汉代钢铁冶铸技能及其西传

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  我国,是国际上最早开端冶铸钢铁的国家之一。从考古材料看,商代伊始,我国先民们现已懂得运用天然陨铁铸造铁器。至迟到春秋中晚期,我国古代工匠已开端冶铸钢铁。这是我国钢铁冶铸业的开创时期。到了汉代,西汉文帝时实施放任方针,钢铁冶铸业得到迅速开展。因为钢铁用具比其他质料(如石、木、铜等)的用具具有更显着的优越性,社会的需求量因之大增。钢铁冶铸业也就成为一门能够牟取暴利的工作。冶铸之家无不暴富,财或累致万金。汉武帝时,因为对匈奴征战,边防费用缺乏,乃推行盐铁官营方针。国家投入许多本钱,会集各地能工巧匠,从事钢铁冶铸。为了加强对冶铸业的办理,汉朝在中心设大农丞或盐铁丞,在全国各产铁地置铁官或小铁官。据《通考》所考,西汉置铁官五十,其所在地,以今天地舆按之,广泛陕西、四川、河南、山西、河北、山东、安徽、江苏,乃至甘肃、辽宁等边远区域。每一铁官统辖一个到几个大作业点,每个作业点,设置督员,谓之“吏”;吏下有工头,谓之“卒”;卒下是工人,谓之“徒”。办理安排非常紧密。因为政府的注重,因为各地先进经验、技能的沟通、推行,汉代的钢铁冶铸业获得了光辉的成果。

  与前期比较,汉代钢铁冶铸业具有显着的特色:一、钢铁冶铸业散布面广。在黄河两岸、长江南北、长城表里;在东北、新疆、四川、云南、两广等沿边区域,都发现有汉代的钢铁冶铸遗址。其间西汉有六十多处,东汉有一百多处。二、钢铁冶铸作坊规模宏大。汉武帝曾经,一些官营冶铸作坊就“一岁功十万人以上”(《汉书·贡禹传》);私营冶铸作坊也常常“一家聚众或至千人”(《盐铁论·复古篇》)。河南南阳瓦房庄遗址,原是汉代重要的铁官所在地,其出产作业区的面积达十二万平方米,共有大炼炉十七座。三、产品品种完全,运用广泛。武帝今后,钢铁用具替代了青铜用具。辽宁辽阳三道壕所开掘的西汉八座居民房址中,每一户都有铁制耕具,包含犁铧、耧、钁、锸、耙、镰等,从耕播到收成的全套东西简直都已完备。此外,钢铁质材的生活用品如灯、釜(锅)、炉、剪、刀等;兵器如剑、戟、矛、盾、刀、钺、箭镞等,在南北各地汉代遗址中均有出土。四、钢铁冶铸技能高明,在国际冶金技能史上占有重要位置。

  汉代,我国钢铁工匠在总结前代实践经验的基础上,对曩昔已创造的一些出产技能作了改善,并且有多项技能新创造,使我国古代钢铁冶铸业达到了一个新的开展高度,不只对我国封建社会的农业、手工业、水利、交通以及人们的物质生活有着重要影响,并且在中外钢铁冶铸史上具有划时代的含义。这时期,令人瞩目的钢铁冶铸新技能,主要有:

  钢与铁,都是纯铁与碳的合金。冶金学上,一般把含碳量小于0.5%的合金称为熟铁,含碳量在0.5%—2%之间的称为钢,含碳量大于2%的称为生铁。生铁又称铸铁。它是在摄氏一千一百五十度到一千三百度的温度下锻炼而得,出炉时呈液态,能够浇铸成型,其质地脆硬,夹物较少。生铁经高温退火后,可得到一种高强度展性铸铁(称可锻铸铁)。西方在1722年今后才懂得这项技能,而我国在两千多年前的东周时期已把握这项技能。可锻铸铁中,有一种功能优秀,乃至能够替代铸钢的球墨铸铁。现代锻炼球墨铸铁技能是在1948年左右创造的。可是,令人惊诧的是,我国考古工作者在河南铁生沟汉代冶铁遗址中出土的铁镬,以及在河南渑池出土的汉魏时期的铁斧,经北京钢铁学院金属材料系中心化验室化验,证明其间有非常杰出的球状石墨,有显着的石墨中心和放射性结构,与现代球墨铸铁国家标准一类A级石墨适当(《河南汉代冶铁技能初探》,《考古学报》1978年第1期)。可见我国早在汉代现已在制造球墨铸铁了。惋惜的是,这项技能却不见于任何古文献记载,因而其主要内容咱们尚不太清楚;可是,汉代球墨铸铁的出产这一现实,却是国际冶金史上一大奇观,是我国古代钢铁冶铸史上一项严重创造。

  钢究竟比铁具有更多的优越性。因而,古代工匠总在想方设法把铁制造成钢。开端的时分,工匠们在摄氏八百至一千度较低温度下,用木炭恢复铁矿石,得到一种含夹物较多,呈海绵状的块炼铁。因为块炼铁含碳量很低,适当软,只能锻,不能铸,因而不是抱负的造器材料。铁匠们以块炼铁为质料,对它重复加热,折叠锻打,挤出杂物,并在与炭火触摸中使之增碳变硬,就成了块炼渗碳钢(简称块炼钢)。这是最原始的钢。这种钢在制造过程中,需求重复加热锻打,故又称“百炼钢”。这种制钢法,劳作量大,功率低。西汉中后期今后,铁匠们创造了“炒钢”技能。行将生铁加热到摄氏一千二百度时,撒入矿石粉,并不断拌和,使生铁的含碳量下降(碳氧化)而成钢。这是一种制钢简洁便利的工艺。炒钢技能的呈现,标志着炼钢技能开展到一个新阶段。它能够使社会得到许多廉价的熟铁和钢,关于出产东西的改善,起着重要作用。河南南阳东郊出土的一把铁刀,刀身有一道平行于刃部的锻接痕迹,刃部便是用高质量的炒钢锻接而成的。欧洲是在十八世纪中叶才开端运用炒钢技能,比我国落后了一千八百年。炒钢再经锻打,钢的成分就会更均匀,安排更密致,强度更高。这种以炒钢为质料的“百炼钢”,比前述“百炼钢”工序简化,劳作量削减,产品质量更好。1974年在山东苍山出土的东汉永初六年(112)环首错金铭文“卅湅(炼)大刀”,1978年江苏徐州铜山县驼龙山汉墓出土一把五十炼钢剑,便是用炒钢作质料制造的百炼钢件。这是高级阶段的百炼钢。

  可是,炒钢时,假如火候把握欠好,炒过了火,钢的含碳量就会偏低,炒钢便炒成了熟铁。后来,工匠们发现,参加生铁,即可补偿这一缺点。这就导致一种新的炼钢技能——灌钢法的发生。从现代冶金原理剖析,这种技能,便是运用生铁含碳量高,熟铁含碳量低的特色,将熔化的生铁液灌入熟铁液中去,使成碳含量符合要求的钢。

  所谓叠铸,便是将多层铸范叠合起来,安装成套,一次就能铸造几个、十几个乃至上百个铸件。叠铸技能早在战国时期现已创造。到汉代,叠铸技能较曩昔有了很大前进,由本来多孔改为单孔。这样,冶铸功率更高,质量更好,材料更省,本钱更低。河南温县开掘的一座汉代烘范窑,在约九平方米的长方形窑里,发现五百多套叠铸范。这些范,大部分仍保存无缺。范的总浇口只要八至十毫米;范与范之间的分浇口则只要一至三毫米;范的结构非常谨慎,范腔概括明晰,每层之间合拢紧密,确保了产品的规格化,连仅三毫米的薄壁铸件也能铸造。可见汉代叠铸工艺现已适当详尽适当精巧了。

  追溯国际冶金史,在西方,如地中海东岸及两河流域上游一些区域,开端冶铁的时间比我国早,但我国古代的钢铁冶铸技能,却长时间处于抢先的位置,这是什么原因呢?英国科学技能史家李约瑟在他的《我国科学技能史》第一册“泛论”中说,“我国文化的某些成果,例如铸铁技能较早,很或许是因为所得到的铁矿的性质,使它能在比别处的矿石为低的熔点下熔化”。这一结论不免片面。咱们以为,我国古代的钢铁冶铸技能,之所以抢先于国际,有几个方面的原因:首要,我国商周时期青铜冶铸业高度兴旺,形成了一整套冶铸工艺传统,使我国前期的钢铁冶铸业有多方面的技能学习;其次,我国在国际上最早选用高炉锻炼钢铁,产值大幅度前进。在河南、江苏、北京及新疆等地,均发现有汉代的冶铁高炉遗址。其间结构最先进的一座是河南郑州古荥镇一号高炉。恢复后的炉高4.5米,容积约为44立方米,日产值约为0.5—1吨。再次,高温技能的把握,包含鼓风设备的改进,燃料的更新。钢铁锻炼,温度是一个关键因素。《汉书·五行志》载成帝河平二年(公元前28年)正月,“沛郡铁官铸铁,铁不下,隆隆如雷声,又如鼓音,工十三人惊走。音止,还视地,地陷数尺,炉分为十,一炉中销铁散如流星”。这便是温度不行导致的一次失利的冶铸。我国在战国时期已选用人力压动皮郛鼓风,但风量有限。跟着炼炉的加高扩展,对鼓风量的要求更高。西汉,代之以牛力、马力,呈现牛排、马排;东汉,工匠们更创造了运用水力激动木轮,然后带动成排皮郛鼓风的水排,将天然力引进冶铸出产。这一技能,我国比欧洲早了一千二三百年!河南巩县铁生沟遗址,发现有许多煤和羼杂了泥土、草茎制成的煤饼,估量是作为冶铸燃料运用的。我国煤的资源丰富,取用非常便利。鼓风技能的先进及煤的运用,大大前进了炼炉温度,为大规模开展钢铁冶铸工作,创造了必备的条件。第四,设备完全,分工详尽。从河南巩县铁生沟遗址看,其时冶铸有一套完好的出产设备,有藏铁坑、配料池、铸铁坑、淬火坑等,仅其冶铸炉就有炼炉、排炉、反射炉和锻炉(炒钢炉)等20余座;并且有了选矿、配料、入炉、熔铁、出铁、铸造锻打等工序之分。这就使得技能的精雕细镂有了或许。

  综上所述,可知汉代是我国古代的钢铁冶铸技能开展史上的一个重要时期。公元一世纪时,罗马博物学家普林尼在其名著《天然史》中说,就国际范围而言,“尽管铁的品种许多,但没有一种能与我国(汉朝)来的钢相媲美”。日本学者汤浅光朝《科学文化史年表》赞曰,“古代的我国人是巨大的创造者”。这些都是笃实之言。汉代钢铁冶铸业获得光辉的成果,不只促进了汉代农业、手工业等范畴的开展,对一致的多民族国家的强大和稳固,起着重要作用,并且,好像我国古代的四大创造及其他创造相同,对国际的文明与人类社会的前进,都起着重要作用。 汉代,我国先进的钢铁冶铸技能,连同我国的钢铁产品,以中原为中心,向四周分散传达。考古材料标明,西汉时期冶铁业没有兴旺的江南区域,如南京、杭州、绍兴和江西的南昌等地,在东汉的墓葬中,都发现了不少铁器。西汉吕后时,因“禁南越关市铁器”(《史记·南越列传》),引起南越王赵佗的举兵抵挡。东北区域,以畜牧业为主的乌桓人,也学会了以钢铁铸造兵器。在汉代乌桓人墓葬中,出土有铜柄铁剑、汉式环首小铁刀、小铁锥等器物。

  汉代的钢铁产品、技能,还经过各种途径流传到国外。例如,司马迁《史记》卷123,叙说大宛以西直到安眠区域前史时说,“其地皆无丝漆,不知铸钱器”(按,“钱”为“铁”之误。《汉书》述及同一内容时即改“钱”为“铁”)。公元前36年,西域副校尉陈汤在西域也看见胡兵兵器不如汉兵,“矢刃朴钝,弓弩晦气”。后来,汉朝的使者和流亡战士,将汉代钢铁冶铸技能传授给大宛、康居和安眠的铁工。陈汤在西域看到的便是另一番现象,当地人已“颇得汉巧”,把握并运用汉代先进的钢铁冶铸技能进行出产了。苏联学者罗布卓夫的《“铸”一词的来历》(载《铸造》杂志1957年第8期)一文,从语言学视点调查了汉代钢铁冶铸技能对西方的影响,指出,现在乌兹别克境内的费尔干纳人从我国人那里学会了铸铁技能,后来再传到俄国;安眠王朝也从我国输入钢铁兵器,木鹿是我国钢铁兵器的集散地,故罗马史学家普鲁塔克将安眠马队所运用的以我国钢铁铸造、以尖锐著称的兵器称为“木鹿兵器”;我国钢铁还经过安眠传入罗马。

  此外,印度梵文中的钢,有一词作“Cinaja”,意为“秦地生”,秦指我国,显现了我国钢铁对印度的影响。1961年,日本奈良县古墓中出土一把钢刀,铭文注明造于东汉中平年间(184一189)。崔连仲主编的《国际史》,以为东汉今后,我国钢铁冶铸技能传入日本,大致道路是,经朝鲜半岛南部和对马岛,传入神州;再以神州为中心,从西向东传到日本大部分区域。

  英国科学史家贝尔纳说,我国“许多世纪以来,一直是人类文明和科学的巨大中心之一”(《前史上的科学·为中文译著写的序》,科学出版社1981年重印)。现实也是如此。

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