在400多年的時間裡，漢代的冶鐵技術取得了令世界矚目的成就

前言

漢代是自秦以後我國曆史上又一個大一統時代，漢代的冶鐵技術在400多年的時間裡取得了令世界矚目的成就，冶煉裝置和冶鑄工藝方面都有重大進步。漢代對冶鐵高爐的改進，使爐體容積進一步增大的同時提升冶煉溫度，從而得到雜質更少的液態鐵，使生鐵產量和質量進一步提升，促進了鐵製品向普通家庭的普及。改進了退火爐，從而控制退火過程，得到效能多樣的鐵製品，鐵製品的應用範圍更廣。炒鋼技術的發展。炒鋼是一種二次處理技術，透過不斷攪動半固體狀的生鐵，使其中的碳充分地和空氣接觸，從而降低碳含量，得到不同含碳量的鐵製品，如果控制得好，還可以得到中碳鋼或低碳鋼，是工具材料效能的重大變革。

一、漢代冶鐵技術的進步

秦朝時社會得到了短暫的統一，經濟文化都得到了一定的喘息和發展。但是由於各種原因，僅存在了十幾年就被推翻，冶鐵技術來不及實現太大的發展。漢代的冶鐵技術基本承襲於戰國時代，在相對穩定的大一統環境下，經過勞動人民不斷地發展創造，逐步達到了一個相當高的水平，其進步主要體現在以下幾個方面。

1、冶煉裝置的改進

冶煉裝置的改進主要有兩個方面：一是高爐結構的改進，二是動力設施的改進。高爐結構的改進主要體現在高爐體徑的變化上以及爐型轉變方面。漢代建立了許多體徑較大的高爐，漢代鍊鐵爐內徑擴大到短軸2。9米、長軸4米，這樣的高爐可能在6個特大鐵官中各有一座，其他鐵官用的也是能日產0。3～0。6噸的中型高爐。考古發現漢代的鐵官共80餘爐，日產達到24～48噸液態鐵，產量巨大，為鑄鐵的發展提供了豐富的鐵水原料。河南魯山望城崗漢代遺址一號爐，年代屬於西漢中期或稍早，爐缸平面呈橢圓形，爐門無存，朝向應為向西，約為260度。有一個較大的爐缸，內徑為東西長軸約4米、南北短軸約2。8米。漢代的高爐爐型轉變發生在東漢時期，在戰國時期高爐的爐膛就已經設計成橢圓形了，這種造型可以更容易把氧氣送達爐缸的中心位置，促進炭的充分燃燒。在河南省西平縣酒店冶鐵遺址發現的戰國中晚期的冶鐵爐就是橢圓形的。該爐型到了西漢中期仍在使用，但是到了東漢時期，大型的橢圓爐就開始消失了。這種改變是有過程的，就目前的考古材料來說，先是出現橢圓、圓和方形等多種爐型並存，再到徹底轉變成體徑只有1～2米的小圓爐，這一轉變可以在魯山望城崗遺址中看到。

關於這種轉變的看法是：大的橢圓爐冶煉時需要更強有力的鼓風，但是當時的鼓風條件明顯跟不上，反倒是小型高爐的生產效率更高。動力設施對冶鐵來說至關重要，漢代冶煉裝置進步的另一個體現就是動力改進，也就是鼓風技術的改進。由於鼓風工具難以儲存下來，目前的考古研究並不明朗，文獻中記載較多。《史記·貨殖列傳》記載：“宛孔氏之先，梁人也，用冶鐵為業……故南陽行賈盡法孔氏之雍容。”這段話的大致意思是說在戰國時期有一個善於冶鐵的家族孔氏一族，這個家族遷徙到南陽之後，採用先進的鑄鐵技術—大鼓鑄技術，提高了冶鐵效率，在當地名望漸盛，積累了大量的財富。所謂大鼓鑄，應該就是指當時較為先進的鼓風方法。漢武帝時，任用孔僅為大農丞掌管經濟。孔僅在職期間將這種鼓風方法向全國推廣，推動了漢代冶鐵業的整體發展，為西漢前期經濟的恢復和封建政權的鞏固做出了不可磨滅的貢獻。大鼓鑄的具體過程如何呢？目前的考古研究發現漢代鼓風用的工具是連線著一個鼓風陶管的鼓風皮囊。鼓風皮囊，又稱“橐（tuó）”“冶橐”或“爐橐”。

山東滕縣宏道院畫像石刻畫有利用鼓風皮囊冶鐵的過程。橐的內部裝有撐環，兩端裝有擋板，用風管與爐連線。西漢時期的豎爐通常裝有四個通風口，每個通風口又可安裝四個皮囊鼓風，可以在爐膛內部實現全方位的送氧，把爐溫提高到1200攝氏度。在這幅畫像石上，除有一名工匠在囊前壓囊鼓風外，還有一名工匠臥在囊下以將囊推回原位，操作起來是十分費力。該畫像石雖然至今仍是漢代及以前冶鐵鼓風機的孤證，但是製作冶鐵鼓風機的技術含量不高，應該能實現全國推廣，鼓風機鼓風有很大的可能是當時普遍使用的方式。另外，河南鞏義鐵生溝⑪、鄭州古滎鎮⑫、南陽瓦房莊⑬、鶴壁鹿樓村等遺址都發現有陶鼓風管，這些鼓風管的使用方式應該就是裝在這種皮囊上伸入煉爐的鼓風口進行鼓風的。大鼓鑄技術雖然被廣泛使用，但是其效率對於當時的社會發展需要來說仍顯不足，於是到了東漢時期，人們便開始探究新的鼓風方式。為了改變人力鼓風這一落後的動力工藝，東漢時期南陽的太守杜詩發明了一種以水流為動力鼓風的裝置來代替人力鼓風，在史籍中記載了這段故事：“造作水排，鑄為農器，用力少，見功多，百姓便之。”⑭水力鼓風技術一經發明就被廣泛投入使用。雖然水力鼓風大行其道，但是受環境限制多，不夠靈活。因而以人力、馬力為動力的傳統的大鼓鑄工藝雖不復當年之盛，卻也沒有因為新技術的出現而消失。

2。工藝的改進和新工藝的出現

到了西漢時期，在前代工藝的基礎上進一步發展了退火技術，並自主發明出炒鋼和百鍊鋼兩種在當時世界處於發展前沿的冶煉工藝。戰國時期就已經創造了退火脫碳技術。白口鐵的硬度高但是韌性較差，退火脫碳技術可以使白口鐵變為效能足以與鋼效能相提並論的可鍛鑄鐵。然而受時代發展限制，以當時的技術僅能退出黑心或白心鑄鐵。到了漢代，這一技術得到了進一步發展，漢代工匠改用陶窯退火爐，這樣一來就可以退出多種韌性的鑄鐵，從而滿足多種用途。考古發掘的眾多西漢鐵器中，出現了徹底柔化處理的以鐵素體基體的黑心可鍛鑄鐵，這一技術歐洲直到18世紀才出現。除此之外，還發現了金屬組織相當好的高碳鋼、中碳鋼、鍛鐵兵器等。⑮河南省鞏義市鐵生溝遺址曾經出土的一件漢代鐵，經過科技分析發現其組織中出現了良好的球狀石墨，能明顯觀察出其石墨核心和放射性結構，這件鐵器的球墨形態幾乎與現行球墨鑄鐵國家標準一類A級石墨相當。球墨鑄鐵的製作是在普通鑄鐵中加入一定量的球化劑，從而在鑄鐵組織中形成球磨形態。與絮狀石墨相比，球狀石墨的形狀更加平滑，不會造成組織的割裂，因而球狀組織比團絮狀的更好，球墨鑄鐵的效能堪比鋼材。

除了高超的退火技術，漢代還自主發明了炒鋼工藝，該工藝極大地促進了漢代鍛造業的發展。炒鋼工藝採用的原料是生鐵，首先將冶煉得到的生鐵透過持續加熱融化成液態或者半液態，然後透過加大鼓風或加入精礦粉的方法，使生鐵中的碳不斷和空氣接觸，在加熱的條件下不斷氧化變成氣態溢位，這樣一來就能降低碳的含量，從而得到含碳量低的熟鐵或鋼材。炒鋼的產品多是低碳鋼和熟鐵，加工過後還需要繼續鍛打才能成鋼；不過如果控制得好，也可以得到中碳鋼和高碳鋼。炒鋼技術雖然在當時引領世界科技，有很好的實用效果，但是對工匠的技術水平要求比較高，難以形成規模化、標準化生產，在當時很難推廣開。考古發掘發現，徐州獅子山一座西漢時期的楚王陵墓，墓中完好地儲存著一處武庫。庫中堆滿各種各樣的實戰用鐵質武器，雖然歷經了2000多年的光景，但是這些武器依然鋒利無比。曾有人做過實驗，用其中一件儲存狀態較好的武器輕輕一劃就可以輕易破壞十層左右的紙。北京科技大學冶金與材料史研究所對該庫房的鐵器的檢測結果表明：當時的鋼鐵技術正處於發展時期，淬火工藝、冷鍛技術、炒鋼製作均已使用。楚王陵的年代下限為公元前154年，這表明我國在西漢早期（公元前2世紀中葉）已發明並使用了炒鋼技術。這說明迄今世界上年代最早的炒鋼冶金技術，我國在西漢早期就已發明和廣泛應用了。

另外河南鞏義鐵生溝、南陽瓦房莊等處都發現過漢代炒鋼爐遺址，說明炒鋼技術在漢代發展很快。鞏義遺址斷代是西漢中期到新莽，瓦房莊遺址使用時間比較長，由西漢中期到東漢晚期。另外，鐵生溝還出土了一些炒煉產品，含碳量有明顯的高低差異。除了考古發現，文獻上對漢代的炒鋼工藝也有很多記載

，

但是時間上要落後於考古研究所斷定的時間。所謂的

“萬鍛”應指對生鐵經過脫碳後進行反覆鍛打，古人用“萬”這種誇張的描述表明鍛打的次數之多、工藝之複雜、難度之大。漢代還發明瞭另一項鐵器處理技術，即百鍊鋼，它是在炒鋼技術的基礎上發展而來的。所謂百鍊鋼就是將炒鋼反覆鍛鍊，使之成為精鋼，這種技術也是當時世界鍊鋼的最好技術。然而這項技術雖然先進，效果顯著，但是操作起來卻十分不易。百鍊鋼的難點是含碳量不好控制，因而需要技術熟練、經驗豐富的工匠才能完成，生產效率也比較低，所以並沒有大規模推廣開來，一般都是用於製造名貴的兵器。百鍊鋼在文獻中記載較多，如王充在《論衡》中說“豈利劍之鍛與煉乃異質哉？工良師巧，煉一數至也”，就指出優質的寶劍需要幾十次起到上百次的捶打。另外《太平御覽》中也有一篇《白闢刀令》，是我國古代著名軍事家曹操作的一篇散文，文中講東漢末年曹操下令工匠為他鍛鍊5把寶刀，足足鍛打了3年，歷經100次鍛鍊才成功，於是稱為“百辟刀”。

結語

漢代冶鐵業的發展，來自上千年的技術積累，也源於穩定的社會狀態。漢代初期，統治者採取與民休息的政策，鼓勵生產，重視經濟發展，如孔僅等冶鑄專家入朝為官，推廣先進的冶鐵技術。漢武帝時還收歸了鹽鐵專營權。漢代冶鐵技術的進步對於漢代社會的發展有非常重要的作用，鐵質農具、工具數量倍增，生產力進一步提升，另外武器數量和質量大幅度增加，這些都促進了漢帝國的形成，也說明先進的工具對社會發展的重要性。