当人们谈到现在生活中,用得最多最广泛的金属,总会首先提起铁。从史书记载和对现存文物的考察,我国在春秋时期(约在公元前的500年到800年前)已广泛的用铁铸鼎、造剑和制作生产工具。
我们知道,铁是较活泼的金属,又有较高的熔点(纯铁是1535℃),钢和生铁的熔化温度较低,但也要在1000℃以上,这就使炼铁的工艺比炼铜等其他金属要困难一些。所以有人说,人类最早使用的铁是从天上掉下来的。天上真的能掉下铁来,那就是陨铁,它和陨石一样,都是某些天体分解的碎片,陨铁比陨石要少,能够落到地球上的陨铁而且又被人们捡拾到手的则更少。但是由于陨铁中有规则的含有镍和钴,科学家在鉴定用了铁的文物时,发现确有用的是陨铁。但那些成百上千斤的铁鼎、铁塔和十多万斤重的铁狮子(后周所造,现在河北沧州)中所用的铁,绝不会都是从天上掉下来的了。这些铁都得用铁矿石来冶炼,可见那个时候的冶金技术,已经发展到一个较高的水平。
我国开始用铁的时间,比世界上如埃及等地要晚,但都有了铁后又开始了用钢的时间,我国又稍比人家早些。这就是说,我国几乎是同时间有了炼铁和炼钢的生产技术。
我国最早使用的炼铁方法叫做块炼法,就是把铁矿石放在炉火中加温,烧到一定程度后夹出来锻打。再加温再锻打,如此反复无数次就能得到含杂质较少的铁坯,然后集中烧打成器,由于用了炭火,烧打成的铁中,常含有少量碳,也就直接形成钢了。当然,这种做法难以控制其中的含碳量,所谓的钢,也不会有稳定的质量。但不久就摸索出了淬火处理的方法,又不同程度的改善了块炼钢的性能。这种极原始的锻打法,费劳力、产量低,根本做不出大的部件。上百上千斤成整体的铁器物,是用生铁浇铸成的,这是炼铁技术发展的必然结果。
铁在温度越高时越能吸收碳,铁中含碳量越高时,熔点相应会降低,就会形成生铁。碳的含量达到43%时,熔点最低,是1146℃。
古人从实践中发现,提高炉温,有利于金属的冶炼,于是改造炉形,加上鼓风,很快就得到熔化的液态生铁,并开始浇铸作业。生铁跟块铁同时发展,是我国钢铁冶炼技术发展的独特之处,世界上许多其他国家,从块炼铁发展到炼生铁,大约经过了1000年的时间,就说欧洲的一些国家,很早有了块炼铁,但到公元14世纪初才出现生铁。
我国汉代的钢铁冶炼技术,较前人又有大为长足的发展。为炼出好钢而兴起了“百炼钢”的技术,为了多出钢,又发明了“炒钢”的方法。“百炼钢”是反复锻打,由此去杂、匀细,能做出好的铁器。从河北满城西汉墓出土了的刘胜佩剑,钢剑和错金宝刀几件文物,经过现代技术检查表明,正是“百炼钢”技术的产物。“炒钢”的做法就是将生铁熔成的液体,流放到平池里加以翻炒和搅拌,利用了空气中的氧来进行脱碳,最后打制成品。1974年7月,在山东苍山县的东汉墓出土的东汉永初六年炼环首钢刀,就是以炒钢为原料,经反复锻打而成的。
到了两晋南北朝时,又兴起了“灌钢”的技术,后来经过宋、元时代的提高和发展,成为当时主要的炼钢方法之一。“灌钢”的做法是把熟铁条弯曲成盘,把生铁块嵌塞在条间的空隙里,放在炉中用泥密封后烧炼,含碳高熔点低的生铁先熔化流灌到熟铁盘各处,然后锻打到一起。生、熟铁两者含碳一高一低,灌合后能使含碳适中,正好做成钢。
在钢铁冶炼技术不断发展的漫长岁月中,兴起多种炼铁、炼钢法的同时,也发展了鼓风技术,明代发明的双向活塞木风箱,现在我国农村人家,还用它催柴起火。宋代炼铁已经用硬煤,至迟不晚于明代,又掌握了炼焦炭的方法。用煤、用焦炭做燃料和还原剂,不仅火力旺、温度高、时间久,而且可以更大规模的建炉冶炼出更多更好的铁和钢。
我国古代的钢铁冶炼史,从春秋到明代,都是不断发展,并在世界上处于相当领先的地位。但到明代后期,欧洲等国家的自然科学在工业革命的刺激下迅猛发展,回过来又加快了工业生产技术的发展和改革,这就促进了冶金特别是炼钢、炼铁工业的兴起。从清朝以后,一直长期闭关自守,为保封建帝制而自甘落后,造成了的一段历史悲剧,直到现在还在人们身上不时地发出阵痛!