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第30章 冶铁技术革新灌钢法

灌钢法是中国早期炼钢技术一项最突出的成就。17世纪以前,世界各国一般都是采取熟铁低温冶炼的办法,钢铁不能熔化,铁和渣不易分离,碳不能迅速渗入。中国发明的灌钢法,成功解决这一难题,为世界冶炼技术的发展作出了划时代的贡献。

春秋以前,中国的冶炼技术处于比较原始的阶段,使用的冶炼方法称为“块炼法”。当时炼铁使用木炭作燃料,热量少,加上炉体小,鼓风设备差,因此炉温比较低,不能达到铁的熔炼温度,所以炼出的铁是海绵状的固体块,称为“块炼铁”。块炼铁冶炼比较费时,质地比较软,含杂质多,经过锻打成为可以使用的熟铁。后来,钢铁冶炼技术进一步发展到“块炼渗碳钢”。

在西汉中晚期,中国出现新的炼钢技术“炒钢”,这是在生铁冶铸技术的基础上发展起来的一种炼钢技术。炒钢的出现促进百炼钢技术的发展,人们以炒钢为原料,经过反复加热、折叠、锻打成质量很好的钢件。但是炒钢和百炼钢技术还存在一定缺陷,如炒钢工艺复杂,不容易掌握;百炼钢费工费时。

灌钢法的初始形式大约出现在东汉末,距今已有1700多年的历史。南北朝时,梁代的陶弘景曾说,用“杂炼生(生铁)、(熟铁)”而成的灌钢制作“刀镰”一类的农具,可见当时已经比较广泛地应用了灌钢技术。灌钢是一种含碳量较高的优质钢,南北朝时,北齐的冶金家綦毋怀文对这一炼钢工艺进行了重大改进和完善,使这种新的炼钢方法趋于稳定,操作更加方便、实用。

据《北史》和《北齐书》记载,綦毋怀文曾使用“灌钢法”冶炼钢刀及利用两种淬火介质进行淬火以制作刀具。这是古代关于灌钢技术最详细、最明确的较早记载。在此之前,虽然也有少量文献有关于灌钢的记载,但都非常简略,使后人难以了解其具体含义和方法。因此可以说,綦毋怀文虽然可能不是灌钢法的最早发明者,但却是目前所知灌钢法的最早实践者和革新者,为灌钢法的发展作了重要的贡献。

綦毋怀文对灌钢法进行了改进之后,在中国逐渐推广开来。灌钢法的出现,使钢的产量和品质大大提高,为隋唐以后生产力的大幅度增长提供了条件。南北朝时期,民间已用它制作刀、镰等。到了唐朝,灌钢技术得到进一步发展,特别是在今天的河北一带,许多冶炼家在使用綦毋怀文创造的冶炼工艺。到了宋代,人们又把生铁片嵌在盘绕的熟铁条中间,用泥把炼钢炉密封起来,进行烧炼,效果更好,灌钢流行全国,已经取代炒钢和百炼钢成为当时主要的炼钢方法。明朝时又有改进,人们把生铁片盖在捆紧的若干熟铁薄片上,使生铁液可以更好均匀地渗入熟铁之中。不用泥封而用涂泥的草鞋遮盖炉口,使生铁可从空气中得到氧气而更易熔化,从而提高冶炼的效率。明中期以后,灌钢法更进一步发展为苏钢法,以熟铁为料铁,置于炉中,而将生铁板放在炉口,当炉温升高到1300℃左右,生铁板开始熔化时,用火钳夹住生铁板左右移动,并不断翻动料铁,使料铁均匀地淋到生铁液。这样,既可产生很好的渗碳作用,又可产生剧烈的氧化作用,使铁和渣分离,生产出含渣少而成份均匀的钢材。这是灌钢的高级发展阶段。直到近现代,在安徽的芜湖、湖南的湘潭、四川的重庆、威远等地人们还在使用,可见其影响深远。

在17世纪以前,中国的炼钢技术长期居于世界领先地位,受到各国普遍赞扬。

延伸阅读

綦毋怀文

毋怀文,是中国南北朝时期著名冶金家。他生活在公元6世纪北朝的东魏、北齐间,他好道术,曾经作过北齐的信州(今四川省奉节县一带)刺史。据史书记载,毋怀文的炼钢方法是:“烧生铁精,以重柔,数宿则成钢”。就是说,选用品位比较高的铁矿石,冶炼出优质生铁,然后,把液态生铁浇注在熟铁上,经过几度熔炼,使铁渗碳成为钢。由于是让生铁和熟铁“宿”在一起,所以炼出的钢被成为“宿铁”。灌钢法是中国古代炼钢技术上一个了不起的成就。

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