石器 ---(青)铜器 --- 铁器--- 是人类文明进化发展的几个显著阶段和分期。
殷商 是中国青铜器的顶峰,也是世界青铜器的顶峰, 但是 最早的铜,青铜器 不是中国最早产生的。
The earliest tin-alloy bronze dates to 4500 BCE in a Vinča culture site in Pločnik (Serbia)現在的東南歐洲.[6]
Other early examples date to the late 4th millennium BC in Susa (Iran) and
some ancient sites in China, Luristan (Iran) and Mesopotamia (Iraq).
铁器时代是继青铜时代之后的又一个时代。它以能够冶铁和制造铁器为标志,
人们最早知道的铁是陨石中的铁,陨铁,天然铁,含镍量极高,以陨铁制成工具。
大规模的铁制工具兵器 中国不是最早的国家, 但是中国的冶金术是高超的,
陨铁 浅表的 露天铁矿 是地域随机性的,谁遇谁得, 近水楼台先得月
不在一条起跑线上
最早的 冶炼铁=铸铁 生铁(不是锻 打铁)出自中国
英国科学史学家贝尔纳在他编著的《历史上的科学》(科学出版社,1959年)一书中说:
“在古时候作为金属的铁都有一个严重的缺点,就是炉中鼓风不够就熔不了它,
例外的是中国,早在公元前2世纪,中国已能铸铁。”
而在欧洲,“在14世纪,人们开始用水车带动风箱吹风,带动重锤打击矿石。由于炉内通风的加强,
得到的已不是可锻物,而是可熔物——生铁了。”
这说明中国生铁的出现比欧洲早1600年。
最早的 (中碳)钢 是 中国 产生的!那是公元前1世纪。
China[edit]
Historians debate whether bloomery-based ironworking ever spread to China from the Middle East. One theory suggests that metallurgy was introduced through Central Asia.[32]
The earliest cast iron 铸铁 artifacts dating to 5th century BC 公元前5世纪 were discovered by archaeologists in what is now modern Luhe County, Jiangsu 江苏 六合县 in China.
Cast iron was used in ancient China for warfare, agriculture, and architecture.[3] Around 500 BC, metalworkers in the southern state of Wu achieved a temperature of 1130°C. At this temperature, iron combines with 4.3% carbon and melts. The liquid iron can be castinto molds, a method far less laborious than individually forging each piece of iron from a bloom. This technology would be known in Europe from early medieval times on.[33]
Cast iron is rather brittle and unsuitable for striking implements. It can, however, be decarburized to steel or wrought iron by heating it in air for several days. In China, these ironworking methods spread northward, and by 300 BC, iron was the material of choice throughout China for most tools and weapons. A mass grave in Hebei province, 河北省 dated to the early 3rd century BC, 公元前3世纪早期, contains several soldiers buried with their weapons and other equipment. The artifacts recovered from this grave are variously made of wrought iron, cast iron, malleabilized cast iron, and quench-hardened steel, with only a few, probably ornamental, bronze weapons.
During the Han Dynasty (202 BC–220 AD), the government established ironworking as a state monopoly (yet repealed during the latter half of the dynasty, returned to private entrepreneurship) and built a series of large blast furnaces in Henan province, each capable of producing several tons of iron per day. By this time, Chinese metallurgists had discovered how to fine molten pig iron, stirring it in the open air until it lost its carbon and became wrought iron. (In modern Mandarin-Chinese, this process is now called chao, literally, stir frying.)
By the 1st century BC, Chinese metallurgists had found that wrought iron and cast iron could be melted together to yield an alloy of intermediate carbon content, that is, steel.[34][35][36] According to legend, the sword of Liu Bang, the first Han emperor, was made in this fashion. Some texts of the era mention "harmonizing the hard and the soft" in the context of ironworking; the phrase may refer to this process. Also, the ancient city of Wan (Nanyang) from the Han period forward was a major center of the iron and steel industry.[37] Along with their original methods of forging steel, the Chinese had also adopted the production methods of creating Wootz steel, an idea imported from India to China by the 5th century AD.[38] The Chinese during the ancient Han Dynasty were also the first to apply hydraulic power (i.e. a waterwheel) in working the inflatable bellows of the blast furnace. This was recorded in the year 31 AD, an innovation of the engineer Du Shi, Prefect of Nanyang.[39] Although Du Shi was the first to apply water power to bellows in metallurgy, the first drawn and printed illustration of its operation with water power came in 1313 AD, in the Yuan Dynasty era text called the Nong Shu.[40]
In the 11th century, there is evidence of the production of steel in Song China using two techniques: a "berganesque" method that produced inferior, heterogeneous steel and a precursor to the modern Bessemer process that utilized partial decarbonization via repeated forging under a cold blast.[41] By the 11th century, there was also a large amount of deforestation in China due to the iron industry's demands for charcoal.[42] However, by this time the Chinese had figured out how to use bituminous coke to replace the use of charcoal, and with this switch in resources many acres of prime timberland in China were spared.[42] This switch in resources from charcoal to coal was pioneered in Roman Britain by the 2nd century AD, although it was also practised in the continental Rhineland at the time.[43]
铁矿石是地壳主要组成成分之一。铁在自然界中分布是极广泛的,但是人类发现铁和利用铁却比黄金和铜要迟。这首先是由于天然单质状态的铁在地球上是找不到的,而且它容易氧化生锈,再加上它的熔点(1535℃)又比铜(1083℃)高得多,就使它比铜难以熔炼。
人类最早发现的铁是从天空落下的陨石。陨石中含铁的百分比很高(铁陨石中含铁90.85% ),是铁和镍、钴的混合物。考古学家曾经在今天伊拉克境内美索不达米亚乌尔城的古代苏美尔人坟墓中,发现一把陨铁制成的小斧。在埃及第五至第六王朝(公元前2400年前)的金字塔中所藏的宗教经文中,记述着当时太阳神等重要神像的宝座是用铁制成的。这显然也是从陨石中得来的,铁在当时被认为是带有神秘性的最珍贵的金属。埃及人干脆把铁叫做“天石”。阿拉伯人传说,天上的金雨落进沙漠里变成了黑色的铁。在古希腊文中,“星”和“铁”是同一个词。
1973年,在我国河北省藁城县(今藁城市)台西村商代遗址出土一件铜钺(yue,音岳,古代一种像斧头的兵器),上面镶有铁刃。铁刃虽已全部腐蚀,但经过科学鉴定,证明铁刃是用陨铁锻制的,因为铁中没有人工冶炼的硅酸盐等杂质,同时铁中含有镍和钴,尽管经过锻造和长期风化,镍和钴仍保留在铁中,呈高低层相间分布。这种层状分布的成分只能从高温每一万年冷却几度的条件下生成,而这个条件是人工无法达到的。
1931年,在我国河南浚县出土的商末周初的铁刃铜钺和铁援(“帮”的意思)铜戈各一件,解放前流入美国,现存华盛顿弗里尔艺术馆。国外学者对这两件铜件中的铁进行反复研究,判断是用陨铁锻成的。
1978年,在北京市平谷县南独乐河镇刘河村发掘一座商代墓葬,出土许多青铜器,其中引人注目的是一件古代铁刃铜钺,经鉴定铁刃中含有氧化镍,未见氧化钻,与藁城出土的那件铁刃铜钺有差别,但也是由陨铁锻成的。
这四件铁刃铜钺和铁援铜戈的出土不仅表明人类最早发现的铁是来自陨石,也说明我国劳动人民早在3300多年前就认识了铁,熟悉了铁的锻造性能,识别了铁与青铜在性质上的差别,并且把铁锻接到铜兵器上,加强铜的坚利性。
由于陨石来源极端稀少,从陨石中得来的铁对生产起不了什么作用。只是随着青铜熔炼技术的成熟,才逐渐为铁的冶炼技术发展创造了条件。虽然最初提炼出来的铁在硬度和防腐性能方面都不如青铜,但是由于铁矿在自然界中的分布要比铜广泛得多,而且铁器的坚韧性能毕竟比铜器高,因而使铁器代替青铜。
如果说公元前2000年是青铜时代的典型时期,那么公元前1000年对很多地方的居民来说,是由青铜时代到铁器时代的过渡时期。大约在公元前1500年左右,埃及、美索不达开始有了炼铁业;几百年后,希腊、小亚细亚也相继出现了炼铁业。但只是在公元前1000年前后,铁器在上述各国以及中国才基本上从日常用具中排挤了铜器、青铜器和石器而占据统治地位。这是一些历史学家们的论说。【如下图:古波斯人炼铁】
我国最早人工冶炼的铁是在春秋战国之交的时期出现的,距今大约2500年。江苏省六合县程桥镇春秋墓出土的铁条、铁丸和河南省洛阳市水泥制品厂战国早期灰坑中出土的铁锛(ben,削平木头用的平头斧)是能确定的我国最早的生铁工具,经金相检验,铁条属于早期的块炼铁,铁丸和铁锛是生铁。这些铁器证明我国在春秋晚期出现块炼铁的同时或稍后,就出现了生铁冶炼技术。人类在冶炼铁的过程中,最早因鼓风设备的限制,炼出的铁不能熔化,只是块状海绵体熟铁,性质柔软,可锻而不可铸,不宜制作硬度较高的工具,只是在提高炼铁炉的温度后,才能得到熔融的生铁,用于铸造。这些铁器证明我国在春秋晚期,或战国早期,已出现了生铁冶铸技术。我国生铁的发明是人类用铁的重大发展,也是我国劳动人民对人类作出的一项重大贡献。
英国科学史学家贝尔纳在他编著的《历史上的科学》(科学出版社,1959年)一书中说:“在古时候作为金属的铁都有一个严重的缺点,就是炉中鼓风不够就熔不了它,所以浇铸就留给青铜独用了。例外的是中国,早在公元前2世纪,中国已能铸铁。”而在欧洲,“在14世纪,人们开始用水车带动风箱吹风,带动重锤打击矿石。由于炉内通风的加强,得到的已不是可锻物,而是可熔物——生铁了。”这说明我国生铁的出现比欧洲早1600年。
我国炼钢技术发展也很早。汉朝赵晔著《吴越春秋.阖闾内传》中记载着:“阖闾请干将铸作名剑二枚。干将者吴人也,与欧冶子同师,俱能为剑,越前来献三枚,阖闾得而宝之。以故使剑匠作为二枚,一日干将,二日莫邪。……使童女童男三百人鼓囊装炭,金铁乃濡(ru,柔韧),遂以成剑。”阖闾(?~公元前496年)是春秋末年吴国君。这可见距今2000多年前,我国劳动人民已能炼钢,而且规模还不小。“囊”是古代鼓风用的皮囊。
1978年湖南省博物馆长沙铁路车站建设工程文物发掘队从一座古墓出土一口钢剑,从古墓随葬陶器的器形、纹饰以及墓葬的形制断定是春秋晚期的墓葬。这口剑所用的钢经分析是含碳量0.5%左右的中碳钢,金相组织比较均匀,说明可能还进行过热处理。
古代印度劳动人民的炼铁技术也是杰出的。至今竖立在印度德里附近一座清真寺大门后的铁柱,高22英尺(6.7米),上部直径12.5英寸(31.75厘米),下部直径16.5英寸(41.91厘米),重6吨多,柱上没有一点接缝,刻着铭文,说明它是在公元310年建立的【如下图:印度德里清真寺铁柱】。它经历了1000多年,在印度多雨高温气候情况下却没有锈蚀,说明它是相当纯的铁铸成的。当时如何生产出这样纯的铁,现代人也认为是一个奇迹。有人分析了它的成分,含铁量大于99.72%,其余是碳0.08%、硅0.046%、硫0.006%、磷0.114%。
我国古书中最早见到的“”字是在《诗经.秦风》中,有“驷驖孔阜”这一句。这里把黑色的马称为“驖”或“”。现在我们通用的“铁”字是“”的简化字。它的拉丁名称为ferrum,它的元素符号因此订为Fe。
现代高炉炼铁是逐渐由“碗”式、竖式炉演变而来。劳动人民在实践中认识到,加高炉身可以使燃料与矿石充分接触,节省燃料,更重要的是铁水和炉渣从炉底排出,燃料和矿石从炉口投入,可以使炼铁连续生产,一座炼铁炉一经开炉冶炼,就一直延续下去了。
现代炼钢,一直到19世纪中期,在欧洲还是采用一种搅拌法,是把生铁加热到熔化或半熔后在熔池中进行搅拌。这是借助搅拌时空气中的氧气将生铁中的碳氧化掉,正是1000多年前我国汉朝时代出现的炒钢法。1856年英国人贝塞麦创造了一种转炉炼钢法,成为现代炼钢的方法【如下图:我国古代炼铁(引自《天工开物》364页)】。
贝塞麦是一位浇铸工人,曾参加英、法与俄罗斯对抗的克里米亚(Cremean)战争(1835~1856),亲身体会到用生铁或熟铁制造的炮身经受不住火药的爆炸力,往往产生爆裂,促使他寻找一种生产钢的方法。他几经试验,终于在1856年在伦敦圣潘克拉斯(St.Pancras)建成一座炼钢炉。
这是一座固定式的容器,不可以转动,可盛放350千克铸铁,鼓入的气流压力为10~15磅力/英寸2。炉中反应强烈曾使贝塞麦大为吃惊,因为他没有估计到空气中的氧气与金属中的碳以及其他杂质反应放热的猛烈。幸好十分钟后,所有杂质已耗完,火焰平息,可以走进容器。经测定得到的是低碳的可锻铁。
不久,他就制成一种可转动的可倾倒式转炉,每炉可容5吨生铁,熔炼时间为一小时,大大缩短了搅拌炼钢的时间,更减少了搅拌操作所费的力气,开创了现代炼钢的新纪元。
贝塞麦在1856年8月11日宣布他的发明后受到热情赞扬,并获得丰厚的收入。但是人们很快便发觉到,用他发明的方法炼出来的钢锭由于氧化过度而生成氧化铁,同时生铁中的磷未能除去,使钢的质量很差。
关于钢中存在过量氧化铁的问题,由英国一位富有炼钢实践经验的马希特解决了,方法是在熔化了的金属中添加进称为镜铁的铁、锰和碳的合金。
除去铁矿石中磷的问题是炼钢中长期未能解决的难题。贝塞麦和其他所有炼钢炉的建造者一样,是用硅质材料作为炉衬。这种炉衬不会与磷被氧化的产物结合。到1878年英国一位法庭的书记员托马斯经过试验,证明用焙烧过的白云石和石灰黏结做衬里,不仅除去了磷,而且还产出宝贵的含磷肥料,被称为托马斯磷肥。
托马斯虽是一位法庭书记官,却热爱化学,利用业余时间在一所学校里进修化学课程。
随着工业发展,在生产建设和生活中出现大量废钢和废铁。这些废料在转炉中不能使用,于是出现了平炉炼钢,是由德国威廉.西门子和弗雷德里克.西门子兄弟以及法国彼尔.马丁兄弟同时创建的。时间是在19世纪60年代初。