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灌钢法历史

2022/07/16204 作者:佚名
导读:南北朝时期,已经出现了技术更为先进的灌钢法,用此法制作的兵器坚韧锋利。早在汉代,人们就开始用煤做燃料,并用来冶铁。北宋时期,用煤冶铁已相当普遍。冶铁炉的温度因此得到提高,于是加速了冶炼进程,提高了冶铁业的生产效率。 后来,灌钢法又不断发展。宋代又把生铁片嵌在盘绕的熟铁条中间,用泥巴把炼钢炉密封起来,进行烧炼,效果更好。明代又有改进,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

谢平 南北朝时期,已经出现了技术更为先进的灌钢法,用此法制作的兵器坚韧锋利。早在汉代,人们就开始用煤做燃料,并用来冶铁。北宋时期,用煤冶铁已相当普遍。冶铁炉的温度因此得到提高,于是加速了冶炼进程,提高了冶铁业的生产效率。

后来,灌钢法又不断发展。宋代又把生铁片嵌在盘绕的熟铁条中间,用泥巴把炼钢炉密封起来,进行烧炼,效果更好。明代又有改进,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,既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。直到现今,在芜湖、湘潭、重庆、威远等地人们还在使用;可见其影响的深远。在17世纪以前,中国的炼钢(不是冶铸)技术长期居于世界领先地位,受到各国地普遍赞扬。公元1世纪时,罗马博物学家在其名著《自然史》中说:“虽然铁的种类很多,但没有一种能和中国来的钢相媲美。”

块炼法

中国古代冶炼技术在春秋以前,处于比较原始的阶段,当时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。

钢铁冶炼技术后来进一步发展到“块炼钢”。人们在锻打块炼铁和熟铁的过程中,需要不断地反复加热,铁吸收木炭中的碳份,提高了含碳量,减少夹杂物后成为钢。这种钢组织紧密、碳分均匀,适用于制作兵器和刀具。出土文物表明,中国最迟在战国晚期已经掌握这种最初期的炼钢技术。

后进一步发展到“百炼钢”技术。人们在打制器物的时候,有意识地增加折叠、锻打次数,一块钢往往需要烧烧打打、打打烧烧,重复很多次,甚至上百次,所以称之为百炼钢。百炼钢碳分比较多,组织更加细密,成份更加均匀,所以钢的品质提高,主要用于制作宝刀、宝剑。

生铁冶铸技术

至春秋中后期,我国的炼铁技术已经达到较高的水平。在熟练地掌握了块炼法炼铁后,我国又在世界上最早发明了生铁冶铸技术。

据《左传·昭公二十九年》记载,公元前513年,晋国铸造了一个铁质刑鼎,把范宣子所制定的《刑书》铸在上面。铸刑鼎的铁是作为军赋向民间征收来的,这说明最迟春秋末期出现了民间炼铁作坊,而且已较好地掌握了生铁的冶铸技术。

在生铁冶炼过程中,炉温较高,被还原生成的固态铁会吸收碳、硫和磷,这种吸收随着温度的升高,速度就会加快;另一方面,铁吸收碳后,熔点随之降低,当含碳量达到2.0%时,熔点降至1380度,当含碳量达到4.3%时,熔点最低,仅1146度。

所以,当炉温至1200度时,就完全能使铁充分熔化,从而得到了液态的生铁,并可以很方便地直接用于浇铸成器。

生铁冶炼技术的出现,改变了块炼铁的冶炼与加工都较费工费时的状况,炼炉可连续使用,提高了生产率,降低了成本,使得大量提炼铁矿石和铸造出器形比较复杂的铁器成为可能。这就为我国古代炼铁技术的发展开拓了自己独特的道路。

“炒钢法”

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。其基本方法是将生铁加热成半液体和液体状,然后加入铁矿粉,同时不断搅拌,利用铁矿粉和空气中的氧去掉生铁中的一部分碳,使生铁中的碳含量降低,去渣,直接获得钢,这就是炒钢技术。

这项技术的发明是炼钢技术的重大突破,使冶炼业能向社会提供大量廉价、优质的熟铁或钢,满足生产和战争的需要。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

綦毋怀文发展的灌钢法大约在东汉末可能出现炼钢新工艺“灌钢法”的初始形式。南北朝时,綦毋怀文对这一炼钢工艺进行了重大改进和完善。南朝齐、梁时的陶弘景首先记载了灌钢法,北朝魏、齐间的綦毋怀文曾用这种方法制成十分锋利的“宿铁刀”。

灌钢法綦毋怀文

綦毋怀文,姓綦毋,名怀文,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,具体生卒年代历史上缺乏记载,只知道他好“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,綦毋怀文的炼钢方法是:“烧生铁精,以重柔铤,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,所以炼出的钢被称为“宿铁”。

灌钢法灌钢法优点

灌钢法是中国古代炼钢技术上一个了不起的成就。同百炼法或炒炼法比较,其优点:

(1)生铁作为一种渗碳剂,因熔化后温度高,加速向熟铁中渗碳的速度,缩短冶炼时间,提高生产率。

(2)熟铁因为碳的渗入而成为钢,生铁由于脱碳也可以变成钢,增加了钢的产量。

(3)在高温下,液态生铁中的碳、硅、锰等与熟铁中的氧化物夹杂发生反应,去除杂质,纯化金属组织,提高金属品质。

(4)灌钢法操作简便,容易掌握。要想得到不同含碳量的钢,只要把生铁和熟铁按一定比例配合好,加以熔炼,就可获得。

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