古代冶炼技术是什么?
北齐忻州刺史吴怀文是炼钢专家。他是一个重视道教的人。他曾经锻造过一种“铁刀”,后世称之为“浇钢”。
“浇钢”又称“团钢”,是将生铁和熟铁(含碳量为0.05%-2.0%的铁称为钢)共同冶炼而成的一种含碳量高、组织均匀的优质钢。这种原始的浇钢冶炼方法,至少是在南北朝时期发明的。
《北方史艺传》记载,苏铁刀为舒怀文所制。他的方法是精选高品位铁矿石,冶炼优质生铁,然后将液态生铁倒入熟铁中,经过多次冶炼,成为钢。钢经过锤炼后,他用熟铁做刀背,钢做刀刃,用动物的尿和油脂淬火。用这种方法制作的铁刀,一次可以切下30多片叠在一起的甲片。引用陶弘景的话:“钢铁是剑和镰刀。”这两部史料都记载了钢的浇注方法,通过熔炼熔融生铁和熟铁,使碳含量扩散并趋于均匀,成为高含碳量的优质钢。液态生铁中的碳与熟铁中的氧化物发生反应,有利于去除杂质,净化组织,提高钢的质量。
双液淬火法
陶弘景的史料告诉我们,浇钢已经被广泛使用,不仅可以造剑,还可以造镰刀。浇钢技术的萌芽可以追溯到东汉时期。王灿的《明道》有一句“灌,灌”,其中“灌”指折,“灌”指浇,说明此时已有浇钢的尝试。浇钢法是中国继炸钢炼钢之后对世界的又一大贡献。
“五兽之溺浴,五兽之脂淬”,就是用兽尿、兽脂淬成钢。牲畜尿中含有盐,用作淬火冷却介质,不仅冷却速度快,而且淬火后的钢比用水淬火的钢还要硬。用动物脂肪淬火比水慢,淬硬的钢比水淬硬。可见南北朝时期炼钢淬火技术有了很大的进步。《北唐书钞》(卷123)引用《濮院别传》记载,濮院在顾颉(今陕西眉县)为诸葛亮制作刀具。因为“汉水清淡,不可淬”,他派人到成都取河水,取来的水掺了八升涪城水,被濮院发现。虽然这个传说有些夸张,但说明当时人们已经充分重视水质对淬火钢的影响。《晋太康地理》也说:“汝南西平有长泉水,能淬剑锋,甚强。”这是当时人们关注水质对淬火影响的又一例证,正是在这些积累的经验中,才发展出了双液淬火法。
爆破技术
为了提高炉温,缩短冶炼时间,中国古代劳动人民很早就采用了向冶炼炉内吹入空气的技术。最早的吹制工具叫“木”,就是用皮革制成的皮。用风扇吹,就是通过拉、压的反复动作,使其逐一开合,将风吹入炉内。战国时期发展为多排砖向炉内吹气,称为“排砖”,或简称“排砖”。利用排气鼓风可以增加进气量,加强燃烧火力,比单一鼓风先进得多,但需要大量人力。靠人力吹的叫“人排”。然后是以畜力为吹力的“马筏”,所需畜力也相当可观。人力和畜力的大量消耗是冶铁业进一步发展的严重障碍。
西汉中期以后,冶铁业出现了一批大型冶炼炉,需要提供相当大的风量和风压,这就要求人们对现有的鼓风装置进行改进。东汉南阳(今河南南阳)知府杜氏设计制造了一套以水力为动力的冶铁鼓风机——水排。
三国时期的汉纪在东汉杜甫诗歌的基础上,进一步将水排延伸到魏国的官冶作坊,用水排代替过去的马排、人排,历时四季。排水不仅节省了人力和畜力,而且提高了工作效率,促进了冶铁业的发展。此时已经明确记载,韩济的疾风水排节省人力和畜力,效率比马排高三倍。排水在中国使用了很长时间,直到20世纪70年代仍在一些地方使用。