灌鋼法是我國古代煉鋼技術上的卓越成就,它的發明和推廣,對於增加鋼的產量,改善兵器、農具和手工工具的質量,都有著重大的意義,它是公元1740年以前世界上最先進的製鋼技術。
最早煉焦和用焦炭冶金
燃料在冶金生產中占有特殊的地位。它既是一種發熱劑,也是一種還原劑。既要為冶煉過程創造必要的高溫,也直接參與冶金的物理化學過程。因此,人們對冶金燃料提出了許多特殊要求。
人類最早使用的冶金燃料是木炭。木炭的優點是:第一,容易獲得。第二,氣孔度比較大,使料柱具有良好的透氣性。在鼓風能力不強、風壓不高的條件下,這點具有尤其重要的意義。第三,所含硫、磷等有害雜質比較低。一直到現在,木炭還是冶煉高級生鐵的理想燃料。
木炭的最大缺點是資源有限,所以人們一直在努力尋找新的燃料。首先找到的是煤。我國冶煉生鐵用煤的起始年代大約可以上推到南北朝時期。北魏酈道元(約466~527年)《水經注·河水篇》說,今新疆庫車縣北200裏有山,人們取山上的煤來冶煉山上的鐵,供給周圍的廣大地區使用。一般認為,宋代以後,冶煉用煤又有了一些發展。
但是用煤冶煉也有缺點:一是所含硫、磷等有害雜質成分比較高,它們在冶煉過程中會滲入生鐵而引起金屬加工過程中的熱脆和冷脆。二是所含其他雜質也比較多,因此煉渣多,爐子容易發生故障。三是煤的氣孔度小,熱穩定性能比較差,容易爆裂,影響料柱透氣性。於是人們又進行新的探索,終於找到了另一種冶金燃料,就是焦炭。焦炭是由煤幹餾得到的,它保留了煤的長處,避免了煤的缺點。直到現在,仍舊是冶金生產的主要燃料。
冶金用燃料由木炭到煤,由煤到焦,都是重大的轉變,這每一次轉變對冶金生產都產生過重大的影響。歐洲人到18世紀初才使用焦炭,才解決了冶煉用焦的問題。在生鐵冶煉用煤和冶金用焦上,我國都比歐洲早得多。
膽銅法
膽水煉銅,以我國為最早,是濕法冶金的起源,濕法冶金術的先驅,在世界冶金史上占有光輝的一頁。所謂膽銅法,就是把鐵放在膽礬(就是水合硫酸銅)溶液(俗稱膽水)裏使膽礬中的銅離子被金屬鐵所置換而成為單質鋼沉積下來的一種產銅方法。這種產銅方法有許多優點。它可以就地取材,在膽水多的地方設置銅場。設備比較簡單,技術操作容易,成本低,隻要把鐵薄片和碎塊放人膽水槽中,浸漬幾天,就能得到金屬銅的粉末。膽銅法可以在常溫下提取銅,不必像火法煉銅那樣需要高溫,這樣既節省大量燃料,又不必使用鼓風、熔煉等設備。膽銅法還可以使含有銅的貧礦和富礦都能作原料用。
在歐洲,濕法煉銅出現比較晚。15世紀50年代,人們把鐵片侵人硫酸銅溶液,偶爾看見銅出現在鐵表麵,還感到十分驚訝,更談不上應用這個原理來煉銅了。
古代三大鑄造技術一泥範鑄造、鐵範鑄造、融摸鑄造
我國古代金屬鑄造生產,不但曆史悠久,成就輝煌,而且具有廣泛的社會影響。今天經常運用的“模範”、“就範”、“模式”、“熔鑄”等詞語,就是由鑄造業的術語演變而來的。古代勞動人民經過長期的生產實踐,創造了具有我國民族特色的鑄造工藝。其中以泥範、鐵範、熔模鑄造最重要,成為古代三大鑄造技術。
泥範鑄造
我國在夏代已能用石範熔鑄青銅器,不過石範製作起來比較費事,又不耐高溫,所以逐漸改用泥範。到了商代,泥範已經大量使用。用泥範鑄造器物,是我國古代最主要、應用最普遍的鑄造方法。
商代早期的泥範,以比較簡單的兩合範、三合範為主,用來鑄造銅锛、銅鑿等小型生產工具及銅鈴、銅爵等小型日用工具。商代中期發展到使用多個型、芯組成的複合範,鑄造百斤以上的大型銅器。商代晚期的泥範結構更加複雜,世界著名的“司母戊大方鼎”,重875公斤,高1.33米,鼎身用8塊外範鑄成,鼎底用4塊外範鑄成。同時泥範的質量也提高了,晚商一些青銅器上麵的花紋和銘文,非常清晰,很難看出是用泥範鑄成的。西周晚期的泥範質量進一步提高,一副範可以鑄造數器,連續使用多次。春秋戰國時期鑄造工藝又有新的發展,普遍采用器身和附件分鑄的方法,能夠鑄造體型大、形狀複雜、花紋精細的青銅器。