古代是如何而煉製金屬

2021-07-29 05:24:30 字數 4357 閱讀 5889

1樓:匿名使用者

根據歷史資料和出土文物論述了中國古代鍛造的內涵,指出了現行技術資料中的失真之處,提出了新的鑑別古代鍛件的方法,把歷史學者界定的中國使用鋼的年代向前推進了若干年。 2000 年,《機械工人》( 熱加工) 第3 、4 期**了一篇為紀念《機械工人》雜誌創刊50 周年寫的文章——— 「乙個老鍛工的歷史回顧」。講述了中國鍛工的傳統和祖技,曾引起許多讀者的興趣和關注,台灣的《鍛造》雜誌和香港的《機械製造》雜誌也都先後予以刊載。

文章是以作者本人近40 年的親身經歷為主寫成的。現根據歷史文獻和出土文物,對中國的鍛造作乙個更為久遠的追溯。鍛造和鑄造是人類最早掌握的金屬成形技術,更是現代各種金屬塑性成形方法的母體和基石,希望能夠再次引起大家對這一古老傳統技藝的重視。

在世界範圍內,發現最早的金屬製品是人類用天然銅鍛打的裝飾物,出土於伊拉克北部的一處遺址,是西元前9000 年~西元前8000 年的遺物。我國大約在距今6000 年前就有了用鍛造方法成形的**、紅銅等有色金屬製品,但那時的**和紅銅以及後來成為鋼鐵先驅的隕鐵,幾乎都是沒有經過人工冶煉的自然態金屬,數量稀少,效能單一。雖然後來有色金屬的冶煉和成形技術也隨著時間的推移而有所進步,但在青銅器出現之前,有色金屬製品的主流是用於飾品、禮器和少量生活用具,在促進社會生產力發展方面不佔主導地位。

本文僅就以鋼鐵為代表的黑色金屬,對中國古代的鍛造做一粗淺的追溯。 1. 從「鍛」 字說起 在公元100 年~121 年間成書的古代文獻《說文解字》中,對「鍛」 字的解釋是:

鍛,小冶也。即鍛造是小型的冶煉,或說是冶煉中的一小部分。而在出土的同時代畫像磚上確實描繪了當時的冶金場面( 見圖1),三個持鎚鍛工正在對一名掌鉗鍛工夾持的物體進行擊打,情景十分清晰。

對「鍛」 字的另一種寫法為「

2樓:匿名使用者

在早期的文明國度和地區中,中國使用銅、鐵等金屬的年代相對說來是較晚的。但是,由於中國在冶鑄技術方面的發明和創新,使中國的冶金業很快就後來居上,躍公升於世界的前列,並為中國古代文明的高度發達奠定了堅實的物質基礎。從這裡我們可以看到乙個技術進步帶動生產發展,並進而促進社會文明進步的典型範例。

埃及大約在西元前2023年時開始進入青銅時代,西元前2023年左右開始進入鐵器時代;美索不達公尺亞地區大約在西元前2023年時開始利用自然銅,西元前2023年時開始進入青銅時代,西元前2023年左右開始進入鐵器時代;愛琴海地區大約在西元前2023年時開始進入青銅時代,西元前2023年左右開始進入鐵器時代;印度大約在西元前2023年時開始進入青銅時代,西元前800年左右開始進入鐵器時代;而中國是在西元前2023年左右開始進入青銅時代,西元前500年左右開始進入鐵器時代的。

中國冶金史上的乙個最突出的特點,是鑄造技術占有重要的地位,以至於鑄造既作為成形工藝而存在,又成為冶煉工序中的乙個組成部分,達到了「冶」與「鑄」密不可分的地步。因此在古代文獻中往往是冶鑄並稱,並對中國文化產生了深刻的影響。如常用詞彙「模範」、「範圍」、「陶冶」、「就範」等,都是由冶鑄技術衍生而來的。

這種冶與鑄密不可分的冶金傳統,是古代世界上其它國家和地區所無法比擬的。

1.青銅冶煉

被認為是中國古文明象徵的商周到戰國的青銅器,在某種意義上可以說是鑄造技術所造就的。中國開始冶煉青銅的時期雖然晚於西方約千餘年,然而後來居上,冶煉水平很快超過了西方。

從重875公斤的司母戊方鼎、精美的曾侯乙尊盤和大型的隨縣編鐘群,以至大量的禮器、日用器、車馬器、兵器、生產工具等,可以看到當時中國已經非常熟練地掌握了綜合利用渾鑄、分鑄、失蠟法、錫焊、銅焊的鑄造技術,在冶鑄工藝技術上已處於世界領先的地位。而《考工記》中所記載的:「金有六齊。

六分其金而錫居一,謂之鐘鼎之齊。五分其金而錫居一,謂之斧斤之齊。四分其金而錫居一,謂之戈戟之齊。

三分其金而錫居一,謂之大刃之齊。五分其金而錫居二,謂之削殺矢之齊。金、錫半,謂之鑑燧之齊」,是世界上最早的合金配比的經驗性科學總結,表明當時中國已認識到合金成分與青銅的效能和用途之間的關係,並已定量地控制銅錫的配比,以得到效能各異,適於不同用途的青銅合金。

《考工記》中還記載有:「凡鑄金之狀,金與錫,黑濁之氣竭,黃白次之;黃白之氣竭,青白次之;青白之氣竭,青氣次之,然後可鑄也」,說明當時已掌握了根據火焰的顏色,來判定青銅是否冶煉至精純程度的知識,這是後世化學中火焰鑒別法的濫觴。用以比喻工夫達到純熟完美境界的成語「爐火純青」,就是由此引伸出來的。

在煉銅中的另一項重要成就是濕法煉銅,也叫膽銅法。這是利用煉丹家所發現的鐵對銅離子的置換反應,進行冶銅的方法。其工藝過程是把硫酸銅或碳酸銅(古稱曾青、膽礬、石膽等)溶於水,使成膽水,然後投鐵塊於溶液中,因鐵的化學效能比銅活潑,鐵離子會置換出銅來。

這是世界上最早的濕法冶金,宋代已用此法進行大規模的煉銅生產。

2.鑄鐵冶煉

中國冶煉塊鐵的起始年代雖然遲至西元前6世紀,約比西方晚900年,然而冶煉鑄鐵的技術卻比歐洲早2023年。中國鑄鐵的發明出現在西元前5世紀,而歐洲則遲至公元後的15世紀。由於鑄鐵的效能遠高於塊鐵,所以真正的鐵器時代是從鑄鐵誕生後開始的。

社會發展的歷史表明,鑄鐵的出現是社會生產力提高和社會進步的主要標誌。中國從塊鐵到鑄鐵發明的過渡只用了約乙個世紀的時間,而西方則花費了近三千年的漫長路程。中國古代煉鐵技術發展得如此迅速是世界上絕無僅有的。

英國著名科學史家貝爾納說,這是世界煉鐵史上的乙個唯一的例外。

由於生鐵含碳量高,雖硬但脆,不耐碰擊,易毀壞,為改進生鐵的效能,中國古代發明了一系列的生鐵加工技術:

其中,首先是戰國時期問世的鑄鐵柔化術。該項技術又分為兩類,一類是在氧化氣氛下對生鐵進行脫碳熱處理,使成白心韌性鑄鐵;一類是在中性或弱氧化氣氛下,對生鐵進行石墨化熱處理,使成黑心韌性鑄鐵。而在西方,白心韌性鑄鐵的生產技術2023年方由法國人首次記述,黑心韌性鑄鐵是2023年才在美國問世的。

到漢代,鑄鐵柔化術又有新的突破,形成了鑄鐵脫碳鋼的生產工藝,可以由生鐵經熱處理直接生產低、中、高碳的各種鋼材,中國從此成為世界上的先進鋼鐵生產國。其產品亦隨著中外交通**的發展,輸運到周圍各國以及中亞、西亞和阿拉伯一帶。

另一傑出的生鐵加工技術是炒鋼,它是中國古代由生鐵變成鋼或熟鐵的主要方法,大約發明於西漢後期。其法是把生鐵加熱成液態或半液態,並不斷攪拌,使生鐵中的碳份和雜質不斷氧化,從而得到鋼或熟鐵。河南鞏縣鐵生溝和南陽瓦房莊漢代冶鐵遺址,都提供了漢代應用炒鋼工藝的實物證據。

東漢時成書的《太平經》中也說:「有急乃後使工師擊治石,求其中鐵,燒冶之使成水,乃後使良工萬鍛之,乃成莫耶。」「莫耶」乃古代寶劍之稱。

這段文字雖失之疏簡,但不難看出,它敘述的是由礦石冶煉得到生鐵,再由生鐵水經過炒煉,鍛打成器的工藝過程。炒鋼工藝操作簡便,原料易得,可以連續大規模生產,效率高,所得鋼材或熟鐵的質量高,對中國古代鋼鐵生產和社會發展都有重要的意義。類似的技術,在歐洲直至十八世紀中葉方由英國人發明。

中國古代的煉鋼技術主要是百煉鋼。自從西晉劉琨寫下「何意百煉鋼,化為繞指柔」這一膾炙人口的詩句後,「千錘百鍊」、「百鍊成鋼」便成為人們常用的成語。百煉鋼肇始於西漢早期的塊煉滲碳鋼,其後不斷增加鍛打次數而成定型的加工工藝。

到東漢、三國時,百煉鋼工藝已相當成熟。上引《太平經》中的「萬鍛之,乃成莫邪」,即是其生動的寫照。曹操曾令工師製作「百辟利器」,曹丕的《典論·劍銘》中說:

「選茲良金(指鐵),命彼國工,精而煉之,至於百辟」。劉備曾令「蒲元造刀五千口,皆連環,及刃口刻七十二湅」。《古今注·輿服》亦說:

「吳大帝有寶劍三,……一曰百煉,二曰青犢,三曰漏景」。後世這一工藝一直被繼承,並不斷得到發展。

此外,在2023年經中國學者關洪野等人對513件出土的漢魏時期鐵器研究後表明,中國早在兩千多年前的漢代就已經發明了球墨鑄鐵,遠遠早於發達的歐洲國家。目前,中國學者所做的結論已經得到了國際學術界的承認。

創始於魏晉南北朝時期的灌鋼技術,是中國冶金史上的一項獨創性發明。陶弘景說:「鋼鐵是雜煉生柔作刀鐮者」,北齊的綦母懷文「造宿鐵刀,其法燒生鐵精以重柔鋌,數宿則成剛」,說的就是灌鋼技術。

灌鋼的工藝過程大致為,將熔化的生鐵與熟鐵合煉,生鐵中的碳份會向熟鐵中擴散,並趨於均勻分布,且可去除部分雜質,而成優質鋼材。灌鋼技術在宋以後不斷被改進,減少了灌煉次數,以至一次煉成。沈括在《夢溪筆談》卷三說:

「世間鍛鐵所謂鋼鐵者,用柔鐵屈盤之,乃以生鐵陷其間,泥封煉之,鍛令相入,謂之『團鋼』,亦謂之『灌鋼』」,並說「二三煉則生鐵自熟,仍是柔鐵」,正反映了灌煉次數的減少。其中把柔鐵屈盤起來是為了增加生熟鐵的接觸面,提高灌鋼的效率,並促使碳份分布更均勻;封泥則可以促進造渣,去除雜質,並起保護作用。明代灌鋼技術又進一步發展,據《天工開物》卷十四記載,已把柔鐵屈盤改為薄熟鐵片,進一步增加了生熟鐵的接觸面,加速「生熟相和,煉成則鋼」的程序,泥封亦改為草泥混封。

灌鋼又稱「抹鋼」、「蘇鋼」,其工藝自清至近代仍很盛行。在坩堝煉鋼法發明之前,灌鋼法是一種最先進的煉鋼技術。

銅、鐵外,中國古代冶煉和使用的金屬還有金、銀、汞、鉛、錫、鋅等,其中鋅的煉製是中國首先發明的。中國在先秦的青銅中已把鋅作為伴生礦加入銅合金中,從漢代至元代更是有意識地把鋅的氧化物「爐甘石」加入化銅爐中,以生產鋅為主要合金元素的銅合金黃銅。明代時,則開始了大規模地用爐甘石作原料提煉金屬鋅。

從十六世紀起,中國的鋅便不斷傳進歐洲。歐洲到十七世紀才開始煉鋅,其工藝也是源自於中國。

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