铁窗打一个生肖篇外：冶铁发展史之铁丝

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铁丝在我国的发展历史较为模糊，主要因铁易生锈难以保存缺乏早期实物证据。

通过我国的冶铁发展史了解，早在冶铁技术之前，我国已经从陶冶时代的用火技术逐渐摸索并掌握了青铜器的冶铸。制陶所需的密封炉窑和鼓风技术，提供了完全可以达到铜熔点1084℃的高温，在加入铅和锡后熔点会更低，提炼出即有光泽便可供浇铸。在诸多考古发掘中，所出土的多为铸造青铜器而难见炼铜和锻铜，可知早期的冶金术多以铸造为主、锻造为辅。

值得注意的是，在冶铜过程中会无意混入与普通石头不易区别的铁矿石。通过木炭不完全燃烧的炉温800-1000℃左右，会炼出含碳量很低、杂质较多的海绵状铁块，再经过反复加热锻打去除杂质并吸收炭火中的碳后会形成块炼渗碳钢。

由于自然界不存在纯铁，自古冶铁所炼制的铁是铁碳合金，以含碳量多少来区别。

生铁是含碳量在2-5%的合金，其冶炼温度在1146-1300℃间。因含碳量多通常呈黑色，硬而脆，几乎无塑性。出炉时呈液态，以浇铸的办法铸造成型，也称铸铁。

含碳量在0.5%以下含有其他杂质的是块炼铁或熟铁，因含碳量低熔点较高，接近于纯铁的熔点1537℃。质地柔软易变形，强度硬度均较低，但塑性和延展性好，烧红后可以锻打成各种器物，也称锻铁。含碳量在0.5-2%而杂质少的是古人所称的钢，即中碳钢和高碳钢。因含有碳分而不含其他合金元素，也称之碳素钢。熔点在1400-1500℃间，性质坚韧而锋利，具备良好的塑性，适合锻造工具武器以及各种器械。

2009年，甘肃临潭陈旗磨沟遗址的考古发掘中发现了铁条和铁锈块两件铁器。根据铁条的金相组织、夹杂物元素组成特征以及墓葬年代的综合分析，判定铁条为块炼渗碳钢锻打而成，系人工冶铁制品，冶炼年代为公元前14世纪左右。这是目前我国境内出土最早的人工冶铁证据，将学术界公认我国人工冶铁的时间从西周晚期提前至早期商时期，对于研究中国冶铁技术的起源具有重要意义。

冶铁工艺较之冶铜要复杂很多，加之开采铁矿的难度远远高于开采铜矿等因素，早期冶炼和使用的铁是来自天上掉下来的陨铁。比如1972年河北藁城台西村商代遗址出土的铁刃铜钺，便是以天然陨铁锻造而成。陨铁是硬度极高的铁镍合金，其稀有性仅能将其用于器物刃部或者贵族的饰品。

1990年3月至1991年5月，河南三门峡虢国墓地（西周晚期）出土的玉柄铁剑、铜内铁援戈、铜骹铁叶矛，经北京科技大学冶金与材料史研究所鉴定，铜内铁援戈是块炼铁制品，玉柄铁剑和铜骹铁叶矛是块炼铁渗碳钢制品。在磨沟遗址未发现早期商时期的铁条之前，学术界长期认为块炼铁始于此。

《左传·昭公二十九年》（公元前 513 年)载：晋赵鞅、荀寅帅师城汝滨，遂赋晋国一鼓铁，以铸刑鼎，著范宣子所为刑书焉。 是我国最早关于使用铁制工具的文字记载，也是我国最早使用生铁铸造器物的记载。

范宣子所定制的刑书有多少字不得而知，但作为颁布成文法的工具，所铸成的铁鼎规模不会太小。尤其铸造大型有铭文的铁器，没有鼓风设备很难达到熔化铁矿石的炉温，也就不会用熔化的铁水来铸造铁器。

结合考古出土的早期铸铁器件，比如山西侯马天马曲村（西周晋侯墓地）出土的残铁块，是早期生铁产品的典型代表；陕西韩城梁带村芮国墓地（春秋早期）出土的块炼渗碳钢的铁刃铜器；江苏六合县程桥镇1号东周墓出土生铁铸造的铁丸、2号东周墓出土熟铁锻制的铁条；湖南长沙杨家山65号墓（春秋晚期）出土的钢剑，含碳量仅0.5%，剑身的反复锻打层约7-9层；尤其1976年在湖北大冶铜绿山古矿冶遗址发掘的三座炼铜竖炉，炉缸壁上有两个鼓风口，由此推测我国早期冶铁技术来源于发达的炼铜、铸铜技术。

由于含碳比例和冶炼温度的不同，铁碳合金的内部组织也就不同，冶炼出来的铁也就有所不同。

早期的炼炉小，鼓风设备差或者采取自然通风，炉温较低很难将铁矿石熔化。只能由铁矿石直接炼制出只能锻不能铸的块炼铁，需要反复锻打去除杂质成为块炼渗碳钢。虽然在春秋时期已经能用熟铁渗碳制钢锻造宝剑了，但工艺复杂成本高昂根本无法得到广泛使用。

当炼炉的温度最低达到1146℃时，炉温较高渗碳作用增长，铁在熔化中多吸收碳分降低熔点，则迅速熔化下沉炉底变成生铁水。可以进行铁器的浇铸。但生铁性脆硬易断裂，作为工具材料明显不占优势。

至少在春秋晚期，我国已经掌握了生铁冶炼和铸造技术，以生铁（生铁冶炼和铸造）与生铁制钢为主（块炼渗碳钢）的古代冶铁技术体系已初步确立。

进入战国以后，基于社会经济制度变革和战争的需要，推动了冶铁技术的发展。冶铁业进入到大规模的兴起和发展阶段，铁矿开采、冶炼以及铁器铸造开始成为关系国计民生的重要工业，铁器的普及成社会生产规模扩大和生产技术发展的推动力，在生产力发展过程中具有划时代的意义。

《吕氏春秋卷二十一.开春论.贵卒》载：赵氏攻中山。中山之人多力者曰吾丘鴪，衣铁甲操铁杖以战，而所击无不碎，所冲无不陷……这是中山国将铁兵器应用于古代战争的最早记录。不过也可以看出，中山国的力士吾丘鴪身穿铁甲手持铁杖，也只是作为个例出现在史书中，青铜在当时仍是制造兵器的主要材料。

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重要的是，基于炼铜铸铜技术的鼓风技术的革新以及内加热方法（即将铁矿和木炭一起加入炉中并鼓风燃烧来熔化）的发展，已经掌握了增加铸铁韧性的铸铁柔化处理技术-退火工艺。

比如河南洛阳灰坑出土的战国早期铁锛，显示出初步退火脱碳技术的应用；同时期出土的铁铲表层形成碳含量较高的黑心可锻铸铁组织，显示石墨化程度较低，技术还不很成熟。而河北易县燕下都遗址出土的铁锄，石墨呈絮状分布，表明退火技术已经趋于完善了。湖北大冶铜绿山古矿遗址出土的铁锛、铁锤等，经检测均为黑心可锻铸铁，证实铸铁柔化处理技术已经规模化推广了。

到战国晚期已普及淬火技术，将锻造的块炼渗碳钢烧红，突然浸入水中冷却，以提高硬度及耐磨性。比如河北易县燕下都武阳台村战国晚期遗址出土的钢剑，是典型的块炼渗碳钢叠打锻造，其刃部采取了淬火技术。退火工艺处理后的铁农具推动了农业深耕普及，亩产提升近一半；与淬火技术相结合生产的兵器兼具硬度和韧性，加速了青铜器的淘汰。

此时所掌握的铸铁柔化处理技术远远还达不到满足铁丝生产的要求，除了质量更高性能更稳定的钢铁外，最关键的拉丝技术，即粗金属棒或者条通过模具逐渐拉伸成为细丝的技术还不具备。不仅需要高精度拉丝模具，还得具备一定的拉拔设备和操作技巧，在炉温等因素还无法达到的前提下几乎是无法实现的。虽然早在商周时期的青铜器上就已经出现了金银丝的镶嵌工艺，主要采取的还是捶揲延展法。

西汉初期沿袭了纵民得钱铸、治铁、煮盐，官府把矿山开采权租借给商人，由商人缴纳一定租金，听任经营推动了铁器从贵族专属到民用普及的历史进程。历经六七十年的恢复发展，到汉武帝时期进入到一个持续保持相对繁荣的经济发展黄金时代。

通过盐铁官营后，垄断了优质铁矿资源实现资源集中调配，在设备升级、技术创新及政策推动下构建起完整的工业体系，标准规模化生产下冶铁技术实现了跨越式发展，工艺也日趋成熟。

因提高炉温不断革新的冶铁设备及鼓风冶铁技术，几乎所有的汉代文献提及冶铁无不称之冶铸或鼓铸。比如河南荥阳冶铁遗址（西汉中期至东汉早期）出土的椭圆形高炉，高度可达4-5米，炉膛内铺设耐火黏土，通过改变炉体结构扩大炉容（50立方米）并优化鼓风效率（双侧鼓风），使炉温稳定在1200℃以上，实现了液态生铁连续铸造。

同时也是最早开始使用煤炭进行冶铁的时代，虽未普及但作为最早的规模化尝试，奠定了后世煤炭成为冶铁的主流燃料。

铸铁柔化处理技术成熟并形成体系，淬火技术进一步发展出百炼钢技术，比如河北满城汉墓出土的刘胜（汉武帝异母兄）佩剑，采用的便为百炼钢工艺，折叠锻打30次以上，刃部淬火，兼具抗冲击和切割功能。

在此基础上发展的炒钢技术，打通了生铁、钢、熟铁之间的界限，可直接获得熟铁或者钢，生产效率比耗时费力的块炼法提升十倍。比如徐州汉楚王墓群狮子山汉墓（西汉早期）出土的21件铁器的金相学分析，生铁、铸铁脱碳钢和炒钢在西汉时期已经较为普遍，其中5件为炒钢制品是目前发现年代最早的。还有徐州铜山驼龙山汉墓（西汉中期）出土的五十炼钢剑和山东苍山汉墓（东汉）出土的卅炼环首钢刀，皆为反复加热锻打的优质炒钢。

到东汉时期，南阳太守发明的水利鼓风装置（水排）有效解决了人力鼓风的弊端。比如《吴越春秋》中记载了吴王阖闾铸造干将莫邪两把宝剑时，以童男童女三百人鼓囊装碳，方能金铁乃濡，遂以成剑。可见人太少是无法完成轮番操作鼓风，水利鼓风装置这项鼓风技术的革新大大节省了人力，实现了人力所不及的持续鼓风，高效解决了鼓风覆盖，可使炉温达1300℃，提升了质量及产量。

过去以水作冷却介质的淬火技术在东汉实现创新，先以冷却速度快的动物尿液中淬火，后在冷却速度小的动物油脂中淬火，这种双液淬火法替代了耗时费力的百炼钢方法。在增强兵器韧性减少断裂的同时，显著提高了制造效率。

《太平经》卷七十二记载：使工师击冶石，求其中铁烧冶之，使成水，乃后使良工万锻之，乃成莫邪耶 ，这是汉代关于炒钢的间接描述。基本上到东汉时期，铁兵器完全替代了铜兵器。到东汉末年，百炼钢工艺已经全面用于制造铠甲了。比如满城西汉中山靖王刘胜墓出土的鱼鳞甲，所用甲片高达二千八百五十九片，总重16.85公斤。

两汉时期的汉匈之战，铁兵器随大规模的战争需求巨大，尤其武帝时期动用兵力达十至二十万人，进一步推动了冶铁术的发展。《汉书·爰盎晁错传》中明确提出了汉军武器和步骑车兵战术的优势：若夫平原易地，轻车突骑，则匈奴之众易挠乱也；劲弩长戟，射疏及远，则匈奴之弓弗能格也；坚甲利刃，长短相杂，游弩往来，什伍俱前，则匈奴之兵弗能当也；材官驺发，矢道同的，则匈奴之革笥木荐弗能支也；下马地斗，剑戟相接，去就相薄，则匈奴之足弗能给也：此中国之长技也。

攻击性武器除了淬火的环首钢刀削铁如泥外，还有射程更远的远程武器弩机，采用穿透力强的三棱铁箭簇；防护性装备不仅有大型甲片编织的札甲，还有中小型甲片编织的鱼鳞甲，皆为铁甲。比如在浚稽山之战中，李陵率部以五千步兵射杀了上万匈奴骑兵，从铁器装备上的技术优势几乎是碾压式的降维打击。

汉代冶铁业发达，官营冶铁作坊大规模生产熟铁，推动了铁丝等衍生品的制造，尤其炒钢法的出现可以生产出较为柔软的低碳熟铁，突破了利用熟铁延展性强拉丝加工使用的材料基础。

汉代之前的金属拉丝加工主要应用于装饰，以金银等延展性较好熔点低（金1064℃、银:961.78℃、铜:1083℃）的材料为主。比如金缕玉衣所使用的金丝，直径仅0.08-0.13毫米，虽以手工拉拔，但足以证明当时金属冷加工技术已经达到较高的水平。不过从目前出土及整理的战国早期曾侯乙墓、战国中晚期燕国都城遗址、秦始皇陵、西安北郊汉墓、狮子山西汉楚王陵、广州南越王墓、山东齐王随葬坑、满城汉墓等甲胄实物资料中，组编甲片的连结物包括绳索、丝带、铜丝等，皆未见铁丝。通过铜丝来进行甲片组编的，也仅有秦始皇陵陪葬坑出土的石质甲胄。

炒钢技术虽己在汉代发明，但直到南北朝并没得到普遍应用，与之相适应铁器制作技术还以生铁铸造和退火处理技术为主。即是说，汉代时期从理论上可能采取捶揲法与拉丝工艺结合的方式制作出较粗的铁丝，但铁丝生产需要控制硬度与韧性的平衡，拉拔出符合质量和规格的铁丝基本很难实现。

关于百炼钢，在两汉之后的史书中记载屡见不鲜。比如曹植《宝刀赋》，建安中，家父魏王乃命有司造宝刀五枚，三年乃就，乃炽火炎炉，融铁挺英，乌获奋椎，欧冶是营。扇景风以激气，飞光鉴于天庭 ，形象描绘出冶炼宝刀时的场景。还有曹丕《典论》中选兹良金，命彼国工，精而炼之，至于百辟，以为三剑，以及建安七子之一的陈琳《武军赋》中的百炼精刚。到西晋之时，刘琨《重赠卢湛》诗中脍炙人口的何意百炼钢，化作绕指柔，以及《晋书.赫连勃勃载记》中所载制造龙雀大环的百炼钢刀，足见百炼钢技术的广泛使用。

由于百炼钢需要反复煅烧，费工费料且效率低下，炒钢的含碳量或者火候不易控制，在此基础上发展出灌钢法。灌钢的基本原理是把生铁和熟铁按一定比例配合起来冶炼，即杂炼生鍒。选用品位比较高的铁矿石，冶炼出优质生铁，将液态生铁浇注在熟铁上，经过几次熔炼后使熟铁渗碳成为钢，让生铁和熟铁宿在一起，所以炼出的钢被称为宿铁。

最早关于灌钢的记载是建安七子之一的王粲的《刀铭》，相时阴阳，制兹利兵，和诸色剂，考诸浊清；灌襞已数，质象已呈。附反载颖，舒中错形。说明东汉晚期的三国已经出现用灌钢来制作刀剑。

相较百炼钢，灌钢在整体强度、冲击韧性等方面性能更加优良，更重要的是生产效率更高。南北朝齐梁时期陶弘景的杂炼生鍒以作刀镰；以及《北齐书.綦母怀文传》中其法烧生铁精，以重柔铤，数宿则成刚，以柔铁为刀脊，浴以五牲之溺，淬以五牲之脂，冶金大师綦母怀文所造宿铁刀不仅采取灌钢技术，还使用了双液淬火法，能斩甲过三十札。

魏晋南北朝时期灌钢工艺主要应用于制造兵器，尤其是刀剑、手工工具及收割农具等，基于战争因素对武器和铁质农具的需求，冶铁业中军事手工业出现了一定程度的发展，相关铁制衍生品的制造相对比重较小。

隋唐时期冶铁技术进入到一个新的历史时期，铁器广泛应用于生产和生活的各个领域，与多民族统一的国家建立以及社会经济文化的安定繁荣密切相关。

首先从全国生铁采冶规模及产量而言，《新唐书·地理志》载唐朝三百二十八府一千五百七十三县中，有铁之县多达100以上。《新唐书·食货志》载唐宪宗元和初年（806），国库每年生铁收入207万斤，这与安史之乱后造成藩镇割据各地税收不解中央有关，盛唐时期的生铁产量可能会更高。

其次从考古发现的铁器而言，当时的铁器种类多样，数量众多。不仅有土木作业、农田耕作以及农作物收获加工的铁器具，以及几乎皆为钢铁制品的兵器武备，还有手工工具、度量衡器、车马机具、日用器具、宗教艺术品、丧葬用品、工程铸件、杂用器具等。

再者从冶炼技艺而言，大型铁铸件铸造技术成熟，比如蒲津渡唐大铁牛；铁器锻制技术的广泛应用，一改过去范铸为主、锻制辅之，形成以锻制为主、铸造辅助的铁器成型加工技术体系。尤其夹钢、包钢、贴钢等工艺的应用，所制陌刀的破甲能力能达令人惊惧的人马俱碎效果。

还有铁器在社会生产和社会生活中的应用进一步普及和扩展，涉及宗教、丧葬等，表明铁器进入到一个新的阶段。比如临汾大云寺的铁佛头，其造型与表情与同时期的佛教石造像别无二致，还有洛阳偃师杏园唐墓出土的兽面人身铁十二生肖俑，各种动物特点突出。

不过从唐代冶铁技术呈现锻铸分离的特征来看，铸造技艺趋于完善，锻造工艺尚属于转型期。虽已掌握精细金属丝的加工，比如法门寺地宫出土的鎏金双蛾团花纹镂空银香囊，但拉丝工艺仅限于熔点低的贵金属，加之工艺成本极高只能服务于皇室。尤其从出土的相关铁器获知，无外乎百炼钢与灌钢两种，仍以木炭为主要原料，含碳量波动较大，说明控温并不稳定难以实现铁丝的均匀拉拔。即便考古发现了长短大小种类不一的剪刀多属8字形的交股剪，依旧沿袭了锤揲法与拉丝工艺结合的方式。

唐代诗人贯休在《战城南》中提及的黄金锁子甲，其实和铁丝的应用密切相关。锁子甲是一种由金属小环紧密套扣相连、并连缀成衣形的铠甲形制。这种铠甲有着近似布帛可折叠的柔软效果，整体重量要小于相同防护效果的其它金属铠甲，号称甲之精细者。

迄今我国还没有出土锁子甲的记录，汉末曹魏时曹植《先帝赐臣铠表》中，先帝赐臣铠，黑光、明光各一具，两裆铠一领，环锁铠一领，马铠一领，今世以昇平，兵革无事，乞悉以付铠曹。环锁铠即锁子甲，这是有关锁子甲的最早的文献记载。

《晋书·吕光载记》记述前秦苻坚派吕光都督西讨诸军事，率兵七万，铁骑五千，以讨西域，进攻龟兹城时，胡便弓马，善矛槊，铠如连锁，射不可入，可知当时锁子甲在中原地区还较为罕见。

直至唐代才被列入《唐六典》十三种战甲之一，与白布甲皂绢甲等装饰性的甲具一样，作为礼仪典章之用。唐诗中描绘锁子甲的诸如李贺的奚骑黄铜连锁甲，罗旗香干金画叶、杜甫的雨抛金锁甲，苔卧绿沈枪、晚唐诗人曹邺的珑珑金锁甲，稍稍城乌绝等，这种用金属环编制的精良的锁子甲多由黄铜制作。

由于一件锁子甲的制造至少需要耗用数万枚金属锁环，多者则可达20万个，工艺复杂成本较高，能够拥有者只能是少数将领勋贵，在军队中也就不可能普遍装备。黄铜所制作的锁子甲已经属于较为珍贵的甲胄，以铁环所编制的锁子甲，除了锤揲、拉拔等技术外，还需除锈技术，更显珍贵稀有。

也即是说，多承袭两汉魏晋南北朝古法的隋唐时期虽实现了铁器在社会生活上的全面普及，在冶铁技术上并无特别的创新之处。即便是国力强盛经济繁荣的盛唐时期，依旧受限于生铁产量、焦炭冶炼、拉丝工艺及拉丝模具、退火工艺等，铁质细丝的技术及量产瓶颈还无法突破，也就无法达成普遍应用。

自唐末开始允许民营较大规模的冶铁后，两宋时期官营、官民合营、民营冶铁三者并存，尤其民营冶铁业的发展，带动了铁矿的采冶地区及铁产量的增加，为我国古代冶铁技术和铁制工具变革提供了坚实的基础。

先说铁的产量。

北宋时期在大的铁矿中心设四监，次要的矿区设十二冶和二十务，较小的矿区设二十五场。《宋史.食货志》载北宋初年各路的监、冶、务、场总采冶数有201处，到北宋中期不足百年的时间里发展到271处。《宋会要辑稿.食货三四之二十七》中记载的信州铅山矿区，常募集十万余人，昼夜采凿，得铜、铅数千万。尤其《续资治通鉴长编》卷二四零中，记载王安石变法后的广东岭水铜场常有十万人日夜从事开采。相较西汉时期全国每年有十万人攻山取铜铁，北宋时期一个铜场的人数便可达十万，可见当时北宋时期的采矿规模。

《宋史.食货志》载宋太宗至道末年间（995-997）国库每年生铁收入是574万斤，到宋真宗天禧末年（1017-1021）增加至629万斤，已远超唐宪宗元和时期的207万斤产量。《宋会要辑稿》载宋仁宗皇佑年间（1049-1054）国库每年生铁收入已经达724万斤，到宋英宗治平年间（1064-1067）再增至824万斤。宋神宗元丰元年（1078），由于王安石变法后推广了胆水浸铜技术，当年光炼铜所耗生铁高达650万斤，如果算上当年国库生铁收入的550万斤，当时全国的生铁产量高达1200万斤。

生铁产量能够得到大幅提升，主要与广泛使用煤炭有着密切的关系。

以郑州古荥汉代冶铁遗址一号高炉为例，据现代推断，每生产1吨生铁，约需要铁矿石2吨、石灰石130公斤、木炭7吨，也就是说矿石、燃料比高达1：3.5。如此惊人的消耗在人类能源利用史上可以说是空前绝后的，不但造成了冶炼成本高昂，而且对精耕细作的中国农业区来说，显然意味着对生态环境，特别是对森林植被的严重破坏。

冶铁技术发明后很长一段时期内，冶铁的主要燃料一直是木炭。汉代桓宽《盐铁论·禁耕篇》载：盐冶之处，大校皆依山川，近铁炭。这说明，一直以来，煮盐和冶铁等作坊都设在靠近林木资源丰富的地方，依山川之便，伐木取炭，作冶炼燃料。

宋以前金属冶炼普遍用木炭作燃料，主要是因为木炭易于获得，无需地下开矿，加之易燃烧，冶炼出来的铁含杂质较少。不过缺点也很明显，木炭燃烧的时间较短，需要不断往炉内补充木炭，炼炉的启闭更替燃料严重影响到炉温的提升。除此外，冶炼生铁每千斤耗用木炭可能要四、五千斤左右或更多，再用生铁炼制熟铁、钢制成各类器具、工具等，对木炭的需求之大可想而知。比如宋北咸平六年（1003年），户部东、西窑务阙柴薪，乞置场收市，沈括的《梦溪笔谈》中明确提到：今齐鲁间松林尽矣。渐至太行、京西、江南松山太半皆童矣，显然选择煤炭冶铁是传统燃料发生严重危机下的无奈之举。

以煤替木炭作为冶铁燃料虽解决了木炭短缺的问题，但比木炭作为冶铁燃料技术上要求更高。在鼓风能力不强、风压不高的条件下煤炭不易燃烧，必须强化鼓风才能充分发挥煤炭火力更强更耐烧的优点，从而提升炉温满足煤炭炼铁的需求。为加大风力提高风压创造出的木制风箱，在箱体结构巧妙设置的活门在双向的活塞运动中实现了正、逆向行程的持续鼓风，即便做的很大四人也可以拉曳。同时比皮制风囊更牢固，不会因风压太大而破裂。更重要的是风量充足，不论人力还是畜力、水力操作皆方便。这是鼓风技术上的创新，促进了炉内温度上升，提高了冶铁效率。

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北宋庆历四年（1044）编成的《武经总要》前集卷十二载，行炉熔铁汁，舁行于城上，以泼敌人。这种便于的移动行炉将炼炉和装有活门的木风箱一起安装于木架之上，既能当作熔炼设备又是一种守城武器。可知至少在北宋时期这种木风箱就已经出现，足以证明宋代冶铁技术的普及。

鼓风技术的革新显著提高了风压和持续的风量，充分燃烧的煤炭带来了更高的炉温，促进了冶铁炉型和结构上的改进。能够容纳更多矿石的合理炉型以及采用耐火材料提升炼炉质量的技术措施也随之出现，从而提升了冶炼效率加速了冶炼进程，为增加生铁产量奠定了坚实的基础。

一座高达近6米的巨大宋代高炉今天依然矗立在河北邯郸武安矿山村，炉体呈鼓形，炉底直径约3米，炉腹大于炉底，自炉腹至炉顶逐步收缩。炉壁厚度0.4-0.8米，以砾石和掺沙的耐火泥砌成。这种竖炉内形已经接近现代高炉，有利于炉气合理分布，改善炉况延长炉龄，是炼炉发展的重大改进。还有今河北邢台綦阳村的冶铁炉遗迹，残存的铁块有十七八块，每块约几吨重，足以证明当时冶炼炉的容积以及规模相当大了。

山西太原晋祠内保存有北宋绍圣四年（1097）铸造的铁人，采取的分节叠铸方法浇铸而成，姿态英武，衣纹转折流畅，前胸有铭文一人积德于百年，后裔承恩于四世清晰可见，足以证明当时冶炼生铁质量之高铸造技艺之高明。

百炼钢技术由于生产效率较低，至宋代基本已经不常见了。取而代之的是产生于魏晋南北朝时期的灌钢法，因生产效率更高得到了广泛使用。这种有生铁夹熟铁炼成者 提高了钢的强度和韧性，适合更精细的加工，促进了锻造技艺的进步。同时在宋时期在广南西路梧州等地冶铁，会杂有微量的铜，从而具备了防锈功能，这也是宋代冶铁技术的一项改进。

北宋时期以此法锻制的宝剑不仅可以挥剑一削，十钉皆截，还能用力屈之如钩。纵之铿然有声，复直如絃，甚至能达到屈置盒中，纵之复直的夸张地步。能锻造出如此弹性宝剑的原材料，完全具备了拉丝的性能。

不过以煤替代木炭也会带来炼炉内部容易粘结的问题，所冶炼的生铁含杂质较多，主要含硫量较高，质地硬脆不适合用来制造精细产品，更别论拉拔铁丝了。

在广东新会南宋冶铁遗址发现的白云石和石灰石，应该当时已经作为溶剂使用以减少含硫量。但检测河南安阳唐坡宋代冶铁遗址出土的九根大铁锭，含硫达到1.075％，远远高于汉代生铁的数十倍之多。还有1987年8月在广东阳江海域出水的一艘南宋早期木质沉船南海一号，这是迄今世界上发现的海上沉船年代最早、船体最大，保存最完整的远洋贸易货船，发现沉船上大量的铁锅和铁钉。铁锅的含硫量0.24%，铁钉因锻打成型，钉尖部为炒钢，含硫量不足0.01%。

《宋会要辑稿》中所记载的绍兴三十二年（1162），枢密院机速房奏报靖康初御前降到军器，经百余年全无损动，仰见祖宗时制造军器‚例皆精绝……近来军器所给到弓弩铠甲，往往经时未久已皆损坏，不堪使用。 说明提升生铁纯度而添加白云石作为熔剂的除硫技术并没有得到普及。

随着两宋时期商业经济的发展，生铁需求量巨大。《宋史》卷四六二记载，北宋初年京师开封有南北两作院，每年造铠甲、刀剑等三万二千件，弓弩院造各种兵器六百二十多万件。王安石变法时期特设军器监总管军器生产，京师设御前军器所服役兵卒上万人，军匠三千七百人。东西作坊工匠五千人，专门生产各种武器装备。到南宋时，单荆州地区一个月生产火炮两千门，以一门炮按三百斤铁计算，每月需要用铁六十万斤。

货币需求量激增，铸钱数量相比唐代增加十几倍之多。唐玄宗时期全国年铸钱三十二万七千贯，耗铜约二百万斤。王安石变化时期，每年铸钱五百余万贯，耗铜约三千一百五十万斤，铸铁钱八十八万贯，耗铁五百五十四万斤，几乎一半的铁产量被用于铸钱。

一些宗教艺术品也消耗大量金属材料，比如太原晋祠的铁人、铁狮。还有赵州桥在宋代修复时，河中府浮梁，用铁牛八维之，一牛且数万斤。

这也造就了拉丝工艺所需的优质钢铁紧缺，比如中国历史博物馆所藏宋代济南刘家功夫针铺印刷广告铜板，上刻济南刘家功夫针铺八字，中雕兔子捣药，左右两边刻反文认门前白兔儿为记，下面反刻收买上等钢条，造功夫细针，不误宅院使用，客转与贩，别有加饶，请记白等字。

由钢条变为细针，无疑需要采取拉丝和退火工艺的。宋少府监文思院有拔条作，内侍省造作有拽条作，以及《梦粱录》记载杭州有专门拉拔铁丝的铁线巷，可知当时完全可以生产用于工艺品或者生活用具的铁丝，不过依赖人力或者简单机械还无法实现现代冷拔工艺的精度和效率而已。

铁丝需手工弯折成复杂的造型，对工匠技艺的要求极高，技术传承多以家族作坊为主，通过父子传承保留核心工艺，生产规模效率较低，多用于高价值工艺品，可知铁丝的制作成本相当昂贵，而非日常消耗品。以制针为例，单针需要消耗2-3日工时，导致价格高昂，由于比较费功夫，故有功夫针和功夫细针之称。至于拉丝后成型的铁钉，即便是皇宫建筑也只会在必要的地方使用，至于在民用建筑上使用则十分罕见了。

还有金属环编织的锁子甲，《武经总要》前集卷十三载，甲有铁、皮、纸三等，……贵者铁则有锁甲，仍旧是一种珍稀的铠甲形制，其拥有者只能是极少数功勋将领，甚至一些官僚文士也几乎不知何为锁子甲。

以两宋时期的冶铁规模及产量、相关工艺上的创造革新，从理论上而言已经具备了规模批量化生产铁丝的能力。日益增长的商品经济以及军事、农业需求，追求生产效率而炼制的生铁多用于制造武器、发行货币和铸造贵重器物等，铁丝因其昂贵的制作成本仍无法实现在民间的广泛使用。

忽必烈元朝立国后，对于冶炼业的管理相当严格。雍正《山西通志》中记载元时设立总司提督煽取日万贯，令诸有丁力之家或三户或五户起炉一座，每日课收钞贯，止征铁数。 元朝昔里改牙的《大通冶辩》载：命有司给官铁鼓铸犁桦二万付，以劝斯民耕作之用。蒙辖差府吏外郎元君祥，交城县达鲁花赤张家奴进义舆予监支铁货。冶炼后所制成的铁不论工艺强度韧性皆由国家进行调配，连百姓的日用农具都是由官府统一铸造的。后期为适应社会发展的客观需求，不得不采取变通办法允许民间经营，改冶户纳课自治窑冶煽炼，官用铁货给价和买，使官民两便。然而民间经营并无保障，元廷随时可以收归官营，比如元贞二年（1296）的中书省奏罢百姓自备工本冶，官为兴煽发卖，以及大德七年（1303）定各处铁冶课，依盐法一体禁冶。

这种经济的结构性倒退的限制和防止民众反抗不准民间持有铁刃器的禁令，严重阻碍了民营冶铁业的发展。即便元代的冶铁业在继承宋金基础上有所发展并具备了相当的生产规模，冶铁技术并无突破性创新，主要还是作为军事物资以及供给皇室贵族、宗教所需。比如两宋时期还属珍稀的锁子甲， 《元史.舆服志》中记载已经在宫廷仪仗中作为制式装备使用了。还有蒙古骑兵横扫欧亚大陆，在武备上通过各种途径获得并吸收了中西亚的冶炼技术。比如《元史.百官志》中记载，诸色人匠总管府下设有镔铁局，专门冶炼镔铁以供军事。

至于铁丝，元代《梓人遗志》等文献记载了金属加工工具，但未明确描述拉丝工艺。可以断定此时期冷拔工艺尚未成熟，主要用于贵金属细丝加工。兼具韧性和延展性的铁丝仍旧属于稀缺性物资，很难在民间得到普遍应用。

进入明代以后，尤其明洪武二十八年（1395）朱元璋下诏停办官冶允许民营，降低税率每三十分取其二。宣德年间（1426-1435）重申各地原由民营的坑冶听民采取，不许禁约。由于放宽了限制，自此民营冶铁业快速发展。伴随着冶炼规模不断扩大，铁产量超过了历史上任何朝代的水平，冶铁技术也达到了前所未有的高度。

首先是生产规模及产量。

《明史》载：铁冶所，洪武五年置。江西进贤、新喻、分宜，湖广兴国、黄梅，山东莱芜，广东阳山，陕西巩昌，山西吉州二，太原、泽、潞各一，凡十三所。其后又增长沙、茶陵铁冶所各一处。到永乐时，四川龙州、湖广武昌、北直隶遵化，辽东三万卫皆设立铁冶所，铁矿开采和冶炼遍及全国各地。

明永乐初年的铁年产量已高达1957万斤，远超过此前历史上最高的北宋元丰元年（1078）。

《明英祖实录》卷三二九载，天顺五年（1461）陕西总兵官保定侯梁瑶请奏，胡寇犯边，正急用兵器。而陕西州县铁料缺甚……臣闻山西阳城县铁冶甚多，每年课铁不下五六十万斤。乞不为例，运十万斤至陕西给与各卫，速造兵器。仍令山西布政司自后每年运五万斤于曲沃县，陕西布政司遣人关领贮库，以备急用。按明铁课每三十分取其二，单山西阳城县的铁产量已经高达750万到900万斤，这个数字已经接近甚至超过部分北宋时期的年产量。

嘉靖元年至十三年（1522-1534），广东一布政司的年产铁量已达612万斤，如果加上其他十二个布政司及南北直隶的铁产量，其铁年产量是相当可观的。

其次是冶铁燃料的改进和采矿技术的进步。

自汉代开始使用煤炭进行冶铁的尝试后，到宋代已经普遍使用煤作冶铁燃料了。比如陆游《老学庵笔记》卷一载，北方多石炭，南方多木炭，而蜀又竹炭，烧巨竹为之，易燃，无烟，耐久，亦奇物。邛州出铁，烹炼利于竹炭，皆用牛车载以入城，予亲见之。

由于用煤火炼制的生铁含硫量较高，与用木炭锻炼成的铁质量相差悬殊，当时南方铁的质量要优于北方。直至明末，赵士帧的《神器谱》中还特意提到制统须用福建铁，他铁性燥不可用。炼铁，炭火为上，北方炭贵，不得已以煤火代之 故迸炸常多。

明代炼制成功焦炭并替代煤作冶炼燃料。焦炭经过蒸馏，除去了大部分挥发物，不仅避免了以煤炼铁含硫量高的缺点，透气性和燃烧性都比煤好，火力耐久且旺盛，更加适用于炼铁。

《明英宗实录》卷二七四载，自景泰七年（1456）十二月终以前，一应派办，除军需外其余额办皮张野味……引火木炭……黑石、燋炭……等料，除已徵在官者，仍令起解,未徵者尽行蠲免……这里的燋炭，即焦炭。初成于明崇祯十六年(1643)方以智编撰的《物理小识》载，煤则各处产之，臭者烧熔而闭之成石，再凿而入炉曰礁，可五日不绝灭，煎矿煮石，殊为省力。初刻于万历二十五年(1597) 李翊编撰的《戒庵漫笔》载，北京一带或者炼焦炭，备冶铸之用。 说明至少在明中期就已经掌握了炼焦技术，并普遍应用于炼铁。明代发明炼焦并应用于炼铁，具有非常重要的意义。

早期的采矿技术，主要沿用以锤敲击的方法。明成化二年（1466）进士陆容编撰的《菽园杂记》记载，旧取矿携尖铁鎚，今不用鎚尖，惟烧爆得矿。即火烧水漓法，先用火局部烧热矿床，随后以冷水淋石，利用热胀冷缩使矿石爆裂。河北《唐县志》中记载到万历二十年（1596），采矿时或用火爆石裂，鸟惊兽骇，若蹈汤火，可能当时已经采取火药爆破了。

再者是鼓风技术及高炉的改进。

初刊于明崇祯十年（1637）宋应星所撰的《天工开物》第8卷《冶铸》图谱上，普遍出现了利用活塞来鼓风的木风箱，这种利用活塞和活门的装置来推动和压缩空气的风箱，是在宋元时代称之木扇的简单活门木风箱发展而来，风量加大、风压提高、风向炉内穿透深入，其结构和近代所应用的鼓风设备几乎相差不多，堪称后期鼓风器的重大改进。

木炭机械性强度低，炼炉不可能太高，容量及产量都受到限制。自焦炭炼制成功后，鼓风技术的革新，炉温的升高，促使炼炉的高度增高、加大，从而产量及质量得到进一步提高。

明代的高炉称"大鉴炉"，其特点是高大的竖炉，普遍高于6米，大型风箱需要四到六人同时拉拽，可以连续操作、持续生产，直到完成冶炼计划而停炉。。从顶部加入木炭或焦炭、铁矿石、助熔剂等炉料。强力鼓风发生燃烧，炉温可达1400℃以上，铁熔化成液态降至炉底，自然分层积累到一定量。通过撇渣去除浮在表面的杂质，铁水从下部出铁槽流出，冷却后形成铸造生铁锭，过程和现代铸造生铁的工艺过程几乎一致。

还有一种便于移动的冶炼炉，由当时的高炉缩小而制成，如同宋代的行炉。《天工开物》中记载这是专门用来铸造千斤以下钟和大佛像的，"炉形如箕，铁条作骨，附泥做就。其下先以铁片圈筒，直透作两孔以受杠，穿其炉垫于土墩之上。各炉齐鼓鞴熔化，化后以两杠穿炉下，轻者两人，重者数人抬起，倾注模底孔中，甲炉既顷，乙炉疾继之，丙炉又疾继之，其中自然粘合。

随着炼炉的不断增高加大，人工通往炉顶加料的难度也就越来越大。明末遗民屈大均撰《广东新语》卷十五中，记载了验之以身经，征之以目睹的下铁矿时，与坚炭相杂，率以机车从山上飞掷以入炉，其焰烛天，黑浊之气数十里不散……。由此可知至少在明末，在我国广东便已经出现了装料机械。装料机械和焦煤炼铁的使用，被称之为我国传统钢铁技术向现代钢铁技术转变趋势的两个重要标志。

还有便是苏钢技术的出现。

相传苏钢是由江苏人发明的，故称之为"苏钢"，这种炼钢术是在灌钢冶炼技术上的改进。嘉靖年间著名抗倭英雄唐顺之辑录《武编.前编》卷五条载：熟钢无出处，以生铁合熟铁炼成，灌钢以熟铁片夹广铁，锅涂泥，入火而团之；或以生铁与熟铁并铸，待其极熟，生铁欲流，则以生铁于熟铁上，擦而入之，此钢合二铁，两经铸炼之手，复合为一，少沙土粪渣，故凡工炼之为易也，即苏钢冶炼法。

苏钢成分均匀富于延展性，苏钢成分均匀富于延展性，与近代工具钢几乎完全相似，是拉拔成丝以及制针、制钉等的最优钢材。

最后是与铁丝密切相关的冷加工技术。

明代内务府设有专门从事铁丝拉拔的拔丝作，所拉拔的铁丝按直径粗细分为黄豆、绿豆、高粱、黄米、小米、油丝、花丝、毛丝各种规格，可知明代的拉丝技术已经相当成熟。《广东新语》中明确记载，诸冶惟罗定大塘基炉铁最良，悉是锴铁，光润而柔，可拔之为线。

初刊于明崇祯十年（1637）《天工开物》中的铁模拉丝技术，凡针先捶铁为细条，用铁尺一根，锥成线眼，抽过条铁成线，逐寸断为针……明确了金属拉丝使用拔丝板（多孔模具）和人力或者畜力驱动，通过逐级拉拔将粗铁条加工为细丝。拉丝工具材质为高硬度金属，配合润滑剂以减少摩擦，可产生直径较为均匀的铁丝。主要用于编制锁子甲、工艺品及日常用具，比如鱼钩、针等。

1978年北京钢铁学院编写的《中国冶金简史》中，1973年在江西出土了明嘉靖三十二年（1553）间的细铁丝，经金相检验证明为冷拔钢丝。。

以锁子甲为例，《明会典·军器军装》载,洪武二十六年(1393 ),一次就造了锁子头盔六千副；敦煌馆藏的明代锁子甲，全身以直径约0.9厘米的铁环相扣紧密连接，制铁环的铁丝直径仅0.1厘米；《武编前集》卷6载各边军士役战,身荷锁甲战裙、遮臂等具,共重四十五斤，普通军士已经使用了锁子甲。也即是说，最晚至嘉靖年间冷加工技术已经成熟，铁丝进入到普遍应用阶段。

2018年前后，俄罗斯圣彼得堡国立大学东方系图书馆所藏一部康熙年间抄本的《铁冶志》重现于世，这部学界多认为已经失传的专著是根据明代遵化铁厂的生产状况和风土民俗等编纂而成。

遵化铁厂是明代规模最大、运营时间最长的官办铁厂，主要是供应北京工部制造军需用品。工部郎中傅俊在督理期间，搜集诸多资料编纂成世界首部钢铁业专著《铁冶志》。

《铁冶志》详细记载了明正德八年至九年（1513-1514）间遵化铁厂的经营以及冶铁制钢技术，对于明代冶铁技术的发展具有很高的史料价值。

炉冶篇对炼钢工艺的描述，炼钢铁者，先成熟铁，置白作炉，取生铁加于熟铁之上，鼓火以炼。俟其合下一出之，用钳钳制磨搽，以坚其合。如是者九，乃斧为数段，火烧而水漂之，而后钢铁成。与嘉靖年间唐顺之辑录的 《武编·前编》基本一致，说明苏钢技术在正德八年之前已经成熟。

炉冶篇对鼓风技术的记载：顶后为鞴室一区，高、广各八九尺，室置鞴二扇，扇后役夫二人，鼓其风，注于火。昼夜不暂停，虽风雨不避也。 鞴是中国古代冶金鼓风器的统称，扇即木扇，最早见于北宋《武经总要》行炉图。比如敦煌榆林窟西夏第３窟壁画《千手观音变》绘制了两个使用木扇鼓风锻铁的场景；元代《熬波图》铸造铁柈（盘）绘制了一座熔铁炉，两架风扇组，四人鼓风；还有元代王祯《农书》中水排图利用水流冲击水轮，带动连杆驱动木扇鼓风。也即是说，正德八年时期的鼓风技术处于从宋元时代称之木扇的简单活门木风箱向双作用活塞式风箱发展演进阶段，尚未普遍出现了利用活塞来鼓风的木风箱。

岁出篇记载：每炉每日用炭五千二百五十斤，郎中李统辖厂时阴较日晷而试之者，屡试皆符，较之前人所支实为省约。 结合史料万历年间《戒庵漫笔》再到崇祯年间的《物理小识》所载，正德八年遵化铁厂冶铁的燃料主要还是以木炭为主，也即是说焦煤冶铁的普及至少得到明代晚期才能够实现了。

明末清初，《佛山忠义乡志》所记载的冷加工拉拔技术已经非常成熟，法以生铁、废铁炼成熟铁，再加工抽拔成丝，能够小者如丝，大者如箸，有大缆、二缆、上绣、中绣、花绣等名，以别精粗，式式具备。

成书于乾隆三十年的《本草纲目拾遗》中，记载舶上铁丝……日久起销（锈）……所刮下之销末，名铁线粉，说明清代的铁丝已经作为日常材料存在了。

不过清代虽全面继承了明代后，却进一步强化了社会秩序的自给自足，对于商业、手工业以及海外贸易的束缚，尤其对于钢铁发展生产采取禁止商民自行开矿冶炼的诸多限制措施。比如《光绪大清会典事例》卷二四三中，康熙十四年（1675）闻开矿之事，甚无益于地方，嗣后有请开采者，悉不准行。不惜将矿课从明时三十分取其二提升至十取二，征催之使，急于星火，搜刮之令，密如牛毛，不论民愿与否，有派矿派税之苦。始清官为经理，岁有常课，逐步官给工本直接变为归本官自售了。到乾隆二十年（1755）时，全国合法的铁矿只剩下九十三处，其规模、产量已远远不及明代了。

也即是说，明代是我国古代冶铁史上的巅峰，代表了当时世界上最高的钢铁生产水平以及最先进的冶铁炼钢技术。铁丝从手工制作走向工业化、规模化的生产阶段，逐步进入到生产过剩才支撑起于社会生活的全面实用化和普遍化应用。

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