冶鐵技術
秦漢時期冶鑄生鐵的技術在春秋戰國時期廣泛發展的基礎上，又有了新的進步。西漢時期的豎爐已達到較高的水平和較大規模。從南陽鑄鐵遺址發掘出的爐底和爐壁耐火磚複原情況來看，豎爐高度為3～4米，直徑約2米。鄭州古滎鎮西漢中晚期冶鐵遺址發現有橢圓形高爐2座，其中一爐短軸約2.7米，長軸約4米，麵積約8.48平鄭州古滎鎮漢代冶鐵遺址一號高爐複原圖方米，高度可能達到5～6米，容積約50立方米。我國古代煉鐵高爐是從煉銅高爐的基礎上發展起來的。西漢初年的煉銅高爐也十分巨大。據南齊時劉悛的實地調查，“南廣郡界蒙山下有城名蒙城，可二頃地，有燒爐四所，高一丈、廣一丈五尺”，這就是漢文帝時鄧通冶銅鑄錢的作坊。
豎爐的爐體擴大，與鼓風技術的改進是有密切聯係的。山東滕縣宏道院出土的東漢畫像石中，有一方是描寫冶鐵勞動過程的，上有鼓風的圖像，其中鼓風大皮囊上排列有四根吊杆，右方下部是個風管。河南鞏縣鐵生溝、鄭州古滎鎮、南陽瓦房莊和鶴壁市的冶鐵遺址，均有鼓風風管出土。其中古滎鎮和瓦房莊發掘出的彎頭朝下的陶胎風管下側泥層已經燒熔，經實驗測定，燒熔溫度為1250～1280℃。漢代的高爐有四個風口，每個風口可能使用一排皮囊來鼓風，以提高爐內的溫度。當時鼓風設備有用人力的，稱為“人排”；有用馬力的，稱為“馬排”。至遲在西漢、東漢之交，又發明了“水排”，利用水力進行鼓風。據記載，東漢初年，南陽太守杜詩就使用水排於鼓鑄，結果“用力少，見功多，百姓便之”。中國發明水排的時間，要比歐洲早1200年。
東漢冶鐵畫像石從鐵生溝遺址，我們可以看到漢代耐火材料使用的進展。該遺址的煉爐多作半地穴式，上部用耐火磚壘砌，並在爐器抹以耐火拌草泥，有的爐底還墊有耐火土。耐火磚係由耐火黏土製成，其中摻有石英石和綠色岩石。其種類多樣，用在不同的煉爐及煉爐的不同部位，說明人們已經掌握了各種耐火材料的配製和使用的知識。鐵生溝遺址中發現有石灰石，此外對熔渣的化驗發現含有41.99%的CaO和3.22%的MgO，這是當時冶鐵已使用了堿性熔劑的證明。
由於煉鐵爐造得高大，結構有了改進，鼓風設備有了進步，爐溫得到了提高，到西漢中期我國又進一步能夠鑄造低矽的灰口生鐵。目東漢冶鐵鼓風機複原圖前經過科學鑒定的最早的灰口鐵出自河北滿城劉勝墓。在劉勝墓出土的鐵器中，對需要強度和韌性的鎪是用可鍛鑄鐵；而對需要承載能力、潤滑和耐磨性能的車的鐧（軸承）則用灰口鑄鐵。河南南陽瓦房莊漢代冶鐵遺址也出土有東漢用來澆鐵釜的灰口鐵澆口，經化驗，是高磷的灰口鐵，含磷0.7%。在河南澠池窖藏鐵器中，也有一部分是用灰口鑄鐵製成的，如箭頭範、鏵範以及鹵等。鏵範含碳2.31%，接近現代高強度鑄鐵（含碳2.8%～3%），但含矽量低，隻有0.21%。這些灰口鑄鐵的石墨片的大小和分布，都比較合理。說臥輪式水排圖明漢魏至北朝時期，我國先民在製造和控製灰口鑄鐵的工藝上，已經積累了豐富的經驗。現在生產灰口鑄鐵，其含矽量一般要求在1%～3.5%，因為矽能促使鑄鐵中碳變成片狀石墨而使其斷口呈暗灰色。如果含矽量低於1%，在一般生產條件下就很難獲得灰口鐵。而我國古代有過很多含矽量低於1%的灰口鑄鐵，看來是采用了一種特殊的技術。深入研究我國古代的這種技術，對於現代煉鐵也是很有意義的。
值得注意的是，鞏縣鐵生溝漢代冶鐵遺址中出土的一件鐵鑊，經檢驗，有形狀良好的球狀石墨，有明顯的石墨核心和放射性結構，與現行球墨鑄鐵國家標準一類A級石墨相當。類似的有球狀或球團狀石墨的鑄鐵生產工具已發現6件，這是我國古代鑄鐵技術的傑出成就，而現代球墨鑄鐵是1947年才研製成功的。現在製造球墨鑄鐵的新工藝，是在試驗使用金屬鎂和稀土金屬做球化劑成功以後，才得到推廣的。遠在漢代，當然不可能使用這種球化劑。因此進一步搞清楚當時製造球墨鑄鐵的工藝，對於今天改進鑄造的生產工藝，具有重要的現實意義。
漢代是我國冶鐵技術發展的一個高峰時期。當時已能生產白口生鐵、麻口生鐵、灰口生鐵以及白心、黑心可鍛鑄鐵，甚至還能生產與現代球墨鑄鐵金相組織極為相似的“中國古代球狀石墨鑄鐵”。除了合金鑄鐵和1947年研製成功的使用金屬鎂和稀土金屬做球化劑的球墨鑄鐵以外，當今世界上的生鐵產品仍然是這幾種。可見，我國漢代的煉鐵技術達到了成熟階段。
河北滄州的五代佛座——鐵獅
從出土的曆代生鐵器物來看，它主要是用來鑄造農具，發揮它質硬耐磨的特長。例如河北興隆出土的大批鐵範中不少就是用來鑄造農具的，有各種形式的鏟、鋤、鑊、鐮等小農具，也有比較大型的農具部件，如犁鏵和耬鏵。
生鐵應用在鑄造手工業工具方麵也很廣泛。例如河南輝縣固圍村戰國魏墓出土的95件鐵器中很多都是手工工具。此外，作為車輛零件的也不少，例如陝西西安禮泉出土了漢代的生鐵車官（車輛軸與轂之間的金屬圈）和齒輪、河南澠池出土了漢魏時期各種大小的成套軸承。生鐵雖不宜於製造帶刃的兵器和工具，但在宋代以後用於鑄造炮身之類的古代重型武器卻很廣泛。我國從南宋（12世紀初）開始，曆代注重鑄造大炮，炮嶴有的長達數米，重量從數百斤到數千斤。有的炮筒為多層套鑄，有的則內層以生鐵鑄，外層則鑄以青銅以防震裂。
生鐵在古代還用於製造度量衡中的鐵權。山東黃海之濱的文登縣便曾出土秦代的鐵權。
曆來用於建築方麵的生鐵也不少。例如西漢中山靖王劉勝墓的墓道外口有兩道夾牆，其間澆灌了鐵水，形成鐵門，嚴加密封；位於河北趙縣膠河上的著名的趙州橋，建造於隋代開皇至大業年間，至今完好，它之所以如此堅固耐久，也是因為石縫間澆鑄了鐵水；陝西乾縣唐代乾陵墓道砌石每塊之間也都采用了這種“冶金固隙”，經檢驗是在石塊之間鑿成串通的孔道，再注入生鐵水。
我國古代又常用生鐵鑄造大型器物，河北滄州古城的鐵獅子是五代後周廣順三年（953）用生鐵鑄件組裝而成的，獅身高3.9米，頭高1.5米，共高5.4米，身長6.8米，總重約十餘萬斤。經曆千年，保存下來，充分展示了中國古代生鐵的冶鑄的高超工藝水平。
煉鋼技術
塊煉鐵（或熟鐵）、生鐵和鋼，都是鐵碳合金，它們之間的主要差別在於含碳量的多少。塊煉鐵（或熟鐵）的含碳量低，生鐵的含碳量高，而鋼的含碳量則介於塊煉鐵（或熟鐵）和生鐵之間。因此，古代的煉鋼方法主要有兩種：如果用塊煉鐵（或熟鐵）做原料，就必須用滲碳技術以增加碳分；如果用生鐵做原料，就必須用脫碳技術以減少碳分。
我國古代煉鋼技術，大致興起於春秋晚期。1976年在湖南長沙出土了一口春秋末期的鋼劍，通長38.4厘米。用放大鏡觀察劍身斷麵，可以看出反複鍛打的層次，中部可以看出七至九層的迭打層。離劍鋒約8厘米處取樣分析，金相組織為含有球狀碳化鐵的鐵素體組織，組織較均勻，鐵素體晶粒平均直徑為0.003毫米。由碳化物的數量估計，原件係含碳量為0.5%左右的退火中碳鋼。
從文獻記載來看，春秋末年吳國和越國已能冶煉幹將、莫邪之類的鋼製寶劍。《吳越春秋》載：“幹將者，吳人也，與歐冶子同師，俱能為劍……莫邪，幹將之妻也，幹將作劍，采五山之鐵精，六合之金英……而金鐵之精，不消淪流，於是幹將不知其由……於是幹妻乃斷發剪爪，投入爐中，使童女童男三百人鼓橐裝炭，金鐵乃濡，遂以成劍，陽曰幹將，陰曰莫邪，陽作龜文，陰作漫理。”這些記載雖屬於傳說，但並不是憑空虛構的，所記原料經過精選、熔煉鍛製極費工力等項，符合早期製鋼的特點，說明吳越地區製鋼技術發展較早。