铁的冶炼

中国钢铁冶炼简史

春秋战国钢铁的冶炼

春秋时代是我国由奴隶社会向封建社会转变的阶段。促成这一社会变革的物质因

素，是社会生产力的发展。

劳动工具是社会生产力发展的重要标志。铁制工具的广泛使用，促进了我国

由奴隶制向封建制的过渡。商代用陨铁制作了铁刃铜钺，说明对铁的性质和锻打

嵌铸的技术已经有了一定的认识和掌握，但当时尚不知人工炼铁。

春秋时期，铁器已经在农业、手工业生产中使用。农业生产中使用铁锄、铁

斧等。铁器坚硬、锋利，胜过木石和青铜工具。晋国用铁铸刑鼎，铸鼎的铁是作

为军赋向民间征收的，可见晋国民间铁已不少。在江苏六合县程桥、湖南长沙龙

洞坡等地出土了春秋时的铁器。战国初或稍早已发明铸铁技术，这是我国劳动人

民对冶金技术的重大贡献，比外国早一千八百年左右。河北兴隆县寿王坟出土了

大量战国时的铁范，其中有较复杂的复合范和双型腔，还采用了难度较大的金属

型芯，反映了当时的铸造工艺已有较高水平。战国时发明的用柔化退火制造可锻

铸件的技术和多管鼓风技术是冶金技术的重要成就，比欧洲早二千年左右。战国

时还掌握了块炼铁固态渗碳制钢的方法和淬火技术。

块炼铁的方法也就是“固体还原法”。由于块炼铁是铁矿石在较低温度下从固

体状态被木炭还原的产物，所以质地疏松，还夹杂有许多来自矿石的氧化物，例

如氧化亚铁和硅酸盐。这种块炼铁在一定温度下若经过反复锻打，便可将夹杂的

氧化物挤出去，机械性能就改善了。从江苏六合县程桥东周墓出土的铁条，就是

块炼铁的产品。春秋末期和战国初期的一些锻造铁器也是以块炼铁为材料。

在反复锻打块炼铁的实践中，人们又总结出块炼铁渗碳成钢的经验。从河北

易县武阳台村的燕下都遗址44号墓中曾出土79件铁器，经分析鉴定，它们的大

部分都是由块炼钢锻成的，这证明至迟在战国后期块炼渗碳钢的技术已在应用，

块炼铁质柔不坚，块炼钢虽经渗碳处理，变得较坚硬，但在生产上仍嫌不足。人

们在生产实践中又摸索出块炼钢的淬火工艺，这就进一步提高了块炼钢的机械性

能。上述燕下都出土的锻钢件，大部份是经过淬火处理的，这又表明在当时，人

们对淬火工艺也较熟悉了。

生铁的冶铸工艺，在原料、燃料上与块炼法基本一样。它们之间主要的差别

在冶炼温度的不同。块炼法的炉温大约在1000(C左右，离纯铁的熔点（1534(C）

相差很远，而生铁冶炼时，炉温达到了1100-1200(C。在冶炼中，被还原生成的

固态铁会吸收碳，这种吸收随着温度的升高，速度就会加快。

另一方面吸收碳后，铁的熔点随之降低，当含碳量达到2.0%时，熔点降至

1380(C；当含碳量达到4.3%时，熔点为最低，仅1146(C。在这种条件下，炉温

就可使铁熔化，从而得到了液态的生铁。液态生铁就可以直接浇铸成器，冶铸过

程简化了，就使铁器的生产有了大发展的可能。

江苏六合程桥东周墓出土的铁丸，洛阳出土的公元前五世纪的铁锛、铁铲都

是生铁器物，这证明在块炼法的同时，我国已出现生铁冶铸工艺。生铁与块炼铁

同时发展，是我国古代钢铁冶金技术发展的独特途径。世界上许多其他国家，从

块炼铁发展到生铁，大约经历了上千年的时间。就拿欧洲一些国家来说，虽很早

已有块炼铁，但出现生铁则在公元十三世纪末和十四世纪初。

生铁的生产效率高，铸造性能又较好，这为广泛使用铁器提供方便。在冶炼

生铁的初期，由于温度还不够高，硅含量也较低，致使生铁中的碳在冷却凝固时

不能成为石墨状态，而成为碳化三铁（Fe3C），与奥氏体状态的铁在1146(C共

晶。因此，炼出的生铁性脆而硬，铸造性能虽好，但强度不够，这种生铁，人们

称它为白口铁，它只能铸造某些农具。从河北兴隆燕国矿冶遗址出土的大批锄、

范等，就是由白口铁铸成的。

为了克服白口铁的脆性，在战国早期，人们就创造了白口铸铁柔化处理技术。

所谓柔化处理就是将白口铸铁长时间加热，使碳化铁分解为铁和石墨，消除了大

块的渗碳体，这对减少脆性、提高韧性可以起良好的作用。处理后的白口铁就变

成了展性铸铁。长沙出土的战国铁铲，辉县出土的战国中期铁带钩，易县燕下都

出土的战国晚期铁镢、锄等，都是属于这种展性铸铁。

汉代的钢铁冶炼技术

汉代的钢铁冶炼技术，在战国的基础上又有了长足的发展，勤劳的中国人民在

这方面又有了不少的创造和发明。

汉代铁金属在工业、农业和军事中的作用愈显重要，官府对冶铁业的管理越

加严格，汉武帝时任用孔仅为大农丞，将盐、铁、税利的巨业，收归官府经营管

理，实行一系列严格措施，使冶铁业得到空前的发展。孔氏家族原本是梁国的冶

铁商贾，素有经营冶铁的管理才能，所以他能在汉武帝时一跃而成为大司农丞要

职，在任职的短短十余年间，从组织管理到冶铁技术和农具的推广，做出了巨大

的努力，为汉武帝的雄才大略的扩展提供了雄厚的经济基础。

西汉时“百炼钢”的技术兴起，使钢的质量较前提高。这种初级阶段的百炼钢，

是在战国晚期块炼渗碳钢的基础上直接发展起来的，二者所用原料和渗碳方法都

相同，因而钢中都有较多的大块氧化铁-硅酸铁共晶夹杂物存在；但不同的是增

多了反复加热锻打的次数。锻打在这里不仅起着加工成型的作用，同时也起着使

夹杂物减少、细化和均匀化，晶粒细化的作用，显著地提高了钢的质量。

从河北满城一号西汉墓出土的刘胜佩剑、钢剑和错金宝刀，它们虽与易县燕

下都钢剑所用的冶炼原料相同，但金相检查表明，钢的质量却有显著的提高，它

正是“百炼刚”技术兴起的产物。

西汉中期以后，又出现炒钢。这是因为块炼铁虽然能制造渗碳钢，而产量不

大，效率很低，不能适应当时封建社会生产发展的需要，“供不应求”即生产量与

需要量的矛盾，促使出现了用生铁炒成为钢的新工艺。但是生铁的产量已相当大，

用生铁作为制钢原料，是炼钢史上的一次飞跃发展，也是一次重大的技术革新。

炒钢的产生，即将生铁炒到成为半液体半固体状态，并进行搅拌，利用铁矿

粉或空气中的氧，进行脱碳，借以达到需要的含碳量，再反复热锻，打成钢制品，

利用这种新工艺炼钢，既省去了烦难的渗碳工序，又能使钢的组织更加均匀，消

除了由块炼铁带来的严重影响性能的那种大共晶夹杂物，使质量大大提高。1974

年7月，山东苍山县东汉墓出土的东汉永初六年卅炼环首钢刀，经有关单位鉴定

就是用炒钢为原料，反复锻打而成的。

与此同时，百炼刚的原料也由原来的块炼铁，发展到用生铁炒成的钢或熟铁

做为原料，经过渗碳锻打而成。这样一来，原料的改变即铁基体有了变化，使钢

的质量也随之大大提高，从而百炼钢也发展到成熟阶段。

百炼钢虽然是汉代风行一时的炼钢工艺，但固体渗碳工序费工费时；而在炒

钢过程中控制钢的含碳量则是一个复杂的工艺，比较难以掌握控制。生产的发展，

必然要求进一步发展工艺简单、保证质量而成本较低的炼钢方法。为此在两晋南

北朝时期又出现了以灌钢为主的炼钢技术。

钢铁业在汉代的大发展，也从炼炉的形状及冶炼设备上反映出来。西汉时期

炼铁的竖炉就已得到发展，炉型有了扩大。炼铁已用石灰石作为熔剂。为了适应

竖炉加大的需要，对鼓风设备也进行了改革。早期开始用皮囊人力鼓风，既笨重

又不适用，后来在长期的生产实践中，劳动人民不断总结经验，创造出新，采用

畜力代替人力鼓风，出现了马排，但还远远不能满足高炉生产的需要。

公元31年，东汉后期南阳太守杜诗总结了南阳冶铁工人的实践经验，创造

了水力鼓风的“水排”。利用“水排”鼓风生产钢铁，比用人力、畜力鼓风“用力少，

见功多”。我国“水排”的出现比欧洲早一千二百多年。到魏晋时期，得到了更广

泛的应用。

南北朝以后钢铁业的发展

我国古代的钢铁冶炼技术，在封建社会前期的这些重大创造发明，历经南北朝以

后得到普遍推广，并且更趋成熟。

两晋南北朝时，新的灌钢技术兴起了。这种方法是先将生铁炒成熟铁，然后

同生铁一起加热，由于生铁的熔点低，易于熔化，待生铁熔化后，它便“灌”入熟

铁中，使熟铁增碳而得到钢。这样，只要配好生熟铁用量的比例，就能比较准确

地控制钢中含碳水平，再经过反复锻打，就可以得到质地均匀的钢材。这种方法

比较容易掌握，工效提高较大，因此南北朝以后成为主要炼钢方法。

关于灌钢的技术，南北朝南齐、梁时期的医学家兼炼丹家陶弘景（约452-536

年）就较早地记叙说：“钢铁是杂炼生鍒作刀镰者，生指生铁，鍒指熟铁，这就

是灌钢。稍晚一些时候，北齐的道士纂母怀文也是较早的灌钢的实践者之一。据

说他“造宿铁刀，其法烧生铁精，以重柔铤，数宿则成钢”。制成的刀还要用牲畜

尿和油脂进行淬火。尿中含盐，用以淬火，冷却能力比水高；油脂作淬火剂，高

温冷却快而低温冷却慢，可以减少钢件变形和脆性；适当地配合运用，能够获得

性能优越的淬钢件。灌钢技术在南北朝时已相当流行，这种方法是在炒钢的实践

过程中逐步发展起来的。

关于钢铁的热处理，其实早在南北朝以前，就已应用了由冷却方法的差别来

求得钢铁的不同硬度的淬火技术。在河北易县燕下都出土的战国时期的钢剑、钢

戟，就已用淬火处理。我国早期文献对此也有记载。这说明当时对淬火工艺已有

一定的规律性认识。

南北朝发明的灌钢这一技术，宋、元以来不断发展，成为主要的炼钢方法之

一。宋代的沈括在其《梦溪笔谈》中载有：“世间锻铁所谓钢铁者，用柔铁屈盘

之，乃以生铁陷其间，泥封炼之，锻令相入，谓之团钢，亦谓之灌钢”。在炼钢

炉中把熟铁条屈曲地盘绕着，把生铁块嵌在盘绕着的熟铁条之间，用泥把炉密封

起来烧炼，待炼成后再加锻打，这样，“灌钢”就炼成了。利用生铁的含碳量高和

熔点低可以在温度较低的时候先熔化，让生铁的铁液灌入四周盘绕的熟铁中，和

留存在熟铁内的氧化渣紧密地发生氧化还原作用，既使熟铁中的渣除去，又使所

含的碳达到适当的分量，而转变成为品质较纯的钢铁。

到了明代，这种灌钢的冶炼方法基本上一样，但操作略有不同。明末宋应星

著的《天工开物》（1637年）载：“凡钢铁炼法，用熟铁打成薄片如指头阔，长

寸半许，以铁片束包尖（夹）紧，生铁安置其上（原注：广南生铁名堕子钢者，

妙甚），又用破草覆盖其上（原注：粘带泥土者故不速化），泥涂其底下。

明代锻制生产工具时，采用了“生铁淋口”的方法，这种方法的原理是和灌钢

相同的。在《天工开物》上对此有详细的描述。这种方法是利用熔化的生铁，作

为熟铁的渗炭剂，使这种熟铁的刀口炼成钢铁。这一创造性的技术成就，现在应

用于一些小农具的生产上面。

生铁淋口的方法再发展一步，就产生了苏钢的冶炼方法。这种方法相传是苏

州炼钢工人首先发明的。它实际上是在灌钢基础上发展起来的卓越成就。

在炼钢方面，封建社会后期出现了把炼铁炉流出的铁水，直接流进炒铁炉里

炒成熟铁的做法，减少了一步再熔化的过程。这样就在钢铁冶炼史上出现了半连

续性系统。这一创造在《天工开物》中，不仅有详细的文字记载，而且还有图说

明。

在鼓风方面，北宋有一种可以移动的炼炉叫做行炉。在北宋《武经总要》中

有“行炉图”，其侧面出现了梯形木风箱，说明至迟在北宋时就已经发明了用盖板

开闭来鼓风的简单木风箱。在燃料上，宋代炼铁已十分普遍使用煤了。明代方以

智的《物理小识》则记载说：“……煤则各处产之，臭者烧熔而闭之成石，再凿

而入炉曰礁，可五日不灭火，煎矿煮石，殊为省力”。由此可见，至迟在明代不

但懂得炼焦，而且用焦炭进行冶炼了。

我国古代的钢铁冶炼史上每一项发明创造，无一不是劳动人民辛勤劳动的结

果，凝结着他们的智慧和血汗的结晶。

独特的中国钢铁冶炼

东西方的冶铁技术是循着不同的途径发展的。如果说西方早期的铁器文化是一

种锻铁的文化，那么中国早期的铁器文化是一种以铸铁为主的文化。

已知中国最早的铁器是河北出土的商代铁刃。后确认为是用含镍较高的陨铁

锻成。另外有同时代的北京平谷的陨铁刃，河南商末的铜兵铁刃。这些说明，原

始民族早期使用天然铁是具普遍性。

我国许多地区都有丰富的铁矿藏。特别是在中原地区，源远流长的古代青铜

技术的故乡，也是中国古代冶铁工艺的摇篮。

在公元前6世纪前后，中国就发明了生铁冶炼技术。尤其是在春秋战国时期，

块炼铁和生铁冶炼两种工艺，几乎是同时产生，这两种方法在我国历史上曾长期

平行发展，在不同情况下发挥各自的作用。

块炼铁的方法即"固体还原法"。从江苏六合县程桥东周墓出土的铁条，就是

块炼铁的产物。

在春秋末期和战国初期，以块炼铁为材料，在反复锻打块炼铁的实践中，人

们又总结出块炼铁渗碳成钢的经验。因块炼铁质柔不坚，渗碳块炼钢又太坚硬，

人们又发明了炼钢的淬火工艺，进一步提高了块炼钢的机械性能。在河北易县武

阳台村的燕下都遗址出土的19件铁器，大部分就是经过淬火处理的。块炼铁的

炉温大约1000℃左右，离纯铁的熔点（1534℃）相差甚远。生铁的冶铸工艺与

块炼法的差异在于，它的炉温达到1100－1200℃。在这种炉温下，通过被还原

生成的固态铁吸收碳，降低其熔点，从而得到液态的生铁，液态生铁可以直接浇

铸成器。江苏东周墓出土的铁丸，洛阳出土的铁锛、铁铲等，都是那个时期的生

铁器物。生铁的早期发明，是中国对世界冶金技术的杰出贡献。欧洲一些国家，

虽很早出现块炼铁，但出现生铁则是公元十三世纪末到十四世纪初。

铁器的较多使用，标志着新一代社会生产力的形成，春秋战国之交中国已进

入铁器时代。人们日常用语"陶治""就范""范围""模范"等也是由冶铸技术转变而

来的，取得普遍意义，在中国文学中表现铁匠形象也甚多。

从战国到西汉，生熟铁并用平行发展。早期的铸铁都是白口铁，铸造性能较

好。但碳是以化合碳的形式存在于铁中，导致生铁脆硬，不耐碰击。那么中国早

期冶铁匠师就面临双重难题，一是如欧洲古代铁匠那样使柔软的块铁变硬，另外

是设法使脆硬的白口铁变软。因此，在战国早期，人们就创造了白口铁柔化术。

即通过长时间加热，将白口铁中的碳化铁分解为铁和石墨，消除大块的渗碳体，

这对提高铁的柔性起了良好作用，而欧洲的铸铁柔化术是在１７世纪下期才出现

的。

战国中期以后，铁器已取代铜器成为主要的生产工具。《管子·海王篇》说：

"一女必有一针、一刀""耕者必有一耒、一（耒＋吕）、一铫"。"不尔而成者者，

天下无有。"正是铁器的普遍应用，才极大推动社会生产发展，使奴隶制向封建

制转变，造就了战国时期经济繁荣，百家争鸣的昌盛局面。邯郸等地以冶铁致富，

并设有专门管理炼铁的"铁官"，专门经营炼铁的"铁商"。

西汉，在块炼渗碳的基础上兴起了"百炼钢"技术。它的特点是增加了反复加

热锻打的次数，这样既可加工成型，又使夹杂物减少、细化和均匀化，大大提高

了钢的质量。如河北满城一号西汉墓土的刘胜佩剑、钢剑和错金宝刀，就是"百

炼钢"的产物。"百炼成钢""千锤百炼"成语由此而来。西汉中期，又出现了炒钢，

即将生铁炒到成为半液体半固体状态，并进行搅拌，利用铁矿物或空气中的氧进

行脱碳，借以达到需要的含碳量，再反复热锻，打成钢制品。这省去了烦难的渗

碳工序，又使钢的组织更加均匀。山东苍山县东汉墓出土的炼环首钢刀，就是用

炒钢锻打而成的。炒钢的发明，也打破了先前生铁不能转为熟铁的界限，使原先

各行其是的两个工艺系统得以沟通，成为统一的钢铁冶炼技术体系。这是继生铁

冶铸之后，中国古代钢铁技术史上又一重大事件。

从古铁器分析中，中国科学工作者，陆续发现了汉魏时期的球状石墨的铸铁

工具多件，引起了国内外学术界的重视，而球墨铸铁是现代科技的产物，是１９

４９年由英美学者发明的。经测定，西汉时期的石墨性状铸铁不逊于现代球墨铸

铁的同类材料，这是冶铸史上一件很有意义的事。

西晋南北朝时，新的灌钢技术出现。它是将生铁炒成熟铁，然后同生铁一起

加热，由于生铁的熔点低，易于熔化，待生铁熔化后，它便"灌"入熟铁中，使熟

铁增碳而得到钢。这种方法比生产炒钢容易掌握，也使钢铁技术较为完备，成为

南北朝以后的主要方法。

在汉代，钢铁业的发展通过多方面展现。如炉型有了扩大，用石灰石作熔剂，

风口也从一个发展到了多个，鼓风设备从以前的人力鼓风，畜力鼓风到创造了水

力鼓风的"水排"。这项发明比欧洲早一千二百多年。

从唐代到明代，是古代钢铁技术全面发展和定型的时期。唐宋时期实现了农

具从铸制改为锻制这一具有重大意义的历史性转变。以生铁冶炼──生铁炒炼熟

铁──生、熟铁合炼成钢为主干的钢铁工业体系趋于定型。

到了明代，采用了"生铁淋口"法锻制生产工具。这种方法的原理是和灌相同

的。这在宋应星的《天工开物》中有记载。另外，《天工开物》还描述了冶炼史

上的半连续性系统，即把炼铁炉流出的铁水，直接流进炒铁炉里炒成熟铁，从而

减少了再熔化的过程。这时，人们不仅懂得了炼焦，还用焦炭进行了冶炼。明代

中叶到清末，传统钢铁技术继续缓慢发展，生铁年产量达数十万吨。炼铁竖炉高

９米，佛山炼铁厂还采用装料机械（机车）代人力加料。

总之，在１８世纪中叶工业革命之前，中国冶铁工业的生产规模和技术水平

与当时的英法等国相比并不逊色，各领风骚。中国的封建制度发展到明代已进入

衰亡阶段，极端腐败的专制主义政治，庞大的官僚机构和腐朽的上层建筑，严重

束缚了生产的发展。明末矿税之害迫使各阶层人民群起反抗，阶级矛盾异常尖锐。

继起的清政府是镇压了农民起义和抗清斗争之后建立起来的，满汉地主阶级联合

专政的专制政府。康熙、雍正和乾隆三朝号称盛世历时１３４年（公元１６６１

－１７９５年）。但正在此时，西方爆发了工业革命，其工业、科技、军事实力

却以封建制度无法想象的速度发展起来，在很短时期就把中国抛在后面。而清政

府恰从雍正时代起顽固地实行闭关自守政策，自封天朝大国，对世界范围的重大

变化茫然无知，更谈不上采取措迎头赶上。在随后的帝国主义侵略和清廷卖国行

径的内外夹攻下，旧有的手工业和传统技术随之衰落，濒于破产和失传，曾经独

树一帜的中国冶炼工业也黯然失色，失去了建立独立的金属工业，使传统工艺发

展为现代金属技术的可能性。

纵观五千年的中国冶金技术，它的发生和发展，进退和起落都是和中华民族

的发生和发展、兴衰和荣辱息息相关的。

1、我国炼铁工业的发展简史

◆早在2500年前的春秋、战国时期，就已生产和使用铁器，逐步由青铜时代过渡到铁

器时代。

◆公元前513年，赵国铸的“刑鼎”。

◆1891年，清末洋务派首领张之洞首次在汉阳建造了两座日产lOOt生铁的高炉，迈出

了我国近代炼铁的第一步。

◆之后，先后在鞍山、本溪、石景山、太原、马鞍山、唐山等地修建了高炉。

◆l943年是我国解放前钢铁产量最高的一年(包括东三省在内)，生铁产量180万t，

钢产量90万t，居世界第十六位。

◆1949年，生铁年产量仅为25万t，钢年产量l5.8万t。

◆新中国成立后，我国于l953年生铁产量就达到了190万t，当时超过了历史最高

水平。

◆1957年生铁产量达到了597万t，高炉利用系数达到了l．321，我国在这一指标

上跨入世界先进行列(美国当时高炉利用系数为1.0)。

◆1958年生铁产量为l364万t。

◆1978年生铁产量突破了3000万t。

◆1988年生铁产量达到了6000万t。

◆1993年生铁产量为8000万t，跃居世界第二位。

◆1995年生铁产量为1亿t，居世界第一位。

◆1998年生铁产量为l．2亿t。

2、现代炼钢方法及其发展趋势

◆1855年英国冶金学家亨利·贝塞麦发明酸性空气底吹转炉炼钢方法。

◆平炉炼钢法由于用重油、成本高、冶炼周期长、热效率低等致命弱点，已基本上被

淘汰。

◆氧气转炉炼钢法以氧气顶吹转炉炼钢法为主，同时还有底吹氧气转炉炼钢法、顶底复

合吹炼氧气转炉炼钢法。

◆l996年我国钢产量已达到一亿多吨，其中氧气转炉炼钢法所炼钢约占70％。

◆2005年我国粗钢产量已达到3.49亿吨，其中氧气转炉炼钢法所炼钢约占75％。

◆电炉炼钢法以交流电弧炉炼钢为主，同时也有少部分直流电弧炉炼钢、感应炉炼钢及

电渣重熔等。

◆纵观国内外炼钢方法的发展，主要炼钢方法的总发展趋势是：转炉炼钢法大力发展，

成为最主要的炼钢方法；电炉炼钢法稳步发展、长兴不衰；平炉炼钢法则被淘汰。

◆目前炼钢的生产流程主要有以下两种：

铁水→铁水预处理→氧气转炉→初炼钢水→炉外精炼→连铸机→连铸坯

废钢→电弧炉→初炼钢水→炉外精炼→连铸机→连铸坯

在早期的文明国度和地区中，中国使用铜、铁等金属的年代相对说来是较晚的。

但是，由于中国在冶铸技术方面的发明和创新，使中国的冶金业很快就后来居上，

跃升于世界的前列，并为中国古代文明的高度发达奠定了坚实的物质基础。从这

里我们可以看到一个技术进步带动生产发展，并进而促进社会文明进步的典型范

例。

埃及大约在公元前5000年时开始进入青铜时代，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7000年时开始利用自然铜，公元前

4000年时开始进入青铜时代，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3300年时开始进入青铜时代，公元前1000年左右开始进入

铁器时代；印度大约在公元前2500年时开始进入青铜时代，公元前800年左右

开始进入铁器时代；而中国是在公元前1500年左右开始进入青铜时代，公元前

500年左右开始进入铁器时代的。

中国冶金史上的一个最突出的特点，是铸造技术占有重要的地位，以至于铸造既

作为成形工艺而存在，又成为冶炼工序中的一个组成部分，达到了“冶”与“铸”密

不可分的地步。因此在古代文献中往往是冶铸并称，并对中国文化产生了深刻的

影响。如常用词汇“模范”、“范围”、“陶冶”、“就范”等，都是由冶铸技术衍生而来

的。这种冶与铸密不可分的冶金传统，是古代世界上其它国家和地区所无法比拟

的。

1.青铜冶炼

被认为是中国古文明象征的商周到战国的青铜器，在某种意义上可以说是铸造技

术所造就的。中国开始冶炼青铜的时期虽然晚于西方约千余年，然而后来居上，

冶炼水平很快超过了西方。

从重875公斤的司母戊方鼎、精美的曾侯乙尊盘和大型的随县编钟群，以至大

量的礼器、日用器、车马器、兵器、生产工具等，可以看到当时中国已经非常熟

练地掌握了综合利用浑铸、分铸、失蜡法、锡焊、铜焊的铸造技术，在冶铸工艺

技术上已处于世界领先的地位。而《考工记》中所记载的：“金有六齐。六分其

金而锡居一，谓之钟鼎之齐。五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐。四分其金而锡

居一，谓之戈戟之齐。三分其金而锡居一，谓之大刃之齐。五分其金而锡居二，

谓之削杀矢之齐。金、锡半，谓之鉴燧之齐”，是世界上最早的合金配比的经验

性科学总结，表明当时中国已认识到合金成分与青铜的性能和用途之间的关系，

并已定量地控制铜锡的配比，以得到性能各异，适于不同用途的青铜合金。

《考工记》中还记载有：“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”，说明当时已掌握了

根据火焰的颜色，来判定青铜是否冶炼至精纯程度的知识，这是后世化学中火焰

鉴别法的滥觞。用以比喻工夫达到纯熟完美境界的成语“炉火纯青”，就是由此引

伸出来的。

在炼铜中的另一项重要成就是湿法炼铜，也叫胆铜法。这是利用炼丹家所发现的

铁对铜离子的置换反应，进行冶铜的方法。其工艺过程是把硫酸铜或碳酸铜（古

称曾青、胆矾、石胆等）溶于水，使成胆水，然后投铁块于溶液中，因铁的化学

性能比铜活泼，铁离子会置换出铜来。这是世界上最早的湿法冶金，宋代已用此

法进行大规模的炼铜生产。

2.铸铁冶炼

中国冶炼块铁的起始年代虽然迟至公元前6世纪，约比西方晚900年，然而冶

炼铸铁的技术却比欧洲早2000年。中国铸铁的发明出现在公元前5世纪，而欧

洲则迟至公元后的15世纪。由于铸铁的性能远高于块铁，所以真正的铁器时代

是从铸铁诞生后开始的。社会发展的历史表明，铸铁的出现是社会生产力提高和

社会进步的主要标志。中国从块铁到铸铁发明的过渡只用了约一个世纪的时间，

而西方则花费了近三千年的漫长路程。中国古代炼铁技术发展得如此迅速是世界

上绝无仅有的。英国著名科学史家贝尔纳说，这是世界炼铁史上的一个唯一的例

外。

由于生铁含碳量高，虽硬但脆，不耐碰击，易毁坏，为改进生铁的性能，中国古

代发明了一系列的生铁加工技术：

其中，首先是战国时期问世的铸铁柔化术。该项技术又分为两类，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。而在西方，白心韧性铸铁的

生产技术1722年方由法国人首次记述，黑心韧性铸铁是1831年才在美国问世

的。到汉代，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，中国从此成为世界上的先进钢

铁生产国。其产品亦随着中外交通贸易的发展，输运到周围各国以及中亚、西亚

和阿拉伯一带。

另一杰出的生铁加工技术是炒钢，它是中国古代由生铁变成钢或熟铁的主要方

法，大约发明于西汉后期。其法是把生铁加热成液态或半液态，并不断搅拌，使

生铁中的碳份和杂质不断氧化，从而得到钢或熟铁。河南巩县铁生沟和南阳瓦房

庄汉代冶铁遗址，都提供了汉代应用炒钢工艺的实物证据。东汉时成书的《太平

经》中也说：“有急乃后使工师击治石，求其中铁，烧冶之使成水，乃后使良工

万锻之，乃成莫耶。”“莫耶”乃古代宝剑之称。这段文字虽失之疏简，但不难看出，

它叙述的是由矿石冶炼得到生铁，再由生铁水经过炒炼，锻打成器的工艺过程。

炒钢工艺操作简便，原料易得，可以连续大规模生产，效率高，所得钢材或熟铁

的质量高，对中国古代钢铁生产和社会发展都有重要的意义。类似的技术，在欧

洲直至十八世纪中叶方由英国人发明。

中国古代的炼钢技术主要是百炼钢。自从西晋刘琨写下“何意百炼钢，化为绕指

柔”这一脍炙人口的诗句后，“千锤百炼”、“百炼成钢”便成为人们常用的成语。百

炼钢肇始于西汉早期的块炼渗碳钢，其后不断增加锻打次数而成定型的加工工

艺。到东汉、三国时，百炼钢工艺已相当成熟。上引《太平经》中的“万锻之，

乃成莫邪”，即是其生动的写照。曹操曾令工师制作“百辟利器”，曹丕的《典论·剑

铭》中说：“选兹良金（指铁），命彼国工，精而炼之，至于百辟”。刘备曾令“蒲

元造刀五千口，皆连环，及刃口刻七十二湅”。《古今注·舆服》亦说：“吴大帝有

宝剑三，……一曰百炼，二曰青犊，三曰漏景”。后世这一工艺一直被继承，并

不断得到发展。

此外，在1981年经中国学者关洪野等人对513件出土的汉魏时期铁器研究后表

明，中国早在两千多年前的汉代就已经发明了球墨铸铁，远远早于发达的欧洲国

家。目前，中国学者所做的结论已经得到了国际学术界的承认。

创始于魏晋南北朝时期的灌钢技术，是中国冶金史上的一项独创性发明。陶弘景

说：“钢铁是杂炼生柔作刀镰者”，北齐的綦母怀文“造宿铁刀，其法烧生铁精以重

柔铤，数宿则成刚”，说的就是灌钢技术。灌钢的工艺过程大致为，将熔化的生

铁与熟铁合炼，生铁中的碳份会向熟铁中扩散，并趋于均匀分布，且可去除部分

杂质，而成优质钢材。灌钢技术在宋以后不断被改进，减少了灌炼次数，以至一

次炼成。沈括在《梦溪笔谈》卷三说：“世间锻铁所谓钢铁者，用柔铁屈盘之，

乃以生铁陷其间，泥封炼之，锻令相入，谓之‘团钢’，亦谓之‘灌钢’”，并说“二三

炼则生铁自熟，仍是柔铁”，正反映了灌炼次数的减少。其中把柔铁屈盘起来是

为了增加生熟铁的接触面，提高灌钢的效率，并促使碳份分布更均匀；封泥则可

以促进造渣，去除杂质，并起保护作用。明代灌钢技术又进一步发展，据《天工

开物》卷十四记载，已把柔铁屈盘改为薄熟铁片，进一步增加了生熟铁的接触面，

加速“生熟相和，炼成则钢”的进程，泥封亦改为草泥混封。灌钢又称“抹钢”、“苏

钢”，其工艺自清至近代仍很盛行。在坩埚炼钢法发明之前，灌钢法是一种最先

进的炼钢技术。

铜、铁外，中国古代冶炼和使用的金属还有金、银、汞、铅、锡、锌等，其中锌

的炼制是中国首先发明的。中国在先秦的青铜中已把锌作为伴生矿加入铜合金

中，从汉代至元代更是有意识地把锌的氧化物“炉甘石”加入化铜炉中，以生产锌

为主要合金元素的铜合金黄铜。明代时，则开始了大规模地用炉甘石作原料提炼

金属锌。从十六世纪起，中国的锌便不断传进欧洲。欧洲到十七世纪才开始炼锌，

其工艺也是源自于中国。