钢铁冶炼技术

明代，炼铁竖炉及其熔炼技术有进一步发展。据朱国桢《涌幢小品》和孙承泽《春明梦余录》记载，遵化铁冶“铁炉深一丈二尺，广前二尺五寸， 后二尺七寸，左右各一尺六寸，前辟数丈为出铁之所，俱石砌，以简千石为门，牛头石为心，黑沙为本，石子为佐，时时施下，用炭火，置二鞴扇之， 得铁日可四次。妙在石子产于水门口，色间红白，略似桃花，大者如斛，小者如拳，捣而碎之，以投于炎，则化而为水。石心若燥，沙不能下，以此投之，则其沙始销成铁。”这里所说的色如桃花的石子应即莹石，用作熔剂可

① 《明史》卷八二《食货志》。

① 参见《明史·食货志》和白寿彝：《明代矿业的发展》，《历史研究》1963 年第 2 期。

降低熔点，使炉况顺行，是炼铁技术的重要进展，文献记载以此为最早。炼铁所用鼓风器多为双动作的活塞式木风箱。由于箱体结构和活门的巧妙设置，使得正、逆行程都能送风，为炼炉提供连续风流。四人拉拽的大型木风箱，风压可达三百毫米汞柱，在当时世界上是一种先进的鼓风设备。有些铁场还使用了机车，如屈大均《广东新语》记载，广州铁场装填矿料“率以机车从山上飞掷以入炉”，节省了劳力，提高了工效。

焦炭至迟于明代已用于炼铁。方以智《物理小识》说：“煤则各处产之， 奥者烧焙而闭之成石，再凿而入炉曰礁，可五日不绝灭，煎矿煮石，殊为省力。”李诩《戒庵老人漫笔》说北京地区“炼焦炭，备冶铸之用”。按木炭所含灰分只 0.5—2.5％，磷分 0.01—0.017％，硫甚少，可不计，并且气孔度大，料柱透气性好，利于熔炼操作。但由于其强度低，炉高不能超高十米， 限制了高炉的发展。煤的杂质多，炼铁时须加大造渣量，兼以热稳定性差， 易使炉况不顺，所得生铁含硫量高，质较次。焦炭在制备时经过蒸馏，除去大部分挥发物，强度大，发热量高，为竖炉炼铁的理想燃料。英国于公元 1709 年由阿拉伯罕·达比创用焦炭炼铁，其后竖炉高度迅速超过十米以上。所以， 明代发明炼焦并用于炼铁生产，是有重要意义的。

隋唐以后，炒铁是从生铁制备熟铁的几乎是惟一的方法，因而在制钢术中具有极重要的地位。明代的炒铁炉有地炉、反射炉和生熟炼铁炉三种。

与简陋的地炉相比较，反射式炒铁炉较为先进。它的燃烧室与熔池分设，以减少灰分与杂质的混入，可用煤作燃料。

生熟炼铁炉见于《天工开物·五金》篇：“若造熟铁则生铁流出时，相连数尺内低下数寸，筑一方塘，短墙抵之。其铁流入塘内，数人执持柳木棍排立墙上，先以污潮泥晒干，舂筛细罗如面，一人疾手撒■，众人柳棍疾搅， 即时炒成熟铁。其柳棍每炒一次，烧折二三寸，再用，则又更之。炒过稍冷之时，或有就塘内斩划成方块者，或有提出挥椎打圆后货者。”这种将炼铁炉和炒铁炉串联使用，以提高生产效率，减少能耗的做法，在工艺思想上是很先进的。方以智《物理小识》卷七于此有相似记载：“凡铁炉用盐和泥造成。出炉未炒为生铁，既炒则熟，生熟相炼则钢。尤溪毛铁，生也。豆腐铁， 熟也。熔流时又作方塘留之，洒干泥灰而持柳棍疾搅，则熟矣。”这种搅炼制熟铁的工艺，于近代仍在四川、云南等地使用。

灌钢在各种传统制钢术中最为重要。唐顺之《武编》说：“熟钢无出处， 以生铁合熟铁炼成，或以熟铁片夹广铁锅，涂泥入火而团之，或以生铁与熟铁并铸，待其极熟，生铁欲流，则以生铁置熟铁上，擦而入之。”这里所说的前一种方法，与宋代沈括《梦溪笔谈》所述相似，但把屈盘的熟铁改为铁片，可增加生、熟铁的接触面积，有利于造渣和碳分的扩散与匀化，此法又见于《天工开物》和《物理小识》。后一种方法亦即清代至近代仍盛行于江苏、安徽、湖北、湖南、四川、福建等地的“抹钢”和“苏钢”。有学者曾于四十年代在重庆作实地考察，认为通过生铁液滴对料铁的渗淋，有助于造

渣和使铁净化，与现代白林炼钢法的原理相近①。