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在古代世界,冶铁技术的发展程度,往往直接反映并影响着一个国家的农业、手工业的发展,并进而制约其军事的强盛与否。
它是一个国家经济及科技发达程度的重要标志。
秦汉时期,中国的冶铁技术有了很大发展,在冶铸和生铁加工等方面都进入成熟阶段。
迄今为止,已发掘的两汉时期的冶铸铁遗址有20多处。
其中规模较大的有河南巩县铁生沟遗址,河南鹤壁、南阳瓦房庄、郑州古荥镇等处遗址。
从这些考古发掘材料看,中国两汉时期的冶铁业不仅颇具规模,而且炼铁技术已达到相当高的水平。
由于生产规模的扩大和生产技术的提高,这一时期,竖炉炼铁得到了进一步的发展。
具体表现在:第一,竖炉容积不断增大。
在河南鹤壁发现的13座汉代冶铁炉遗址中,最大的一座炉缸长轴为3.1米,短轴2.4米,横截面积5.8平方米。
在郑州古荥镇发现的一座高炉,复原后,高度也有5—6米。
第二,筑炉技术有了提高。
从考古资料可知,汉代炼铁竖炉中,有的炉缸已采用椭圆形状,并在与长轴垂直的方向加装鼓风口。
这样做,既扩大了炉缸面积,又不至于影响炉缸的温度。
这是高炉炼铁的一项重要改革。
美国直到1850年才建成这种高炉。
第三,为了克服炉渣中由于SiO2含量高、黏度大,给操作造成的困难,汉代已经懂得在炉料中加入石灰石作溶剂,这也是冶金史上的一大发明。
第四,为了改善炉内透气性能,汉代人已经懂得按比例配料及对矿石进行“整粒”
。
第五,汉代炼铁高炉的燃料主要是硬质木炭,但从一些铸铁成分的分析看,汉代有一些炼铁炉已用煤作燃料。
在巩县铁生沟和郑州古荥遗址均发现了煤饼。
第六,鼓风设备有了改善。
东汉人杜诗发明的“水排”
,不但节省了人力、畜力,而且也提高了鼓风量。
在欧洲,水力鼓风装置直到12世纪才发明出来。
汉代的生铁的品种也有了增加。
战国时期,生铁主要是白口铁,麻口铁较少,灰口铁更少。
秦汉时期,灰口铁有了明显的增加。
在河北满城出土的西汉中期铁锏、南阳瓦房庄出土的东汉铁釜浇口等,都属于灰口铁。
灰口铁的硬度虽不及白口铁,但由于灰口铁中含有片状石墨,因而具有良好的耐磨性和润滑性,宜于作轴承和犁铧等,故具有更好的应用前景。
与此同时,生铁的使用范围也有了扩展。
战国时期,生铁主要用于直接铸器。
到汉代,生铁有了两种新用途:一是作为炒钢原料;二是直接作脱碳退火,生产某种熟铁和低碳钢的半成品。
在郑州古荥镇、南阳瓦房庄、鲁山望城岗等冶铸遗址中,均发现有长方形、梯形小铁板,从外形看是铸铁件,但经检验都为熟铁或低碳钢,是脱碳退火所致。
这种半成品可以加工成各种不同的器物。
(二)炼钢技术
两汉时期,中国不仅冶铁技术已发展到了很高的水平,而且还发明了新的炼钢技术。
在古代世界,除了印度等少数地区之外,大部分地区早期制钢都是在固态下进行的,中国也是这样。
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