冶金冶炼

在制陶过程中所发展起来的高温技术，为金属的冶炼、提纯和熔铸创造了条件。冶金技术的出现，成为人类继烧陶之后运用化学手段来改造自然、创造财富的又一辉煌成就。

冶金技术的推广和发展直接导致了工具的变革，无疑这将对生产力的发展、社会生活面貌的改变产生革命性的作用。

冶金技术的发明把人类生活从野蛮时代推向了文明的殿堂；而人们对金属有所认识也是从这里开始的，在选矿和冶炼金属的实践中，有关金属的知识逐渐积累起来了。

冷锤和热铸冶金技术

冶金作为一门古老的技术，在国内外都已有几千年的历史。人类由使用石器、陶器进入到使用金属，这是人类文明的一次飞跃。我国古代冶金技术的发展要比欧洲国家早，尤其是在掌握铸铁及热处理技术方面。我国冶金技术起源于新石器早期。

当时人们在采集石料过程中发现了天然红铜，并对其进行冷锤成型和热铸，由此拉开了冶金历史的序幕。

随着冶炼技术的发展和提高，又从共生矿中提炼出铅、锡等金属，体现了技术进步和生产发展，这是促进社会文明进步的典型范例。

有一次，在新石器早期，华夏部落里有个人无意中将红铜器物落入火炭之中，发现在加热中，红铜变软，甚至熔化改形。于是，他把另一块红铜放在陶质器皿中加热熔化，又用石范将熔化的红铜铸成自己想要的一个模型。

他把这一做法告诉了其他同伴，人们也用这个方法铸造自己喜欢的小饰物，还有生活用品等。就这样，我国冶金历史从加工利用和冶炼铜及铜合金开始了。

人们在采集石料中，偶尔发现了与一般岩石不同的天然红铜。它们混杂在铜矿石之中，在阳光的照耀下，闪着美丽的金属光泽。

在古人的眼里，这些天然红铜是一种奇特的、便于锤打改形的、闪烁着光泽的“石头”。

由于它们质地柔软，古人就用质地坚硬的岩石对其进行锤打，加工成简单的装饰品等小器物。这是古人加工的第一种金属。

从冷锤成型到热铸，对人们认识有关金属物质是一个飞跃，有着深远的意义。热铸技术较少受到原料的多寡、形状的限制，所以得到了推广和发展。考古发掘的出土文物就是佐证。

在甘肃武威皇娘娘台的齐家文化遗址中曾出土了一批铜器，近30件，包括刀、锥、凿、环等，经分析其含铜量达99％以上。其中不含炼渣等杂物，多数是锻打成型，个别的是熔铸的。它们是天然红铜的制品。

一般来说，天然红铜的纯度是相当高的，大多只含微量的锡、铅、锑、镍等金属杂质。而用原始技术所冶炼出的纯铜，往往不仅含有较多的与铜矿石共生的金属元素，如铅、锡、锌、铁等。而且由于冶炼温度不够高，铜与炼渣未能很好地分离，以至于又会夹杂有硅、钙、镁、铝等的氧化物。

通过对甘肃省广河、永靖、玉门的齐家文化遗址，还有火烧沟文化遗址、山西省夏县东下冯文化遗址、内蒙古自治区赤峰市的夏家店文化遗址等新石器时期文化遗址出土的铜器的分析，发现了一些天然红铜的制品。

这表明，在新石器时期早、中期，我国的部分地区的确存在一个铜石并用的时代。

随着制陶技术与高温技术的发展，热铸红铜的推广导致冶金技术的发明。从锻打金属发展到熔铸金属，再发展到开采矿石、冶炼金属，其间经历了漫长的岁月。

自然铜往往是夹杂在铜矿石之中的，在选拣自然铜中必定会连带那些含铜量较高的铜矿石一起采得。再者，自然铜生锈变绿，与自然界某些矿石，如孔雀石、蓝铜矿等很相似。

这些相似或相近的矿石很可能被同时放入陶制器皿中被熔铸。铜的熔点约为1083度，而孔雀石等氧化铜一类矿石只要在800度左右即可被炭火还原。

因为铜矿石比自然铜的熔炼更容易，所以在熔铸自然红铜的过程中，人们进而掌握了铜矿石的选择和冶炼，使远古时期的冶炼技术又上了一个新台阶。

由于金属矿的共生，人们采用铜矿石冶炼出来的铜相当部分不是很纯的红铜，而是铜合金。而当时的人们不可能区分单一矿和共生矿，也没有合金的知识，只能注意到用不同的孔雀石炼出的铜在颜色上有些差异。

在这种情况下，人们在冶铜之初，就不自觉地冶炼出了铜合金。

再者，铜矿石中正是由于含有与铜共生的铅、锡、锌、铁等成分，从而降低了冶炼的熔点，冶炼出来的铜合金则比红铜硬多了，较适合制作某些工具。就这样，伴随着冶铜技术的发展，铜合金逐渐被人们认识了。

从出土文物来看，我国最早一批原始冶炼的铜制品是属于新石器时期中期的制品。

如在陕西省临潼姜寨仰韶文化遗址中出土的一些铜片，据分析它是含少量铅锡的铜锌合金，含锌为20％至26％。它被压在仰韶文化层之下，最迟也应是仰韶文化前期的制品，距今当有6000年之久。

在甘肃省东乡林家马家窑文化遗址出土了用单范铸成的铜片，在甘肃省永登连城蒋家坪马厂文化遗址出土了残铜刀。前者距今约5000年，后者距今也至少有4000年，它们都是青铜制品。

此外，在甘肃省火烧沟文化遗址、山东省龙山文化遗址、山西省东下冯文化遗址、河南省偃师二里头文化遗址、内蒙古自治区夏家店下层文化遗址都发现了属于冶炼而成的铜器物，除少数为红铜外，大部分是青铜。

特别是在甘肃省永靖县张家嘴辛店文化遗址和山东省诸城龙山文化遗址中，不仅出土了一些红铜碎片，同时还发现有铜炼渣和孔雀石。这清楚地说明，在4000年前，黄河中下游地区及内蒙古、青海等地区普遍出现了冶铜的活动。当时的炼铜活动大多直接采用以孔雀石为主的单一铜矿石，其中不乏杂有其他共生矿。

我国出土的早期铜器多含有铅。这可能是在冶铸青铜时由于混入铅矿石或由于冶炼的是铜铅共生矿，于是铅与铜一起混合冶炼出来了。我国最早的纯铅实物，迄今所知是二里头文化后期灰坑中出土的一块不成器的铅块。年代较早的铅器还有夏家店下层文化出土的铅贝。这两项充分证明，我国最迟在夏代就掌握了纯铅的冶炼技术。

随着青铜冶铸技术的发展，炼铅技术也相应地提高了。殷墟西区墓葬中出土了50余件铅礼器和象征性兵器，其中4件铅礼器，含铅均在99％左右。而传世的10件商周形制铅礼器中，有一件几乎为纯铅，两件含铅95％以上。

在古代的许多场合，曾有铅锡不分的现象，然而殷墟妇好墓与殷墟西区所出金属实物的成分表明，铅器及铅青铜集中于社会地位较低的小贵族及平民墓中，而在王室的妇好墓中以锡青铜为主，这说明在商代铅、锡在某些场合已能被区分开来。

商代中期青铜冶炼工艺已超越由矿石混合冶铸青铜的低级阶段，发展至先分别炼出铜、锡、铅，再按一定配比混合熔炼的较高水平。

河南省洛阳西周墓出土8件铅制礼器和一件铅戈，铅戈含杂质甚少，含铜0.23％，含镍小于0.22％，含铅高达99.75％，可见当时炼铅技术已达到很高的水平。

至春秋战国时期，铅已用于生活用具的制造，用铅锡合金铸焊铅器已很普遍。湖北省随州曾侯乙墓出土有锡锻及铅鱼，均属铅锡合金。战国时期锡锻的使用，在冶金铸焊史上是一个创举。

锡的熔点只有232度，在自然界多以氧化物即锡石的形式存在，冶炼也较为简易。

马家窑文化时期的两件铜刀皆为锡青铜，最早的铜镜为锡青铜。小屯殷墟出土一件锡块，大司空村殷墟出土6件锡戈。殷墟还出土镀锡的铜盔，镀层精美，至今光耀如新。

这些考古发现说明，我国最迟在商代就掌握了冶炼纯锡的技术和镀锡技术。

至春秋战国时期，我们的祖先还对各种青铜器中铜、锡配比规律有了明确的记载，这就是《考工记》中所总结出的“六齐”规律。

在云南省楚雄县万家坝出土春秋晚期纯锡器54件，包括锡饰、锡管、锡片等，纯度为95.75％。湖北省江陵纪南城遗址也出土过锡饼和锡攀钉。这说明在春秋战国时期，我国的炼锡技术和锡器制作技术已达到较高水平。

秦汉时期以后，虽然在文献记载中常有铅锡使用不加区分的现象，但是一般的冶炼工匠是能够分辨铅锡的，民间使用锡器也已经相当普遍了。

早期的铜矿冶炼技术

在自然界中铜主要以硫化铜存在，主要是辉铜矿、黄铜矿和斑铜矿，此外还有孔雀石。对于这些铜矿的冶炼，我国先民摸索出了一套技术。我国早期的铜矿冶炼技术，从单一的硫化铜冶炼逐渐向加锡、铅、砷等的共生硫化矿冶炼过渡，期间在炼炉设计、原矿氧化规律的认识等方面有许多创建。我国是世界上发现和利用铜矿最早的国家之一，早在奴隶社会，湖北铜绿山就能炼铜并大量开采。

相传自从女娲创造了人类，她就一心为人类着想。

一天，天空突然塌下了一大块，露出一个黑黑的大窟窿在喷火。人们都身处危机，救命要紧！

女娲连忙将人们从火海里拖出来，从洪水中拉出来。

人们得救了，可天上的大窟窿还在喷火，女娲决定冒险补天。她拎着一个布袋，来到中凰山上寻找五彩石。历尽千辛万苦，终于将五彩石找到了。

五彩石找齐了，女娲拿着大铲子，在地上挖了一个大大的圆坑，将布袋里的五彩石倒进圆坑里，用神火进行冶炼。

当时已是午夜，女娲的上下眼皮都打架了，她也不肯睡觉，她只想着尽早补好天空，于是，就守着大圆坑，原地打了一个盹儿，又继续冶炼了。

就这样，女娲在中凰山里经过七七四十九天，五彩石终于化成了稠稠的液体，最后变成了一块五彩斑斓的石头。

女娲把五彩石带到天边，对准那个大黑窟窿，奋力填补进去。只见金光四射，天空中马上出现了星星、月亮和彩虹。

塌下的天空补好了，从此，大地上到处欢歌笑语，人们过上了快乐幸福的生活。

女娲补天虽是神话，但它和金属冶炼确实能产生共鸣。在这里把女娲誉为冶金女神也不为过，因为我国古代冶金技术就是从冶炼石头开始的。

古代冶金技术始于炼铜。铜矿冶炼工艺一般至少要分两步走，首先得通过氧化焙烧，除去其中的一部分硫和铁，在此过程中会生成冰铜；第二步则是冰铜冶炼，在竖炉中以木炭焙烧，而得到金属粗铜。

在古代的技术条件下，用硫化铜所冶炼出的金属铜中，往往会含有明显量的铁和硫，还有由共生矿物引入的砷、铅、锡、锌、银、锑，以及残余的冰铜和氧化焙烧的中间产物等元素。

冶炼硫化矿大约在春秋时期，当时个别地区的冶炼技术已经进步到这个阶段。如对内蒙古自治区昭乌达盟赤峰市林西县大井古矿冶遗址的发掘和研究表明，它属于夏家店上层文化，相当于春秋早期。

在该遗址，当年的工匠曾用石质工具较大规模地开采了铜、锡、砷共生硫化矿石，矿石经焙烧后直接还原熔炼出了含锡、砷的金属铜合金。

该遗址在赤峰市林西县官地乡，铜矿区的矿石主要类型为含锡石、毒砂的黄铁矿黄铜矿，少量为黄锡矿。遗址发掘中出土了多座炼炉以及炉渣、炉壁、矿石，对当时的冶炼技术提供了相当丰富的实物资料。

在炼区发现有4座多孔窑式炼炉和8座椭圆形炼炉。多孔窑式炼炉是焙烧炉，距采矿坑很近。采集到的炉渣中发现有白冰铜的颗粒，由此可以推测焙烧过程。

首先在山坡较平坦处挖一个直径约为2米的炉坑，坑内先铺一层木炭，其上堆放矿石，再以草拌泥将矿石堆封起来，目的是减少热量损失。在封泥上留有若干圆形排烟孔和鼓风口。

点燃木炭并鼓风入内后，焙烧反应即开始进行。由于焙烧反应是放热反应，因此当矿石热到起火温度后就无需再补充燃料，焙烧反应便可持续下去。

椭圆形炼炉是还原熔炼炉，有拱形炉门，以排放铜液和炼渣。炼炉周围发现有炼渣、木炭，表明木炭是作为燃料和还原剂的。这是我国迄今发现的最早的开采、冶炼硫铜矿的遗址。

在所有的硫化铜矿藏中，孔雀石由于颜色醒目，容易识别，又属于氧化型矿，冶炼简便，它被碳还原只需800度左右，所以很早就被利用。

但孔雀石这种矿物在地壳中储量较少，因为它是易溶硫酸铜与碳酸盐矿物相互作用的产物，所以一般只存在于含铜硫化物矿床的氧化带中，虽处于地表，容易采掘，但矿层一般较浅，采集难以持久。

随着人们对锡石或铅矿石的识别，冶炼铜的技术逐渐向加锡石或方铅矿的方向演进。

在夏代、商代早期及中期，青铜器的化学组成是杂乱无章的，铅、锡的含量也较低，这表明当时很可能是以红铜或孔雀石与锡矿砂或方铅矿合炼青铜。

虽然在新石器时期晚期和夏代，黄河流域的许多地区开始推广冶铜工艺，但是那时只能生产锥、环、管、镞等小件铜器，它们显然不能对生产有多大的促进作用。

至商代，青铜冶铸技术有长足的进步，并开始铸造较大型的青铜器件，首先是铸造代表权力象征的礼器。

在对已出土的青铜文化鼎盛时期的商代青铜器进行化学分析，将它们分为两类。一类是铜锡二元合金，其中含铅小于2％；另一类是铜锡铅三元合金，即含铅大于2％。

在铜锡二元合金中，铜和锡的比例大都接近4比1。而在铜锡铅三元合金中，铜与锡铅含量和之比也维系在4比1。锡与铅之间似乎没有明显的比例关系。

由此可以推测，当时的青铜冶炼已有一定的配方，但是工匠们对铜锡或铜锡铅之比与青铜性能的关系仅有肤浅的经验认识，即认识到青铜比红铜实用，因而自觉地冶炼青铜。

同时，铜锡之比与铜锡铅之比基本相同，表明当时的人们尚不能区分锡与铅，它们都是银白色的金属。至战国末年，人们已经能够清楚地认识到铜和锡的性质在冶炼前后所发生的变化。

最能反映战国末年人们对青铜之中铜与锡铅之间合理配比的认识的文献，当数《周礼·考工记》的“六齐”规律。所谓“六齐”即配制青铜的6种方剂。

“六齐”规律是位于黄河下游的齐国的冶金工匠们关于冶铸青铜合金时铜锡配比的经验总结。比如在冶炼熔铸过程中，对不同火候的辨认与掌握，《考工记》有详细记载：

凡铸金之状，金与锡黑浊之气竭，黄白次之；黄白之气竭，青白次之；青白之气竭，青气次之，然后可铸也。

首创的胆水炼铜法

在我国的冶铜史上，除了用火炼铜的方法以外，还有一种独创的“胆水炼铜法”，曾经盛行于两宋时期。

这种方法的原理就是利用化学性质较活泼的金属铁从含铜离子的溶液中将铜置换出来，再经冶炼，制得铜锭。所利用的原料是天然的胆水。

宋哲宗元祐时期，有一位商人毛遂自荐，向朝廷献出他认为的秘法胆铜法。当时，苏辙任户部侍郎，听说一个商人能以胆矾点铁为铜，就接见了他。

苏辙对他说：“你说你能用秘法炼铜，现在如果试之于官，必然为大家所知道，你不能自己炼铜，就会求他人帮助。这样一来，人人知之，就不再是什么秘密，这正是朝廷所禁止的。我身为户部侍郎，假如以身乱法，显然是不可以的。”

商人不太情愿地走了，随即又到地方都省去说这件事。结果都省也不认可。

这个故事说明，胆铜法最初还不被北宋朝廷认可。当时胆铜生产还被称为“秘法”，仍旧是民间私下进行的小范围生产。至北宋末年，这一方法被认可和推行，成为生产铜的重要途径之一。

事实上，胆铜法从最初发明到被认可，经历了一个很长的时间。

自然界中的硫化铜矿物有一种奇怪的现象：它经大气中氧气的风化氧化，会慢慢生成硫酸铜，古代称为“胆矾”或“石胆”，因为它色蓝如胆。

石胆经雨水的浇淋、溶解后便汇集到泉水中，这种泉水就是所谓的“胆水”。当泉水中的硫酸铜浓度足够大时，便可取来，投入铁片，取得金属铜，所以也叫“浸铜法”。

这种方法的采用以我国为最早，在世界化学史上是一项重大的发明，可谓现代水法冶金的先声。

对于这一化学变化的观察和认识，早在西汉淮南王刘安所主撰的《淮南万毕术》中，就提到了“白青得铁，即化为铜”。“白青”就是孔雀石类矿物，化学组成是碱式碳酸铜。

至东汉时期编纂成书的《神农本草经》也记载：“石胆……能化铁为铜。”这一“奇特”现象此后便受到历代金丹家的注意。

东晋时期炼丹家葛洪在其所著《抱朴子·内篇·黄白》中提到：“以曾青涂铁，铁赤色如铜……而皆外变而内不化也。”“曾青”大概是蓝铜矿石，也有人认为就是石胆。葛洪对这个化学变化的观察便又深入了一步。

南北朝时期陶弘景在其《本草经集注》中又指出：“鸡屎巩……投苦酒中涂铁，皆做铜色。”

但当时人们对这个化学反应普遍有一个错觉，误以为是铁接触到这些含铜物质后会转变为金属铜，因此在金丹家们的心目中，这些物质就成了“点铁成金”的点化药剂了。

唐代金丹家们把这种“点化”的铜美其名曰“红银”，在炼丹术中正式出现了浸铜法。唐明皇时的内丹家刘知古曾上《日月玄枢论》，其中便说道：“或以诸青、诸矾、诸绿、诸灰结水银以为红银。”

这种“以诸青结水银以为红银”的方法在唐代后期炼丹家金陵子所撰炼丹术专著《龙虎还丹诀》中有翔实的记载，他曾利用了15种不同的含铜物质炼制“红银”，其中“结石胆砂子法”的操作要领如下：

将水银及少量水放在铁制平底锅中加热，至水微沸，投入胆矾，于是铁锅底便将硫酸铜中的铜取代出来，而在搅拌下生成的铜便与水银生成铜汞齐，而使铁锅底重新裸露出铁表面，得以使置换反应持续进行下去。当生成的铜足够多时，铜汞齐便会凝固而成砂粒状，被称为“红银砂子”。将“砂子”取出，置于炼丹炉中加热，蒸出水银，就得到红银了。

至五代时，这种浸铜法发展成为一种生产铜的方法，当时有一本书《宝藏畅微论》中说道：“铁铜，以苦胆水浸至生赤煤，熬炼而成黑坚。”

至北宋初年，首先是在民间出现了规模相当宏大的胆水冶铜工场。胆铜法不再作为朝廷所禁的秘法而得到推广始于张潜。当时在江西饶州府有一位生产胆铜的技术能手，名叫张潜，总结了这种经验，写成《浸铜要略》一书。

这部书对宋代胆铜业的兴起、发展曾产生了巨大的促进作用，可惜它已失传。后来张潜的后人张理于元代献此书于朝廷，并被授理为场官。所以至迟在元祐年间那里已经试行浸铜法生产，大概已有了小型的作坊了。

随着民间胆水冶铜工场的增多，浸铜法在宋徽宗崇宁年间达到高峰。据《宋会要辑稿·食货三四之二五》记载，宋徽宗时负责江南炼钢业的官员游经曾统计当时胆水浸铜的地区，主要有11处。而规模较大，生产持久的是信州铅山、饶州德兴和韶州岑水3处。

关于宋代的浸铜工艺，历代也有一些记载，表明各铜场因地制宜，各有创新，并不断在改进。如明代谈迁所撰《枣林杂俎》、清代初期顾祖禹独撰的一部巨型历史地理著作《读史方舆纪要》等都有这方面的记录。

据南宋人张端义的《贵耳集》记载，乾道年间韶州岑水场每年用百万斤铁，浸得20万斤铜，即每斤铜需耗铁5斤，与饶州、信州相比，要超出一倍了。不过这时岑水场已是采用另一种方法“淋铜法”了。

除了浸铜法以外，1102年还提出了煎铜法。由于浸铜法需依赖胆泉，在天旱之年无法生产，所以才发展出煎铜法，即所谓“水有限，土无穷”。

胆土当是开采铜矿时的碎矿渣及硫铜贫矿经风化氧化后而变成的硫酸铜与土质的混合物，为取得胆土，则先开采硫铜贫矿，堆积起来，使之风化氧化，然后再置于盆中，用水浸出胆水，再浸渍铁片。

当然，在经开采过的老铜矿区，想必也常可直接掘到这类胆土。

据《宋会要辑稿·食货》记载，“韶州岑水场措置创兴是法”，后来那里“增置淋铜盆槽40所，得铜20000斤”。据此可估算出每所盆槽平均年产铜500斤左右。

胆铜在南宋时期主要用来铸币。从南宋钱币的检测来看，其中含铁量高达1％以上，较北宋时期铜钱中含铁高出一二十倍，说明胆铜质量是不高的。

至南宋后期，胆水浸铜便完全没落了。在元代时，据《元史·顺帝本纪》记载，1352年曾恢复饶州德兴3处的胆铜生产，但此后的胆铜生产始终规模不大。总而言之，宋代兴起的胆铜生产，部分地弥补了矿铜生产衰落对铸钱生产和财政收支活动的冲击，使我国古代采矿业在传统的生产方法之外又开辟出一条新的途径。

古代劳动人民总结出来的胆铜生产原理，是我国对世界冶金技术的一项伟大贡献，在冶金史上、化学发展史上都占有重要的地位。

炼铁炼钢中的化学工艺

我国古代工匠们在冶炼过程中不断有独特的创造，通过退火、正火、淬火、化学热处理等工艺，炼出了炒钢、百炼钢、灌钢等品种。我国古代炼铁、炼钢技术虽然起步相对稍晚，但是它的发展却是后来居上。例如商代熔铸司母戊方鼎这样的大型铸件，必须要有较大的熔炉、鼓风器和较高的炉温。

司母戊方鼎是我国商代青铜器的代表作，为一次铸造成功，标志着商代青铜器铸造技术的水平。被推为“世界出土青铜器之冠”。

春秋战国时期列国纷争，楚王听说铸剑师欧冶子的大名，为了在纷争中获胜，就叫他制造宝剑。

欧冶子走遍江南名山大川，寻觅能够出铁英、寒泉和亮石的地方，因为只有这3样东西都具备了，才能铸制出利剑来。

欧冶子来到了龙泉的秦溪山旁，发现在两棵千年松树下面有7口井，排列如北斗，明净如琉璃，冷澈入骨髓，实乃上等寒泉。于是，欧冶子又在茨山下采得铁英，拿来炼铁铸剑，就以这池里的水淬火，铸成剑坯。由于没有好的亮石可以磨剑，欧冶子又爬山越水，千寻万觅，终于在秦溪山附近一个山岙里，找到亮石坑。

欧冶子发觉坑里有丝丝寒气，阴森逼人，知道其中必有异物。于是焚香沐浴，素斋3天，然后跳入坑洞，找到一块坚利的亮石，用这儿的水慢慢磨制宝剑。

经两年之久，终于铸剑3把：第一把叫“龙渊”；第二把叫“泰阿”；第三把叫“工布”。这些宝剑弯转起来，围在腰间，简直似腰带一般，若乎一松，剑身即弹开，笔挺笔直。若向上空抛一方手帕，从宝剑锋口徐徐落下，手帕即分为二。斩铜剁铁，就似削泥去土。之所以如此，皆因取此铁英炼铁铸剑，取这池水淬火，取这山石磨剑之故。

欧冶子铸成宝剑，是和他的冶金技术分不开的。其实先民在此之前的商代中期，就已经对铁有所认识，而且已能够进行锻打加工并与青铜铸接成器。

商代高度发达的青铜冶铸技术，使它从矿石、燃料、筑炉、熔炼、鼓风和范铸技术等各个方面，为人工炼铁技术的出现创造了条件。

至春秋战国时期，人工冶炼的铁有块炼铁和生铁两种。一般认为，最初的炼铁技术，大多采用块炼铁。块炼铁方法是将铁矿石和木炭一层夹一层地放在炼炉中，点火焙烧，在650度至1000度温度下，利用炭的不完全燃烧产生一氧化碳，遂使铁矿中的氧化铁还原成铁。

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。

我国古代炼钢技术，大致兴起于春秋晚期。

1976年在湖南省长沙出土了一把春秋末期的钢剑，通长38.4厘米。用放大镜观察剑身断面，可以看出反复锻打的层次，中部可以看出7至9层的叠打层。

离剑锋约8厘米处取样分析，金相组织为含有球状碳化铁的铁素体组织，组织较均匀，铁素体晶粒平均直径为0.003毫米。由碳化物的数量估计，原件系含碳量为0.5％左右的退火中碳钢。

春秋战国时期的炼钢技术有两种：一种是把块炼铁直接放在炽热的木炭中长期加热，表面渗碳，再经反复锻打，使之成为渗碳钢。

另一种是把块炼铁配合渗碳剂和催化剂，密封加热，使之渗碳成钢，俗称“焖钢”。这是我国流传很久的一种炼钢方法。

此外，长期流传在河南、湖北、江苏等地的“焖钢”冶炼法，把熟铁块放在陶制或铁制容器中，除了按一定配方加入渗碳剂以外，还使用含有磷质的骨粉作为主要催化剂，然后密封加热，使之渗碳成为钢材。

从已经出土的古代钢制品的金相考察结果来看，我国最迟在战国晚期已广泛使用淬火工艺。

河北省易县燕下都墓出土的战国锻钢件大都经过淬火处理，如长钢剑、钢戟和矛，就是把薄钢片经过反复折叠锻打成型之后，再经过淬火的。

这说明当时除淬火工艺之外，还掌握了正火工艺，已能依据不同的需求，对钢材进行不同的热处理，以改善其机械性能。

块炼铁质地较差，产量低，而且需毁炉取铁，作为钢制工具和兵器的铁料来源，显然难以适应日益增长的要求。于是，以生铁为原料的固体脱碳制钢技术便应运而生。

在铸铁脱碳热处理的长期实践中，我国古代冶铁匠逐渐懂得了生铁经过适当的处理可以变性甚至变得和块炼铁一样柔软，由此导致最迟西汉后期，我国又发明了用生铁炒炼成钢或熟铁的新技术。

生铁炒炼成钢就是用生铁加热到熔化或基本熔化的状态下加以炒炼，使之脱碳而成钢或熟铁。这种技术，不妨称为“炒钢技术”或“炒铁技术”。用生铁炒炼而得的钢材即称为“炒钢”。

考古工作者在河南省巩县铁生沟汉代冶铁遗址发现有西汉后期炒钢炉一座。其上部已毁损，炉体很小，建造也很简单，从地面向下挖成“缶底”状坑作为炉膛，然后在炉膛内边涂一层耐火泥。

其工艺程序是先将生铁捶成碎片，和木炭一起放入经预热的炉膛内。风从上方鼓入，由于缶形的地下炉膛容积小，热量集中，有利于提高温度。

当生铁加热到熔融或半熔融状态时，通过搅拌，增加铁和氧气的接触面，可使铁中的碳氧化，温度随之升高。硅、锰等氧化后与氧化铁生成硅酸盐夹杂。随着含碳量降低，铁的熔点增高，因而逐渐固化。

如果半固态下继续搅拌，借助空气中的氧把所含的碳再氧化掉，就可以成为低碳熟铁。也可以在它不完全脱碳时，控制所需要的含碳量，终止炒炼过程，就可以成为中碳钢或高碳钢。

这种钢由于含碳量较高，氧化程度较低，与低碳熟铁相比，所含的夹杂物较少，经过反复锻打，便可以得到组织比较均匀的炒钢。

炒钢的发明不仅是炼钢史上一次技术革命，对于我国早期铁器时代向完全铁器时代的转变具有关键的意义，对当时我国的农业和手工业的进一步发展同样具有重要意义。

百炼钢工艺是在春秋晚期块炼渗碳钢工艺的基础上直接发展起来的。在用块炼铁渗碳制钢的实践中，人们发现加热锻打的次数增多以后，钢件变得更坚韧了，于是很自然地把这种反复加热锻打的操作定为正式工序。

这道工艺可以使钢的组织致密、成分均匀化、夹杂物减少和细化，从而显著提高钢的质量。

西汉后期，由于炒钢的发明，百炼钢工艺改以熟铁或炒钢为原料，并且增加加热锻打次数使得百炼钢技术发展至成熟阶段。

用炒钢或熟铁制成的百炼钢，其质量是相当高的。这种百炼钢技术在我国历史上也曾长期使用，锻造技术也不断提高。

用生铁炒炼成钢，所用火候和保留的含碳量是比较难掌握的，如果炒炼“过火”，含碳量过低，就不能炼成具有一定含碳量的钢而成熟铁。因此遇到炒炼“过火”时，重新加入一些生铁来补救是自然的。这样，在炒钢的实践过程中，我国古代冶炼工匠就逐渐掌握“杂炼生柔”的炼钢规律，从而创造了一种新的独特的工艺灌钢法。

这种炼钢法是先把生铁和熟铁按一定比例配合，共同加热至生铁熔化而灌入熟铁中去，熟铁由于生铁浸入而增碳。

只要配好生铁和熟铁的比例，就能比较准确地控制钢中含碳量，再经过反复锻打，使组织均匀和挤出夹杂物，就可以得到质地均匀的钢材。

这种方法可能起源于汉代，至迟在南北朝时期已经盛行了。由于这种方法比较容易掌握，工效提高较大，因此南北朝时期成为主要的炼钢方法之一。