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中国科学技术史稿（修订版） [:1701078208]
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三 先进的冶金技术
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空前的生产规模
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直到明末以前，我国的冶金技术，在采矿、冶铁、制钢、铸造、锻造和锌的冶炼等方面一直处于世界先进行列。
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明代的冶金生产，主要是铁、铜、锡、银、金、铅、锌等，产量和规模大都较宋元时期有所增长。洪武末年，朱元璋取消了限制民间开采铁矿的禁令，“令民得自采炼，每三十分取二”【9】，促进了民间炼铁业的发展。这时期炼铁的规模也是空前的，如遵化铁场的大鉴炉高1丈2尺，一炉可容矿砂两千多斤；正德四年（1509年）投入生产的炼铁炉10座，年产生铁49万斤，炒钢炉20座，年产熟铁21万斤，钢铁6万斤。河北省武安县发掘的明代炼铁炉高1丈9尺，内径7尺，外径10尺。明中叶以后较大的铁场至少有六七个1丈高的炼铁炉，小场也有三四个。一般大场佣工两三千人，小场也有千人左右。铁场多设在矿山、林区附近。有些铁场包括开山采矿、伐木烧炭、矿石冶炼、器具制造以及相互间的运输等，有科学合理的安排与布局，已经初具联合企业的雏形。经营这类大规模的铁场，“皆厚资商人出本，交给厂头，雇募匠作”【10】。生产铁制器具有铁锅和农具等。广东佛山是明代的重要铁产地之一，这里的铁矿品位高，质量好，致有“铁莫良于广铁”【11】之说。冶炼之后，就在附近的佛山镇铸造铁锅、铁线、铁钉、铁针等，佛山铁锅，驰名中外，远销南洋各地，是广州出口货物中的重要商品之一。
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图8－4 河北武安出土的明代炼铁炉
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江西德兴、铅山的铜场和在云南开采锡矿和银矿等的规模和产量也都很可观。清初云南的铜场又有很大发展，据记载“大场丁六七万，次亦万余”【12】。最大的汤丹铜场，产量最高年产1300万斤，可见规模是很大的。
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明代铸造的万钧钟（永乐年间，即1403—1424年铸的大钟，现存北京西郊大钟寺内，钟身高5.9米，外径3.3米，内径2.9米，重约42吨）和锻造的千钧锚，不论从铸、锻技术和生产规模看，在当时世界上都是比较先进的。
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采矿技术
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采矿技术，到了明代，除用铁锥、铁锤等敲打锤击之外，还使用“烧爆”和“火爆”法采矿。
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用“烧爆”法和“火爆”法采矿，见于记载的，如陆容在《菽园杂记》卷14中说：“旧取矿携尖铁及铁锤……今不用铁锤，惟烧爆得矿。”“烧爆”可能是用火烧矿床后，再用水淋，利用热胀冷缩的变化，使矿床爆裂，便于开采。至今在河南西部明清金矿矿洞里还有火烧矿体的遗迹。又如《唐县志》卷3记载明万历二十四年（1596年）用火爆法采矿时，有“山灵震裂”，“鸟惊兽骇，若蹈汤火”的描述。由此分析，该法可能是用火药爆破技术采矿，才能产生这样强大的爆破力。
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在采煤技术方面，宋代已有一套比较完整的技术措施。据鹤壁古煤矿遗迹，当时采煤是先由地面开凿圆形竖井，再依地下煤层的情况开掘巷道，然后把需要开采的煤层凿成若干小区。井下排水是用辘轳往外抽水，或把地下水引进采完的坑中贮积起来。关于采煤的文字记载以《天工开物》最为详细，书中记载：“凡取煤经历久者，从土面能辨有无之色，然后掘挖。深至五丈许，方始得煤。初见煤端时，毒气灼人。有将巨竹凿去中节，尖锐其末，插入炭中，其毒烟从竹中透上，人从其下施拾取者。或一井而下，炭纵横广有，则随其左右阔取。其上支板，以防压崩耳。”其中不但记述了找矿、采矿的情况，而且记述了排除瓦斯和防止塌陷的措施。
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焦炭、活塞式风箱和机车的使用
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冶金技术水平，与冶炼时的温度有很大关系。我国至迟在明代已发明炼焦法，并且改进了鼓风设备，这就增加了冶炼时的温度，炉子也可建得更高大，使冶金生产的质量和产量都有较大提高。
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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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