛打塊煉鐵和熟鐵的過程中,需要不斷地反復(fù)加熱,鐵吸收木炭中的碳份,提高了含碳量,減少夾雜物后成為鋼。這種鋼組織緊密、碳分均勻,適用于制作兵器和刀具。進一步發(fā)展到“百煉鋼”技術(shù)。人們在打制器物的時候,有意識地增加折疊、鍛打次數(shù),一塊鋼往往需要燒燒打打、打打燒燒,重復(fù)很多次,甚至上百次,所以稱之為百煉鋼。百煉鋼碳分比較多,組織更加細密,成份更加均勻,所以鋼的品質(zhì)提高,主要用于制作寶刀、寶劍。 在西漢中晚期,中國出現(xiàn)新的煉鋼技術(shù)“炒鋼”,這是在生鐵冶鑄技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種煉鋼技術(shù)。大約在春秋末期,中國就已經(jīng)發(fā)明生鐵冶鑄技術(shù),以后經(jīng)過長時間的實踐和探索,逐漸形成利用生鐵為原料的炒鋼技術(shù)。其基本方法是將生鐵加熱成半液體和液體狀,然后加入鐵礦粉,同時不斷攪拌,利用鐵礦粉和空氣中的氧去掉生鐵中的一部分碳,使生鐵中的碳含量降低,去渣,直接獲得鋼,這就是炒鋼技術(shù)。這項技術(shù)的發(fā)明是煉鋼技術(shù)的重大突破,使冶煉業(yè)能向社會提供大量廉價、優(yōu)質(zhì)的熟鐵或鋼,滿足生產(chǎn)和戰(zhàn)爭的需要。炒鋼的出現(xiàn)促進百煉鋼技術(shù)的發(fā)展,人們以炒鋼為原料,經(jīng)過反復(fù)加熱、折疊、鍛打成質(zhì)量很好的鋼件。但是炒鋼和百煉鋼技術(shù)還存在一定缺陷,如炒鋼工藝復(fù)雜,不容易掌握;百煉鋼費工費時。 2 綦毋懷文發(fā)展灌鋼法大約在東漢末,可能出現(xiàn)煉鋼新工藝“灌鋼”法的初始形式。南北朝時,綦毋懷文對這一煉鋼工藝進行了重大改進和完善。南朝齊、梁時的陶弘景首先記載了灌鋼法,北朝魏、齊間的綦毋懷文曾用這種方法制成十分鋒利的“宿鐵刀”。綦毋懷文,姓綦毋,名懷文,是中國南北朝時期著名冶金家。他生活在公元6世紀北朝的東魏、北齊間,具體生卒年代歷史上缺乏記載,只知道他好“道術(shù)”,曾經(jīng)作過北齊的信州(今四川省奉節(jié)縣一帶)刺史。據(jù)史書記載,綦毋懷文的煉鋼方法是:“燒生鐵精,以重柔鋌,數(shù)宿則成鋼”,就是說,選用品位比較高的鐵礦石,冶煉出優(yōu)質(zhì)生鐵,然后,把液態(tài)生鐵澆注在熟鐵上,經(jīng)過幾度熔煉,使鐵滲碳成為鋼。由于是讓生鐵和熟鐵“宿”在一起,所以煉出的鋼被成為“宿鐵”。灌鋼法是中國古代煉鋼技術(shù)上一個了不起的成就。同百煉法或炒煉法比較,其優(yōu)點1)生鐵作為1種滲碳劑,因熔化后溫度高,加速向熟鐵中滲碳的速度,縮短冶煉時間,提高生產(chǎn)率。(2)熟鐵因為碳的滲入而成為鋼,生鐵由于脫碳也可以變成鋼,增加了鋼的產(chǎn)量。(3)在高溫下,液態(tài)生鐵中的碳、硅、錳等與熟鐵中的氧化物夾雜發(fā)生反應(yīng),去除雜質(zhì),純化金屬組織,提高金屬品質(zhì)。(4)灌鋼法操作簡便,容易掌握。要想得到不同含碳量的鋼,只要把生鐵和熟鐵按一定比例配合好,加以熔煉,就可獲得。3 推動中國古代刀劍技術(shù)的發(fā)展綦毋懷文是一位出色的制刀專家,對前人造刀經(jīng)驗進行研究、比較,經(jīng)過不斷實踐,創(chuàng)造一套新的制刀工藝和熱處理技術(shù)。 綦毋懷文造刀的方法是:先把生鐵和熟鐵以灌鋼法燒煉成鋼,做成刃口,然后“以柔鐵為刀脊,浴以5牲之溺,淬以5牲之脂”這樣做出來的刀稱為“宿鐵刀”,極其鋒利,能夠一下子斬斷鐵甲30札。對于含碳量比較高的鋼,理想的淬火介質(zhì)應(yīng)該是:當(dāng)工件在比較高的溫度650～400℃,具有較大的冷卻速度,在低溫300～200℃,具有較慢的冷卻速度。這就需要采用雙液淬火法。綦毋懷文先用動物尿、后用動物油進行雙液淬火,能夠造出品質(zhì)很高的“宿鐵刀”。中國早在戰(zhàn)國時代就使用了淬火技術(shù),但是長期以來,人們一般都是用水作為淬火的冷卻介質(zhì)。雖然三國時的制刀能手蒲元等人已經(jīng)認識到:用不同的水作淬火的冷卻介質(zhì),可以得到不同性能的刀,但仍沒有突破水的范圍。而綦毋懷文則實現(xiàn)了這一突破,他在制作“宿鐵刀”時使用了雙液淬火法,即先在冷卻速度大的動物尿中淬火,然后再在冷卻速度小的動物油脂中淬火,這樣可以得到性能比較好的鋼,避免單純使用1種淬火(即單液淬火)的局限。雙液淬火法,即在工件的溫度比較高的時候,選用冷卻速度比較快的淬火介質(zhì),以保證工件的硬度;而在溫度比較低的時候,則選用冷卻速度比較小的淬火介質(zhì),以防止工件開裂和變形,使其有一定的韌性。雙液淬火法是1種比較復(fù)雜的淬火工藝,這在當(dāng)時沒有測溫、控溫設(shè)備的條件下,完全依賴操作及經(jīng)驗,是一個了不起的成就。