生铁冶铸和柔化术

生铁冶铸和柔化术

与炼铜一样，中国冶铁技术的发明亦晚于其他一些古文明发达的国家和地区。埃及大约在公元前1000年左右开始进入铁器时代，美索不达米亚地区大约在公元前1200年左右开始进入铁器时代，爱琴海地区大约在公元前1000年左右开始进入铁器时代，印度大约在公元前800年左右开始进入铁器时代，而中国则是在公元前600～500年左右开始炼铁的。但是，中国不似其他国家和地区，经历了一个漫长的块炼法冶铁时期，而是很快发明了生铁冶铸技术和生铁柔化技术，因此后来居上，很快跃居世界冶铁事业的前列，并长期居于世界领先的地位。历史上中国的钢铁除输往邻近国家外，还曾远销古罗马和西南亚。

在历史上，炼铁方法主要有两种，一是块炼法，一是生铁冶炼。块炼法是在比较低的温度下进行的，它用烧红的木炭使铁矿石直接由固态还原成铁。用块炼法炼得的铁质地疏松，故有海绵铁之称。海绵铁含夹杂物较多，要把它制成铁器，必须经过反复加热锻打。生铁是在1100～1200℃的炉温下，由还原出的固固态铁吸收碳而炼成。由于其熔点低，冶炼时呈熔融状态，可直接用范浇铸成器，从而免除了块炼铁加工费工费时的缺陷，提高了生产效率，降低了成本，使铁器的大规模、高效率生产成为可能。中国在公元前6世纪即已发明了生铁冶铸技术，这项技术在世界领先约2000年。罗马人虽在公元前后也偶尔炼出过生铁，但却被当作废品而抛弃，直至14世纪时，欧洲人才认识到生铁的意义，开始生产生铁。

生铁的最大特点是其可铸性，故又称铸铁。但生铁含碳量高，一般都在2%以上，往往又含有硫、磷等杂质，因而性脆，韧度低，直接铸造出来的农具、工具和兵器，使用时容易断裂。为了弥补这一缺陷，我们的祖先在战国时期又发明了铸铁柔化术。

中国早期的铸铁柔化术可分为两类：一类是在氧化气氛下对生铁进行脱碳热处理，使成白心韧性铸铁；一类是在中性或弱氧化气氛下，对生铁进行石墨化热处理，使成黑心韧性铸铁。在西方，白心韧性铸铁的生产技术是1722年由法国人发明的，黑心韧性铸铁是1831年在美国问世的。到汉代时，铸铁柔化术又有新的突破，形成了铸铁脱碳钢的生产工艺，可以由生铁经热处理直接生产低、中、高碳的各种钢材。

铸铁柔化术的发明，在冶金史上是一项具有划时代意义的成就。它大大加快了铁器取代铜器的历史进程，有力地促进了社会生产力的发展，使中国社会迈入一个新的发展时期。

值得一提的是，大约在明代时，出现了从生铁到熟铁的连续生产工艺。据《天工开物》记载，这项技术是把炼铁炉与炒铁炉串联在一起，让由炼铁炉炼出的生铁液流入炒铁炉，用柳木棍急搅，使生铁液中的碳份氧化，而成熟铁。这种连续生产的工艺，已初具组合化生产的系统思想，既提高了生产效率，又减少了能耗，是冶铁技术的又一重大突破。