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村汉代炒炼法皆属此类。本世纪五十年代，河南、山西等地都曾流行过一种“地炉”，筑炉于地面以下，状如缶形或直筒形，炉口与地面平直。冶炼时先放木炭煤炭，后放生铁，生铁需击碎，上面再盖以煤末。之后再点火、送风、封闭炉口。生铁接近熔化时，启开炉口，用铁棍或木棍不断地搅动金属。随着炒炼之进行，碳分不断降低，金属熔点升高，便粘结成一个海绵状固体块，之后夹出锤击，排除夹杂，并赋予一定形状，便是炒炼产品。南方一些省分又流行过一种“台炉”，筑炉于专门的炉台上，并有一个较大的加热兼炒炼空间。温州地区的炒炉以砖砌成，状如鸡笼，炉底接近地平面，炒炼室是一个不规则的长方形空间，炉子正面设一炉口，在此进料、操作、出钢，并由此逸出废气；鼓风从炉底进入，并正对炉底正中；操作法与地炉大同小异。湖南攸县也有类似的炉子温州炒炼工艺系1977年调查，攸县炒钢系1980年调查，当年皆在生产。单室式炒炼的优点是设备简单，缺点是因金属与燃料直接接触，所含有害夹杂往往较多。

2双室式炒炼，或叫反射炉倒焰炉炒炼。基本特点是燃料燃烧与金属熔炼各占一个独立的空间。燃料燃烧产生的高温火焰流越过火墙火道进入熔炼室，并加热金属，之后从炉门或专门设置的烟囱排出。因其金属不与燃料直接接触，就减少了有害杂质磷、硫进入其中的可能性。这种炼钢法的发明时间待考。1935年出版的中国实业志湖南省第七编说:“湘省邵阳、武冈、新宁、湘潭县之土法炼钢，由来已久。邵阳原名宝庆，所产之钢，称曰宝庆大条钢。邵阳附近之武冈、新宁出品，均集中于邵阳，业中人亦以宝庆大条钢名之。前清初叶，宝庆大条钢，极负盛名，而产之多，首推邵阳南乡。”因宝庆大条钢系倒焰炉所炼，由这段记载看，反射炉发明年代应在清代初叶以前。今在考古发掘中所见最早的倒焰窑是南京眼香庙发现的明洪武初年所建一排六座琉璃窑。南京博物院：明代南京聚宝山琉璃窑，文物1960年第2期。1958年，这种倒焰炉炼钢在我国南北许多地方都使用过。河南鲁山的炉子较为简单，两室左右相近，皆筑于地面以下，鼓风从燃烧室下部进入，后从炒炼室顶部进入炒炼室。西安的炉子又另是一个样，炒炼室筑于地面以下，燃烧室筑于地面以上，两室上下叠加，燃烧室底部正对炒炼室中心，风从燃烧室上部鼓入，再经由燃烧室底部火口直射到炒炼室中。燃烧室顶口用盖板封闭。科技卫生出版社编：土法低温炼钢第六编最简单的反射炉炼钢，1958年版。

3串联式炒炼。有关记载唯见于明代宋应星天工开物卷一四“铁”条:“若造熟铁，则生铁流出时，相连数尺内，低下数寸，筑一方塘，短墙抵之。其铁流入塘内，数人执持柳木棍排立墙上。先以污潮泥晒干。舂筛细罗如面，一人疾手撒63083；，众人柳棍疾搅，即时炒成熟铁。其柳棍每炒一次烧折二三寸，再用则又更之。炒过稍冷之时，或有就塘内斩划成方块者，或有提出挥椎打圆后货者。若浏阳诸冶，不知出此也。”图23此“污潮泥”很可能是造渣熔剂。这里谈到了串联式炒炼的全过程。此法的优点是生铁出炉后直接流入方塘炒炼，省去了生铁再加热的工序，从而节省了工时，降低了成本。

需要特别注意的是古代“熟铁”一词，宋应星在上述引文中曾两次提及，在其他古代文献中也经常看到，其含义与现代熟铁是不同的。古人没有含碳量的概念，区别生铁、钢、熟铁的主要依据是它的使用性能，硬且脆者为“生”，可锻者为“熟”，其性刚强者为钢。因炒炼过程是在半液态下进行的，渣铁分离较难，产品所含夹杂往往较多，即使含碳量较高，但其性不刚，也只能称作“熟铁”。元人伪撰格物粗谈卷下“偶记”条云:“地溲油又如泥，色黄金，气腥烈，柔铁烧赤投之二三次，刚可切玉。”此“柔铁”即“熟铁”。苏恭唐本草云:“柔铁也，即熟铁。”这是以材料性能来区分钢和“熟铁”的。苏颂图经本草云:“初炼去矿，用以铸泻器物者为生铁，再三销拍，可以作鍱者为鑐铁，亦谓之熟铁。”苏恭唐本草、苏颂图经本草皆引自本草纲目卷八“金石8226；铁”。这是以材料性能和冶炼工艺来区分钢、铁的。天工开物卷十四“铁”条:“凡铁分生熟，出炉未炒为生，既炒则熟。”这里单以冶炼工艺作为区分钢、铁的标准。有学者视古代“熟铁”与现代熟铁等同，把天工开物卷十四所载炒炼“熟铁”的工艺列入炼铁工艺中，这是欠妥的。我们以为，从含碳量上看，古代“熟铁”应与今可锻铁相当，即它应指含碳量为2以下的所有可以锻打的铁碳合金。何堂坤：关于明代炼钢技术的两个问题，自然科学史研究1988年第1期

三、百炼钢及其工艺实质

一百炼钢的产生和发展

如前所述，炒钢冶炼是在半液态下进行的，所以渣铁分离依然较难，只有通过反复锻打，才能进一步排除夹杂。在一定条件下，反复锻打的次数越多，夹杂排除越充分，钢的质量就越好，于是便产生出一种以“炼数”来标明钢铁质量的工艺。何堂坤：百炼钢及其工艺，科技史文集第13辑，上海科学技术出版社1985年版。

我国古代标以炼数的钢铁加工工艺约始见于东汉早、中期，最初有“卅湅”、“五十湅”等。1978年，徐州市铜山县收集到一枚五十湅钢剑。全长109厘米，剑把正面有21字错金铭文:“建初二年蜀郡西工官王愔造五十湅孙剑口。”“徐州市博物馆：徐州发现东汉建初二年五十湅钢剑，文物1979年第7期。建初”7684年系东汉章帝年号，“湅”同“炼”。1974年山东苍山县收集到一枚三十炼钢刀，全长1115厘米，刀背上有18字错金铭文:“永初六年五月丙午造卅湅大刀吉羊宜子孙。”“刘心健等：山东苍山发现东汉永初纪年铁刀，文物1974年第12期。永初”107113年系东汉安帝年号。此外，贞松堂集古遗文卷十五录有三把三十湅金马书刀，皆东汉和帝永元89105年年间广汉郡工官主制。其中一件的铭文为:“永元十六年广汉郡工官卅湅史成长荆守丞熹主。”这“卅湅”和“五十湅”实是“百炼”的早期形式。

从现有资料看，“百炼钢”说约出现于东汉晚期，至魏晋南北朝，这工艺便达到了比较繁盛的阶段。1961年，日本奈良县栎本东大寺山古墓出土百炼钢刀一枚，全长103厘米，背部有24字错金铭文:“中平五月丙午造作支刀百练清刚上应星宿辟不。”中平184189年系东汉灵帝年号。梅原末治：奈良县栎本乐大寺山古坟出土の汉中平纪年の铁刀口绘载说，考古学杂志48卷2号。这是今知最早的百炼钢实物。此时有关记载也多了起来。艺文类聚卷五十九引陈琳武军赋说:“铠则东胡阙巩，百炼精钢。”阙巩是甲名。太平御览卷三四五引曹操内诫令说，曹操曾作“百炼利器，以辟不祥”。晋崔豹古今注8226；舆服第一云:“吴大帝有宝刀三，一曰百炼，二曰青犊，三曰漏景”。太平御览卷三四六引陶弘景刀剑录云:“蜀主刘备令蒲元造刀五千口，皆连环，及刃口刻七十二湅。”可见魏、蜀、吴三国都制作过“百炼”或标以其他炼数的名刀利剑。晋书卷一三〇说，夏407431年赫连勃勃称王时，亦曾“造百炼钢刀，为龙雀大环”。太平御览卷六六五引陶弘景说:南朝有一种“横法刚”，也是“百炼”而成的。文人学士们也常以“百炼钢”作喻，其中最为脍炙人口的是刘琨重赠卢谌诗:“何意百炼钢，化为绕指柔。”

唐宋之后，因灌钢工艺的发展等原因，百炼钢有所减少，但这工艺形式却一直沿用下来。册府元龟卷一六九“帝王部”说五代有一种“九炼纯钢”，沈括梦溪笔谈说北宋磁州有百炼钢，宋周去非岭外代答卷六“蛮刀”条说到一种“卅湅”钢，明宋应星天工开物卷十“锤锻8226；斤斧”条、清黄冕飞炸弹炮说都谈到过“百炼”钢。百炼钢工艺还传到朝鲜和日本。日本奈良县石上神宫有传世七支刀，刀形如树枝状，单支均作剑形，是百济王为倭王制作的一种武器，剑身有镂金铭文33字:“泰四年五月十六日丙午，正阳造百练铁七支刀，世辟百兵，宜供侯王作。”“泰和”366371年为东晋废帝年号。熊本县船山古墓出土一把大钢刀，背上有嵌银铭文和马形图案，称“八十湅”，可能是公元五世纪之物。世界考古学大系第三册“日本”。百炼钢工艺对日本刀曾产生许多重要的影响。

二百炼钢的工艺操作

沈括梦溪笔谈卷三云:“予出使至磁州，锻坊观炼铁，方识真钢。凡铁之有钢者，如面中有筋，濯尽柔面，则面筋乃见，炼钢亦然。但取精铁锻之百余火，每锻称之，一锻一轻，至累锻而斤两不减，则纯钢也，虽百炼，不耗矣。此乃铁之精纯者，其色清明，磨莹之，则黯然青且黑，与常铁迥异。亦有炼之至尽而全无钢者，皆系地之所产。”此“精铁”指百炼钢原料，应是含碳量稍高，所含夹杂不十分多的铁碳合金。“一锻一轻”，应是不断去除夹杂，氧化铁皮不断产生并脱落之故。“累锻而斤两不减”应是相对而言的。“炼之至尽而全无钢”可能是含硫较多、产生热脆的缘故。这是我国古代文献中对百炼钢工艺和原理记述得最为详细的一段文字。可见“百炼”即是百锻，其中心环节是反复锻打，“百炼钢”就是去除夹杂后的一种“纯钢”。从现代技术原理看，反复锻打除了排除夹杂外，还可均匀成分、致密组织，有时亦可细化晶粒，从而极大地提高材料质量。许慎说文解字云:“锻，小冶也。”这是很有道理的。有学者认为“百炼”的中心环节是渗碳，百炼钢是一种渗碳钢；又有学者认为“百炼”的中心环节是脱碳，百炼钢是一种生铁脱碳炼钢，这都是一种误解。我们以为百炼过程中，金属含碳量虽可能有些变化，但此非百炼的目的。

关于“百炼”的具体操作，从多方面的资料来看，至少应包括三种类型:

1多层积叠锻合法，即把许多块料积叠并锻合在一起。这些原料的成分可以相同，也可以不同；积叠锻合后也可再次折叠。这有三方面资料可为佐证。

一是文献记载。据曹植宝刀赋云，建安中，曹操作宝刀五枚，曹操在内诫令中称此刀为“百炼利器”，在百辟刀令中又谓之“百辟刀”。“辟”者，襞也，多层积叠、反复折叠也。说明此“百辟”是“百炼”的一种具体方式。

二是实物资料。科学分析表明，永初六年“卅湅刀”和建初二年“五十湅”长剑金相组织都明显分层，前者在刃部取样含碳量约0607，夹杂物细薄分散，变形量较大，分布均匀，大体为30层左右。后者刃部组织分为三部分，中心部分约可分为15层，含碳量0708，组织均匀；两个边部对称，各有20层左右，含碳量不甚均匀，高碳部分为0607，低碳部分为0304，总计为50余层。柯俊等：中国古代的百炼钢，自然科学史研究1984年第4期。可见在早期百炼钢工艺中，炼数与组织层数之间存在一定关系。当然，未必所有百炼钢皆是如此，“百”当言多，而非严格的数字指数。

三是日本刀工艺。据研究，日本刀的皮部、心部往往都由多层积叠的材料锻合而成。皮部常用含碳量13左右的“玉钢”制作，先把玉钢锻成许多小块，后将其积叠锻合，再横向、纵向折叠，据说要反复折叠23次。心部常用含碳量稍低的“庖丁铁”与“玉钢”混合锻打，比例为2∶1。锻合后还要折叠10次以上。内田天夫：大日本刀剑新考，1934年，第297、298页。

2单料反复折叠锻合。未折叠前若材料为一层时，经`次折叠后，便会出现2n层。现代龙泉宝剑曾有“九炼”之说，“九”亦含“久”意，但实际锻打次数取决于原料质量和对产品性能的要求，通常要锻打半天。日本刀也有类似的操作，有人说新刀期要折叠15次，得到32768层组织；又有人说近世之日本刀不过折叠78次，得到128或256层组织本间顺治：日本刀，岩波书店1939年，第3436页。；在金相显微镜下，此组织有时能够分解，有时不能分辨。

3旋绕锻合法。魏源海国图志引黄冕飞炸弹炮说云:“用铁条烧熔百炼，逐渐旋绕成团，每五斤方能炼成一斤。”据调查，二十世纪三十年代以前，北京宝刀工艺中也有一种类似的操作，但其旋绕锻合的次数视情况而定。

百炼钢因制作艰难，金属收得率低，所以主要用作宝刀宝剑一类名贵器物，普通刃器和生产工具应用甚少