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焦炭是用炼焦煤干馏而成的，为冶炼金属的优质燃料。我国炼焦和用焦的最早记载见于明末方以智的《物理小识》，他指出：煤各处都有，“臭者烧熔而闭之成石，再凿而入炉曰礁，可五日不绝火，煎矿煮石，殊为省力”。这里所说有臭味的煤，是指含挥发物较多的炼焦煤，把这种煤密闭起来烧熔，就成为坚硬的“礁”了。“礁”就是焦炭，用来冶炼矿石，效果很好。欧洲在18世纪初（1713年）英国人达比（Abraham Darby）才知炼焦，比我国晚约一个世纪。
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活塞式木风箱是对木扇的重大改进。它是利用活塞的推动，加大空气压力，自动开闭活门，连续供给较大的风压和风量，提高了冶炼强度，同时也为扩大炉的容积，增加产量，创造了必要条件。这比欧洲18世纪后期才使用的活塞式鼓风器至少要早一百多年。
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较大规模的铁场，在运送炉料方面已经使用了机车。如广州铁场开炉下铁矿时，“率以机车从山上飞掷以入炉”【13】，从而大大提高了劳动效率。
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图8－5 《天工开物》所载南方挖煤图
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炒钢工艺的新成就
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使生熟铁连续生产的工艺是明代冶铁技术上的一项重要成就。《天工开物》中有这方面的记载和插图。书中介绍说，若要炼熟铁，便应按生铁流向，在离炉子“数尺”远，和“低下数寸”的地方筑成一个“方塘”，四周砌“短墙”，让铁水流入塘内，几个人拿着“柳木棍”站在墙上，一个人迅速把用“污潮泥”制成的干粉末均匀撒播在铁水面上，另几个人就用“柳棍疾搅”，这样很快就“炒成熟铁”了。
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“污潮泥”或许是含有硅酸铁和氧化铁的泥土，用它能促使生铁中的碳氧化成二氧化碳。由于碳的含量减少，生铁就成熟铁了。另外，硅能与氧化铁化合而成一种渣，它能促使熟铁凝成较大的块。用“柳条疾搅”的目的在于扩大生铁和空气的接触面积，使生铁中所含的碳、硅、磷等杂质氧化掉一部分。
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这种将炼铁炉和炒钢炉串连起来使用，也就是使生熟铁能够连续生产的优点是很明显的，它可以免去生铁再熔化的过程，既降低了耗费，又提高了生产率。
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灌钢法的新发展
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灌钢法到明代又有了进一步的发展。新的灌钢法与沈括曾记述的方法有所不同：第一，不把生铁块嵌在盘绕的熟铁条中，而是放在捆紧的若干熟铁薄片上；第二，生熟铁相合加热时不用泥封，只用涂泥的草鞋覆盖。这在《物理小识》和《天工开物》中都有记载，而以《天工开物》的记载比较详细。宋应星写道：“凡钢铁炼法，用熟铁打成薄片如指头阔，长寸半许，以铁片包夹紧，生铁安置其上，又用破草覆盖其上，泥涂其底下，洪炉鼓鞲，火力到时，生钢（铁）先化，渗淋熟铁之中，两情投合，取出加锤，再炼再锤，不一而足，俗名团钢，亦曰灌钢者是也。”新灌钢法最大的优点是使生铁液能够均匀地灌到熟铁薄片的夹缝中，增加了生熟铁之间的接触面积，使生铁中的碳能更迅速均匀地渗入熟铁之中。另外，用涂泥的草鞋覆盖，可使生铁在还原气氛下逐渐熔化。唐顺之《武编》记载了两种“熟钢”制法，第一种和上述团钢法相同，第二种是“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”。这种制钢工艺和盛行于苏州、芜湖等处的“苏钢”相近。
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古代钢铁技术体系综述
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生铁的早期出现是我国古代钢铁技术发展最突出的特点也是优点，由此出发，产生了铸铁术、铁范铸造、铸铁柔化术、有球状石墨的高强度铸铁等一系列比欧洲早1500年乃至2000年以上的重要技术创造。从春秋战国之交到西汉前期，铸铁技术和制钢技术是循着各自的系统平行发展的。西汉中期以后，炒钢技术的发明，使这两个系统沟通了起来，进一步发扬了生铁的长处，逐步在高温液态冶炼大量生铁的基础上建立钢铁生产的工艺系统。钢不再是主要地依靠渗碳来获得，而是通过脱碳得到熟铁、低碳钢或者再和生铁合炼成含碳较高的钢。反映在农具制作上，一直到南北朝时期，仍以铸铁为主，形成了与欧洲不同的由泥范（或由泥范翻制铁范）铸作生铁农具再经柔化处理得到高强度铸铁农具的独特的生产技术。唐宋时期，随着炒钢技术的进一步推广和提高，农具渐由铸制改成锻制（犁铧除外）。唐代前期铸“天枢”时，因金属不敷应用，征收长安周围地区的农具来改铸，说明当时仍有相当部分农具是铸铁的。但到后期特别是到了宋代，例如扬州等地出土的铁耙、铁锄等，就都是锻制的了。这时的钢铁技术已趋于定型，形成了以“蒸石取铁”、“炒生为柔”、生熟相和、炼成则钢为主干，辅以块炼铁、坩埚炼铁、渗碳制钢、夹钢、贴钢、擦生等熔炼加工工艺的钢铁技术体系。它和欧洲古代长期使用块炼铁并用块炼铁渗碳得到钢的作法迥然不同，相反，正如英国李约瑟所指出的，中国古代以生铁为基础的钢铁技术恰恰是和现代钢铁生产所采用的工艺系统相一致的。这一体系到宋明两代已很成熟，成为普遍采用的常规工艺在许多文献中都有记载。随着资本主义萌芽在矿冶业中的出现，又产生了炼制焦炭和使用机车提送炉料等重大发明创造。可见，在产业革命之前，由于早期发明和充分使用了生铁熔铸、柔化和炒铁成钢这些先进技术，中国钢铁技术是长期处于领先地位的，并具备着向现代钢铁技术转化的条件。这个转化之没有能够实现，是封建制度的束缚和后来资本主义列强的侵略所造成的。
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图8－6 明代冶铁炉和炒钢炉串联使用
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最早的炼锌技术
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我国是用火法炼锌最早的国家，至迟在宋代即已冶制铜锌合金——黄铜了。欧洲在16世纪才知道锌是一种金属。18世纪前半，中国的炼锌法传入欧洲，欧洲才开始了炼锌的历史。
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锌在我国古代叫“倭铅”。《天工开物》中有关于炼倭铅的详细记载和插图。方法是把10斤炉甘石（即碳酸锌）装入一个“泥罐内”，然后“封裹泥固”，并把表面搞得很光滑，让它慢慢风干，切不可用火烤，以防“拆裂”。再一层层地用煤饼把装炉甘石的罐垫起来，在下面铺柴引火烧红，这时罐里的炉甘石就“熔化成团”。冷却后，“毁罐取出”就是“倭铅”了。这种方法和现在的横罐炼锌法相似。
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锌的冶炼是比较困难的，因为使氧化锌还原为锌的温度（1000℃以上）比锌的沸点（907℃）高，还原成气体状态的锌同空气或还原中产生的二氧化碳接触后会重新变成氧化锌。如果冶炼技术和设备不合要求，得到大量的金属锌是不容易的。关于锌在高温下容易挥发成气体的情况在《天工开物》中也有记述，说倭铅如果不和铜结合，“入火即成烟飞去”是完全正确的。
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图8－7 炼倭铅
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中国科学技术史稿（修订版） [:1701078209]
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四 黄河、大运河的治理和盐碱地的改造
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黄河的治理
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