明朝科技史之矿冶

矿冶
　　（一）找矿与采矿技术
　　１。找煤
　　开采煤矿是离不开地质工作的。至迟在宋代，中国就已经在煤矿地质方面积累了相当丰富的知识，经常根据煤层的露头找煤。到了明代嘉靖以后，更有明显的发展。
　　赵承泽先生认为：这一时期，中国在煤矿地质方面的主要成就，是对含煤岩系中的一些岩层，有了更加清楚的认识，同时，也对含煤地区的地质变化，有了一定的了解；在世界上，首先提出辨认含煤岩系和含煤地区地质变化的重要意义，并且有了比较完整的勘察方法和勘察程序。
　　（１）有关煤田地质的认识第一，对于煤系岩层的了解含煤的地区，都是沉积岩的分布区。嘉靖以后，已经很了解这一规律，同时也了解沉积岩层中各种岩层的特点。因而在找煤时，首先即留神观察所欲勘察的地方是否有属于沉积岩层的某些岩层。
　　孙廷铨《颜山杂记》卷四： 凡脉炭者，视其山石。数石则行，青石、砂石则否……避其沁水之潦。……往而获之，为良工。脉炭者 ，是指找煤的人。 脉 是矿层的统称，见《宋史？食货志》和《天工开物》等书。数石、青石和砂石，都是属于沉积岩的岩石名称。这里砂石就是砂岩，一望可知。问题是青石和数石指什么。据《本草纲目》和《山西通志》，青石实即石灰岩。《本草纲目》石灰条引苏颂曰：（石灰）所在，近山处皆有之，烧青石为灰也。又名石煅。从上面记载，可以很清楚地看出青石即石灰石。至于数石，实即页岩，因为页岩均具有薄层状或页状结构，而且层迭不已，故名页岩。而数石的数应读如朔，频数也。
　　含义也与页岩之义相同。言其层次既密且多，频数不穷。
　　《颜山杂记》的这段话，有两层含义：其一，在找煤时，必须先观察所欲勘察的地方的岩层性质，是否属于沉积岩的这几种岩层。所谓 凡脉炭者，视其山石 ，就是这个意思。
　　其二，在找煤时，注意寻找能夹生煤层的页岩。我们知道当煤层生成之初，其上和其下，都有一定厚度的土壤层。所以煤层的顶板和底板，一般的都是页岩。所谓 数石则行 ，就是说，凡欲找煤，必须看看是否有页岩存在。只有从页岩中，才能找到。
　　第二，寻找露头由于地质变化，煤层往往都有露头。露头是找煤的最好标志。这一时期的采煤工作者也用找露头的办法找煤。
　　《天工开物？燔石》： 凡煤炭普天皆生。……凡取煤久者，从土面能辨有无之色。 又《物理小识》卷七： （石炭）外记孛露，有土能燃，可作炭用。 外记即露头。凡是接近地表的煤层，必定风化，而且愈靠上的部分，风化的愈剧烈。甚至疏散如末，与泥土混杂，变成黑土之状。这段话对煤层露头的形容，比上一段更清楚更贴切。
　　寻找露头，必须有一定的范围。《颜山杂记》在叙述脉炭者须视其山石的种类之后，接着又说： 察其土有黑苗。 苗是明以前矿层露头的通称。煤层露头是黑色的，故名之黑苗。
　　第三，对比煤层现在的地质工作者找煤时，常常使用对比煤层的方法。嘉靖时期的找煤，也使用过同类的方法。《颜山杂记》在说了上引的两段话之后，又说：测其石之层数。……因上以知下，因远以知近。往而获之，为良工。
　　利用煤层对比找煤，一般须了解各个煤系的叠积层序，并且选择标志层。
　　这段话里的 因上因远 ，就暗示着当时不仅已知煤系具有旋回构造的规律，而且业已观察到所有的煤系都围绕着旋回构造而具有各自的叠积层序。这说明当时已具有用煤层对比找煤的能力。
　　《颜山杂记》有关对比的这段话，说的虽然也比较简单，但把对比的意义和方法都扼要的包括进去了。所谓 测其石之层数 ， 因上以知下，因远以知近 ，就是说：只要在一个地方发现煤层，看清其旋回的岩层次序，并且找出标志层，再在同一地区的其他地方，寻找是否有和已知旋回以及标志层相同的地层。如果有，不必看见全貌，便能根据其上覆岩层，判断下面是否有煤。不论远近，都能找到。
　　（２）有关矿井地质的认识这一时期在煤矿矿井地质方面，也有一定的成就。业已认识到矿井地质变化和矿井开采的关系。非常重视观察和了解矿井范围内的地质构造。
　　第一，对于断层的了解。从记载看，当时已对含煤地区的断层有了相当深刻的认识。《颜山杂记？矿物志》： （凡炭脉）正行而忽结，磻石阻其前，非曲凿旁达，不可以通，谓之盘锢. 盘锢 即断层。是说：煤层本来很好，忽而错动，出现断层。若遇这种情形，只有另开新井或另打石门，才能辗转达于煤层，继续开采。
　　第二，对于鸡窝煤的了解。这一时期也认识到鸡窝煤对于开采的影响。
　　《颜山杂记》卷四： （炭）脉乍大乍细，窝窝螺螺，若或得之而骤竭，谓之鸡窝。（鸡窝与盘锢）
　　二者皆井病也。　鸡窝 即鸡窝煤。这个名词现在仍然在许多矿山流行。鸡窝煤是在地质变化比较剧烈的情况下产生的。储量有限，不易开采。所以当时才把它和断层等同，一律视为 井病.第三，对于不规则底板的了解。《颜山杂记》还谈到不规则的煤层底板，对于煤矿开采的影响： 凡井得炭，……循山旁行，而不得平，一足高，一足下，谓之仄墄. 墄 ，阶梯也。明代借用为煤矿中上下山之名，详见下文。而仄墄则是煤矿底板隆起和凹陷的专名词。 一足高，一足下，谓之仄墄 ，是说如果底板的变化太剧烈，有许多隆起和凹陷，也是很不利于开采的。 仄 字即形容其倾侧不平之状。
　　第四，对于石灰岩涌水的认识。《颜山杂记》卷四还谈到含煤地区的石灰岩层涌水，对于开采的影响： 凡脉炭者，……避其沁水之潦。 我们知道煤矿中的水的来源，大致是地下水、老塘水和含水岩层。这段话的 沁水 则是专指石灰岩的涌水。
　　按孙廷铨是明末清初的山东益都人，《颜山杂记》就是他为家乡颜神镇写的志书。据近代地质调查，博山煤系含有较厚的石灰岩层，且均位于其主要煤层之侧。一般多因风化而呈现较多龟裂，空洞中俱有大量贮水。如果不慎，误行掘通，便立即促成井下出水，这是采煤业的最大威胁之一。《颜山杂记》的这段话，是在论述找煤而观察岩层的种类同时说起的，自然是隐谓博山地区的石灰岩层无疑。说明当时对于石灰岩层的特点和可能产生的结果，也有深刻的认识。
　　以上是这一时期对于所谓 井病 的一些论述。这些论述都是很难得的史料。尤其最后一段，更具有较大的意义。断层、鸡窝、不规则底板和石灰岩涌水都是煤矿开采中的有害因素。如若处理不当，常易产生严重的后果。
　　这一时期对待这些 井病 的办法，很少见于记载。可知的，就是这一段话提到的对待石灰岩涌水的 避 字。所谓避的含义，是说在开采之前，必须先搞清石灰岩的分布情况，也就是先搞清矿井的地质情况，以便防止出水。
　　这当是这一时期对待这种井病的最主要的手段，至于对待其他井病，大概也是如此。
　　２。盐井我国井盐生产历史悠久，战国时已开始凿井煮盐，历代相承，不断发展，在长期生产实践中积累了一系列的发明创造，如开凿深井、天然气煮盐、管道输卤、煮盐工艺等，在当时是很先进的。
　　白广美先生经过深入探讨，认为：古代盐井的发展，经历了一个井口由大变小、井身由浅到深的演变过程。这个过程大致可以分为三个阶段：战国末期至北宋为大口浅井阶段；北宋至清初为小口盐井（卓筒井）阶段；清代中期以后为小口深井阶段。井之深浅是相对而言，所谓深井是以出现地质深层浓度较大的黑卤水为特征。
　　记载小口盐井钻井技术及其设备较详细的书，当首推明马骥《盐井图说》和岳谕方《盐井图说》，两书均经实际调查写成，前一书原文保存在《天下郡国利病书》、《蜀中广记》和《射洪县志》中，后一书仅存序文一篇，附图则两书均已散佚。明曹学佺《蜀中广记？井法》中转引马骥《盐井图说》的有关记载，根据明代钻凿盐井全过程的顺序为：相井地，开井口，立石圈，用扁七寸带轮锋的大钻凿大口，用竹制扇泥筒（或叫吞筒）吸取井下所凿岩屑泥沙，用木竹作井壁的保护套管，再凿小口而见功。然后再树楼架，立天滚子，设盘车，即可用人力或畜力牵动竹制汲卤筒而上下汲卤。若将此记与清代《四川盐法志》中的图相对照，可发现两者十分相似。这表明小口盐井的凿井工艺，在明代已发展到相当完整的程度。
　　关于治井和井下打捞技术，《蜀中广记》所引马氏原文也有详细记述： 若掘凿之际，钎偶中折而坠其中者，或遭淤泥作阻者，其出法亦巧，而为器亦异。钎带火掌篾而堕者，以搅镰钩出，为力易易。惟钎半堕或止堕钎头者，取之之法：制为铁五爪，如覆手状，爪背入木数寸。以竹三尺许，劈碎一尺，缠扼爪木，令坚致；上一尺亦劈碎，则活系撞子钎不令拘泥偏向；中一尺通其节，以待撞子钎假道挞伐。垂爪入井，爪定所堕钎头，匠氏从上督索撞子钎由筒中击木，木击五爪。数击则爪攫剿钎头者牢，不可以游滑自匿，虽欲不出，不可得矣。若被淤泥填溢大小窍，犹关格症然，甚者，制为搜子，以和解其胶密。搜子者，铁条之有啮齿者也。支解既折，则为刮筒以取其泥。刮筒之制为盐筒殊科，不通其节，而每节之始，凿为方口，投井口吸泥，亦如汲水式。盖水可以疏通翕受，泥则、节不可，是则匠氏作法意也。 上述搅镰、铁五爪、搜子等打捞工具，与《四川盐法志》附图中的扫镰、五股须、抱爪等相当，其功能与之相似。
　　宋应星《天工开物》有 蜀省井盐图 ，绘出了小口盐井凿井图、牛车汲卤图和火井煮盐图。该图刻成于明崇祯十年（１６３７年），是迄今仅见的有关盐井生产的一幅最早的插图。关于凿井的方法，宋氏书中有如下记载： 盐井周圆不过数寸，其上口一小盂覆之有余。深必十丈以外乃得卤信，故造井功费甚难。其器冶铁锥如碓■形，其尖使极刚利，向石山舂凿成孔。其身破竹缠绳，夹悬此锥。每舂深入数尺，则又以竹接其身，使引而长。初入丈许，或以足踏锥，稍如舂米形，太深则用手捧持顿下，所舂石成碎粉，随以长竹接引，悬铁盏穵之而上。 由此可知，明末钻井工艺与马骥《盐井图说》相比，又有了进步，这时凿井已采用状如舂米的冲击式顿钻法，采用碓架结构，用脚踏碓板梢，使碓头翘起，以提升钻具，收脚时，钻具靠重力向下冲撞井底岩石。这种方法比人力挖掘省力而效率高。顿钻凿井技术的发明，是我国古代盐井发展史上又一重大突破。
　　３。金矿的采选（１）开采金矿床的类型金矿资源主要分两大类：一类为脉金矿，矿床大多分布在高山地区，由内力地质作用（主要是火山作用、岩浆作用、变质作用）形成，脉金矿又称山金矿、内生金矿；另一类为砂金矿，由山金矿露出地面后，经过长期风化剥蚀，破碎成金粒、金片、金末，又通过风、流水等的搬运作用，在流水的分选作用下聚集起来，沉积在河滨、湖滨、海岸而形成冲积型、洪积型或海滨型砂金矿床。有的山金矿风化剥蚀后，碎屑产物在原地堆积，则形成残积型砂金矿床；如果沿斜坡堆积，则形成坡积型砂金矿床。砂金矿床又称外生金矿，其成矿时代可以在古生代、中生代、第三纪、第四纪或现代。此外，还有一种伴生金矿，其含金量低，常常在有色金属矿井过程中加以回收，并进行综合利用。
　　我国古代早就有山金、砂金之分。但山金的含义不仅指脉金矿，而且还包括残积型、坡积型砂金矿床，意即指山上产的金。古代砂金矿床又可分为 水金（自 水沙中 淘洗而得的砂金）和 平地掘井 开采而得的砂金。
　　砂金矿中，与绝大多数金粒有明显区别的大颗粒金，叫块金，俗称 狗头金.狗头金的发现，往往被认为是采金史上的大事。《天工开物？五金》中说：千百中间有获狗头金一块者，名曰金母。 狗头金绝大多数产于冲积型砂金矿中，有些产于近地表的次生富集带中。
　　卢本珊等先生通过对比分析，发现明代对脉金矿有新的认识：第一，史料中有关脉金的踪迹。陕豫交界的小秦岭金矿，其东区陡壁上现存的碑文记有： 景泰二年（１４１５年）六月廿日起，开硐三百眼。 可见开采规模较大。小秦岭金矿矿田内地势陡峻，海拔在６５０- ２４００米之间。矿体由金矿脉及含矿蚀变糜棱岩组成，伴生有铜、铅、银、钨及大量的黄铁矿。
　　《天工开物？五金》： 金多出西南，取者穴山至十余丈.这一记载乃指开采脉金矿而言。现代地质勘探表明，我国西南地区，如四川即以脉金矿床为主。云南古代开采的砂金也来源于金沙江（古丽水）流域的山中脉金矿，清末，这里仍在开采。西藏地区金矿有喜马拉雅成矿带，西藏黄金之多在弃宗弄赞时代已经闻名。
　　明方以智《通雅》卷四十八金石条 山金为马蹄金.清谷应泰《博物要览》卷三马蹄金条 出林邑山峒石中，凿石取之，状如马蹄……又名马蹄金，乃生金也。 这里所说的山金，可能指脉金矿床。
　　第二， 伴金石 与脉金矿床的关系。关于 伴金石 的描述，文献中多有记载。《本草纲目》卷８３１引《本草拾遗》： （陈）藏器曰：常见人取金，掘土深丈余，至纷子石，石皆一头黑焦，石下有金…… 纷子石为何石？屈大均《广东新语》卷１５引《始兴记》： 掘地丈余，见有磊砢纷子石，石褐色，一端黑焦，是为伴金之石，必有马蹄块金。盖丹砂之旁有水晶床，金之旁有纷子石。 可见，纷子石即伴金石。宋寇宗奭《本草衍义》卷五： 颗块金，即穴山或至百十尺，见伴金石，其石褐色，一头如火烧黑之状，此定见金也，其金色深赤黄。 明《天工开物？五金》： 金多出西南，取者穴山至十余丈，见伴金石，即可见金，其石褐色，一头如火烧黑状。然岭南夷獠洞穴中，金初出如黑铁落，深挖数丈得之黑焦石下。 由上述可见，找金匠师已把伴金石作为金矿的找矿标志。只要找到伴金石，必定可以见到金矿。
　　第三，原生银金矿床属于脉金矿。这类矿床，我国至迟在隋唐就已开采。
　　银金矿的形成与中生代酸中性火山岩、次火山岩活动有关，在我国分布于东部沿海地区、西南及西北地区。根据银金矿所伴生的硫化物数量，则属于贫硫化物金矿，也称 新金银矿床.据史料记载，我国从隋开皇十八年到明洪武间（约公元５９８- １３９８年）在山东莱、登两州开采的金矿，主要是原生银金矿床。山东临沂的银金矿，唐、宋、元、明四代都在开采。（２）金矿的采选古代在金矿的开采，特别是砂金的开采中，采矿和选矿通常是连续作业的，所以史料中常将 采淘 或 淘采 二字连用。金矿经淘选之后，基本上就是金，只是颗粒细小而已。下面分两部分简述之。
　　其一，砂金的淘采。我国古代选矿方法除人工手选外，一般采用重力选矿法，其中包括重砂淘洗选矿法、溜槽选矿法。重砂淘洗选矿法中，又可按使用工具和操作方法的不同，分为淘洗盘法、淘洗筛法、淘洗船法。由于砂矿是由碎屑物质组成的，选矿时往往无需经过破碎、磨细，这样可以减少选矿工作量和降低成本。砂金的淘选也是如此。淘选的原理是利用矿物比重差（一般石英砂的比重为２。６５，金的比重为１９。３，铁砂的比重为７。８以下），在水介质中，借助外力作用，产生不同的运动效果，使矿物按比重分层分带，从而使矿物分离。金之所以能在河流中被淘洗出来，是因为它的比重很大。
　　水金的淘采方法《天工开物？五金》中说： 水金……皆于江沙水中，淘沃取金。 可见，水金的采掘对象是含金河沙。由于 水金 在江河溪流之中，水介质很方便，因此，淘采时采用淘洗法或溜槽法，均具备其有利条件。
　　第四纪冲积层砂金的开采方法　宋洪咨夔《大冶赋》： 寻苗罽淘之邃，破的■壁之壅。 似指冲积层所出的砂金。《天工开物？五金》： 平地掘井得者不必深求而得 ，说明明代开采第四纪冲积层砂金或残积型、坡积型砂金矿床，显然采用了轻型工程（剥土、开槽、浅井等）。
　　古代砂金淘采方法的考察研究　据史料记载和考古发现，我国很早就掌握了重砂淘选法并在长期的生产实践中积累了丰富的经验。淘选法不但用来淘采自然金，而且用来回收银、铜、铁、锡等金属矿砂。无论用于哪种金属矿砂，古代的淘选方法及使用工具基本上都是相同的。明代《天工开物？五金》 淘洗铁砂图中的淘砂盘和我国现代仍然使用的淘金簸箕的形制完全相同，就是一个很好的例证。
　　其二，脉金矿的采选。关于我国古代脉金矿开采的详细情况，还有待于发掘史料并对考古资料作进一步的论证。从有关史料看，如唐白居易《赐友五首》并序之二，诗的第一句是： 披砂复凿石，矻矻无冬春。 说的是开采金银要开凿岩石，无论天寒天暖都要照常进行作业。宋寇宗奭《本草衍义》卷五： 颗块金，即穴山或至百十尺…… 《天工开物？五金》： 金多出西南，取者穴山至十余丈…… 《清一统志》：（临沂宝山） 上有洞穴数区，产金银矿石，元时开矿处也。 《龙泉县志》：（银金矿） 脉浅，无穿岩破洞之险。 这些记载都说明，开采脉金矿需要凿岩辟石，穴山破洞，进行地下工程是肯定无疑的。我国有一些地名也反映了金矿的开采方式，如黄金洞（平江、隆回）、金子洞（藏江）等地，古代都是以凿洞采金为主。
　　关于脉金矿的淘选，《浙江通志》引《龙泉县志》说： 黄银即淡金。……
　　每得矿，不限多少，俱舂碓成粉。 这是碎矿。 然后以水浸入，磨成细粉，仍贮以木桶浸之。用杨梅树皮渍搅数次，石粉浮而金粉沉，乃用金盆如洗银法洗之…… 至于洗银法，明陆容在《菽园杂记》卷十四铺叙甚详： ……
　　若细粘与梅砂，用尖底淘盆。 明确指出回收精矿砂要用具有棱槽的淘砂盆。
　　浮于淘池中，且淘且汰，泛扬去粗，留取其精英者。其粗矿肉，则用一木盆，如小舟然（注：即平底淘洗船）。淘汰亦如前法，大率欲淘去石末。 指出平底淘洗船的功用是淘去砾石。 存其真矿，以桶盛贮，璀璨星星可现，是谓矿肉。 上述精矿的富集，是通过重砂淘洗选矿法，清除脉石等杂质而实现的。
　　陆容说，淘洗粉状及细砂状矿砂，要用棱槽淘船，以便回收精矿。淘选粗矿肉，要用平底淘船，这是由于 粗矿肉 含废石较多，用平底淘船淘洗后便于目测及手选废石。陆氏的记述中值得称道的是，同一选矿流程中，古人根据不同的粒级、不同质量的矿砂分别选用棱槽淘船和平底淘船，表明明代的重砂淘洗选矿工艺达到了相当高的水平。
　　（二）失蜡法应用
　　１。宣德炉失蜡法是冶铸史上的一项重大发明，辛泼生（Ｂ。Ｌ。Ｓｉｍｐｓｏｎ）甚至把这一事件的历史重要性和火与轮的发现相提并论。
　　华觉明先生认为，明宣德三年（１４２８年）铸造统称为宣德炉的铜器，在冶铸史上具有重要地位，为后世所珍重。
　　《宣德鼎彝谱》比较详细的记述这一经过，根据所列鼎彝名目，首批铸造有１１７种，共３３６５件，总重约３３００斤。经过复核裁定的物料有铜、锌、锡、汞、金、银等金属料，着色用的矿物如硃砂、金丝矾、铜绿等共２０种，蜡料有黄蜡和白蜡，燃料用煤炭和木炭，磨料用杨木桴炭、光砂和玉田砂，砖、石灰等用于筑炉，黄砂用来制作模坯并用毛竹箍扎，又用优质的铁力木制作尺和平板，熔铜是用大、小风箱和山西阳城所出坩埚。
　　按原书记载可知，铸炉所用金属料有来自泰国的风磨铜３１６８０斤，倭源白水铅１３６００斤，日本红铜８００斤，贺兰花洋锡６４０斤，其配比大体是铜６９。５％，锌（倭源白水铅）２９。１％，锡１。４％，如果考虑到熔化时的烧损，则锌的实际含量要少一些，这是一种铸造性能较好的高锌黄铜，其熔点约为９７０℃左右，浇注温度约１１００℃。铜料需经精炼，据《帝京景物略》称： 宣庙欲铸炉，问工：' 铜以何法炼而纯'.工奏：' 炼至六次，则现珠光宝色，异恒铜矣'.上曰：' 炼十二次'.炼已条之，置铁网筛格，赤炭熔之，其清者先滴；则铸炉，存格上者以作他器云。 图谱所列鼎彝用铜经十二炼的有５１种，都用于内府，十炼的２７种，八炼的２１种（其中一部分颁赐各衙门），六炼、五炼各１种，另有１６种未注明炼数。这种所谓的 精炼 ，损耗极大，一斤铜经过十二炼，只余下四两。
　　关于蜡料，据图谱记载，白蜡是 作鼎彝发光颜色用 ，黄蜡才 作鼎彝蜡模坯用.鼎彝总重加上熔化浇注及加工损失（按２０％计算）约共４０００斤，而黄蜡用量为６４０斤，约为六与一之比，高于《天工开物》 塑油时，尽油十斤则备铜百斤 的比例。可见，所有鼎彝都用失蜡法铸造，其中单件或同一类件数甚少的采用拨蜡法，批量大的（最多的一种为５３２件）应是采用剥蜡法。全部工程在大约五个月内完成，平均一名工匠一月出成品１１件。
　　由此我们对明代皇家冶铸作坊失蜡铸造的生产规模、用料比例、技术水平和生产效率就有一个粗略的了解。
　　宣德炉历来为世所珍贵，项子京《宣德博论》说它 与南金和璧共价 ，民间仿铸很多。明代铸炉著名的有万历末年南京的甘文堂、苏州的周文甫以及施、蔡等姓。《沈氏宣炉小志》说： 铸炉之家，溺于时尚、乳、鳅等款既拨蜡简便，兼之易售 ， 吾乡颇尚其事 ， 时铸甚伙 ，反映了失蜡法在民间广泛应用的情形。
　　２。大型器物现代熔模铸造，铸件重量一般不超过５０公斤，但古代却用失蜡法铸造大型器物。《天工开物？冶铸篇》说： 凡造万钧钟与铸鼎法同。掘坑深丈几尺，燥筑其中如房舍，埏泥作模骨。其模骨用石灰三和土筑，不使有丝毫隙拆。干燥之后，以牛油黄蜡附其上数寸。油蜡份两，油居什八，蜡居什二。其上高蔽抵晴雨（夏月不可为，油不冻结）。油蜡墁定，然后雕镂书文物象，丝发成就。然后舂筛绝细土与炭末为泥，涂墁以渐，而加厚至数寸。使其内外透体干坚，外施火力，灸化其中油蜡，从口上孔隙熔流净尽，则其中空处即钟鼎托体之区也。凡油蜡一斤虚位，填铜十斤，塑油时尽油十斤，则备铜百斤以俟之。中即空净，即议熔铜。凡火铜至万钧，非手足所能驱使。四面筑炉，四面泥作槽道，其道上口承接炉中，下口斜低，以就钟鼎入铜孔，槽旁一齐红炭炽围，洪炉熔化时，决开槽梗（先泥土为梗塞住），一齐如水横流，从槽道中枧注而下，钟鼎成矣。凡万钧铁钟与炉、釜、其法皆同，而塑法则人人省啬也.这一大段记述，具体说明了用失蜡法铸造大型铸件的工艺过程、技术措施、蜡料配比和蜡、铜比例，是十分可贵的。但所说 万钧钟 和 万钧铁钟 疑有刊误。因一钧为三十斤，万钧便是三十万斤，约近１５０吨，这样的巨钟在国内从未发现，也不见其他明代文献。所知明代最大的钟是北京大钟寺永乐钟，通高６。７５米，重约４６。５吨。而《天开工物》所述 万钧钟 的铸坑深才丈余，显然与其重量不称。所以，笔者认为 万钧 应是万觔（斤）
　　之误。前文说： 今北极朝钟则纯用响铜、每口共费铜四万七千斤，锡四千斤，金五十两，银一百二十两于内。成器亦重二万斤，身高一丈一尺五寸，双龙蒲牢高二尺七寸，口径八尺，则今朝钟之制也， 与万斤正好相符。后文又说： 若千斤以内者则不须如此劳费 ，可用多座可移式熔炉相继倾注。
　　可见，若改成万斤钟则前后文都有照应，才是符合原文本意和明代实际情况的。
　　关于《天工开物》所载大型失蜡铸件的工艺措施，修筑泥芯的 石灰三和土 据同书燔石篇说，是由 灰一分，入河沙黄土二分，用糯米、粳米、羊桃藤汁和匀 ，可用来修建蓄水池，是一种很坚固的造型材料。石灰与水成为氢氧化钙，化学性能稳定，能把砂、泥粘结在一起，防止铸件粘砂及金属液机械渗透，现代有用石灰砂造型的。范的造型材料是用强度和耐火度较高的炭末泥，但没有提到有面料、背料之分，当是记述者的疏漏。
　　模料用牛油和黄蜡配制，油八、蜡二的这一配比是有地区性的。这种蜡料软化点较低，所以 夏月不可为.事实上，夏月可为的蜡料早就使用了，如宣德炉是在五月分核准工料，同年六月备齐，十一月即告竣工，正是在夏、秋季节。
　　（三）钢铁冶炼术
　　１。炼钢术宋应星在《天工开物》一书中比较详细地记述了我国汉代以后两种主要制钢工艺，即炒炼法和灌钢法的基本操作过程，使我们对其有了较多的了解。
　　《天工开物》卷十四 五金？铁 条云： 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■，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.何堂坤先生认为：这里说到的炒 熟铁工艺的基本过程，是今见文献中关于炒炼工艺较早的专门技术性记载。大凡可归结为两方面：其一，工艺原理。这炒炼实际上是生铁氧化脱碳的过程；操作要点是在液态半液态下，利用空气中的氧来氧化生铁中的硅、锰、碳，在整个过程中要快速地搅拌金属；其二，进步性。其炒炼室与生铁熔炼室是串联起来的，生铁出炉后直接流入方塘进行炒炼，省去了生铁再加热工序，避免燃料中的硫在加热过程中进入金属。明以前就有一种单室式炒炼，其炒炉与生铁炼炉是各自独立的，炒炼前生铁需重新加热，自然比不上这种串联式来得优越。《天工开物》所云造熟铁 工艺是一种炒炼可锻铁的方法。
　　《天工开物》卷十四 五金？铁 条又云： 凡钢铁炼法，用熟铁打成薄片如指头阔，长寸半许，以铁片束包尖紧，生铁安置其土［上］（广南生铁名堕子生钢　　 者妙甚），又用破草履盖其上（粘带泥土者，故不速化），泥涂其底下。洪炉鼓鞴，火力到时，生钢先化，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.此钢铁即刚铁，在这里专指灌钢。此 生钢 、 堕子生钢 、 广南生铁 以及原书 生熟铁炼炉 图中的 堕子钢 ，其作用在此都与生铁等同。此灌钢操作要点是：以生铁和 熟铁 为原料，把它们一起入炉加热，当生铁达熔化状态后，合炼而成钢。这段文献谈到了明代灌钢术的全过程，是继宋代沈括《梦溪笔谈》之后的较为详细的记载。
　　灌钢工艺较宋代进步，如：因其 熟铁 作薄片状，而非如沈括所云作为条状；这可增加生、 熟铁 接触反应面；生铁置于 熟铁 之上，而非如沈括所云置于 熟铁 之间，因而熔化后便可向下渗淋增加了生、 熟铁 接触反应的机会，减少生铁流失；入炉生、 熟铁 料用不着封泥，只要上盖破草履，下涂泥也就行了，简化了操作手续。
　　２。 生铁淋口 技术明末学者宋应星在他著名的著作《天工开物》（锤锻第十卷，锄鎛条）
　　里，记载了 生铁淋口 这项技术： 凡治地生物，用锄、鎛之属，熟铁锻成，熔化生铁淋口，入水淬健，即成刚劲。每狄锄重一斤者，淋生铁三钱为率，少则不坚，多则过刚而折.比他稍早一些时期（嘉靖年间）的唐顺之，在所著《武编》中也已提出了这个问题： ……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…….简单说来，就是在熟铁制品（农具、手工具、武器）坯件上淋上或擦上一薄层生铁，再经过加工及热处理过程，使制品变得既坚硬而又韧性好，这便是简单易行，能制出价廉物美器具的一种优良传统金属工艺。
　　凌业勤先生认为：擦生这项工艺要经过多道操作工序，由于地区条件或使用条件的不同，手工业工人操作习惯的不同，工序上有些出入，但大致上相同。以制造锄板为例，一般有：开坯、上鼻、擦生、平生、冷锤、淬火等工序，擦生是关键。
　　擦生层的厚薄，即擦上去生铁多少，也是一个十分关键的问题。以铁制小农具为例，大都是以熟铁或低碳钢（含碳量０。１５- ０。２５％）作本体材料，性质柔韧，要在工作面擦上或淋上一层高碳生铁，使其表面渗碳和熔复一层生铁，才会坚硬。擦少了硬度低，不耐久磨并易沾附泥土；但如果擦得过厚或者渗透了，则本体材料成了高碳钢，性质变硬发脆，锻打时就会折裂。
　　宋氏着重提出： ……每狄锄重一斤者，淋生铁三钱为率，少则不坚，多则过刚而折。 这种提法反映了生产实际，并且是符合科学原理的。关于每一斤锄或狄只淋生铁三钱，而现在每３市斤重的锄擦４。５市两，每重一斤就要擦１。５市两，比宋氏记载的３钱，多了四倍（如果明朝的斤两制同现在市斤两接近的话），那时用量似乎太少了些，但这也是可以解释的，因为他所指的是只淋刃口部分，而现在大多是全面擦上，自然要比明代时多了。
　　擦生时的火侯和擦生时间、淬火的温度与时间对产品质量也有着重大的影响。根据生产中测定，锄板本体如碳量为０。２５％以内的低碳钢板，烧到１２００℃左右为合适（光学高温计测量），过低渗碳作用不强，过高本体将严重脱碳，材料发疏而脆。擦生的时间整个周期（包括加热、擦生、刮生、水淬）
　　大约４- ５分钟，而生铁擦上时间仅为２０- ３０秒钟，操作者的动作，要求敏捷而准确，否则会擦不匀，表面凸凹不平，影响质量。淬火前工件加热后，凉至樱红色（估计温度在７５０- ８００℃左右），入水淬火，淬火时间约５秒。
　　经过修边开刃便成为一件完好的工具。
　　生铁淋口 和 擦生 这项传统金属工艺，流传民间已经数百年，但应用现代科学实验方法进行研究，还只是从近几年才开始，因之对它的作用机理还没有完全透彻，有着不同的解说，有人认为只是渗碳作用，有的则认为是渗碳兼生铁堆焊作用。 生铁淋口 或 擦生 工艺，实质上是一种表面处理工艺，即表面生铁熔复层与渗碳层的共同作用，使工件既耐磨又坚韧。
　　生铁淋口 和 擦生 是我国金属工艺史上一项独特的创造，几百年来使用地区几乎遍及全国，从长期生产实践证明是一项优良工艺。
　　３。镔铁关于镔铁及其显示花纹方法的记载见于明洪武二十三年（１３８７年）成书的《格古要论》。该书卷六《金石谕？镔铁条》说道： 镔铁出西蕃，面上有旋螺花者，有芝麻雪花者，凡刀剑器打磨光净，用金丝矾矾之，其花则见，价值过银，古语云：识铁强如识金，假造者是黑花，宜仔细辨认。刀子有三绝：大金水总管刀，一也；西番鸡■木把，二也；鞑靼骅皮鞘，三也。尝有镔铁剪刀一把，制作极巧，外面起花镀金，里面嵌银回回字者.张子高等先生认为：《格古要论》的作者曹昭，生于元、明之交，是一位见识广博的学者，书中所记多系他亲眼见到的事情，因此叙述得有声有色。
　　镔铁的第二特征便是表面有花纹，《格古要论》早就指明了这一点。但值得特别注意的是，刀上的花纹乃自然之花纹而非雕刻之花纹，银白色与铁黑色相间，理细如丝发。至于认为是银铁二者凑合鎚打而成，乃一般初见镔铁者一种天真想法，不足深怪。
　　凡刀剑器打磨光净，用金丝矾矾之，其花则见。 曹昭关于显示镔铁花纹的这一句话，从我国科学技术史角度看来，具有极为重要的意义。今将分层阐述如下：（１）金丝矾是什么？来源哪里？
　　远在曹昭以前，我国药物家、炼丹家对于金丝矾一物早就有一定的认识了。在曹昭以后，在明代的两部闻名世界的科学技术巨著中，就有了更详细具体的记载。一是李时珍的《本草纲目》，在黄矾专条下，他说： 黄矾出陕西、瓜州、沙州（今甘肃省安西）及舶上来者为上，黄色，状如胡桐泪（胡桐树脂见同书卷三十四木部）。人于绿矾中拣出黄色者充之，非真也。波斯出者，打破内有金丝文，谓之金线矾，磨刀剑，显花文。 另一是宋应星的《天工开物》，在卷中《燔石篇》里，他说： 其黄矾所出又奇甚，乃即炼皂矾炉侧土墙，春夏经受火石精气，至霜降立冬之交，冷静之时，其墙上自然爆出此种，如淮北砖墙生焰硝样，刮取下来，名曰黄矾，染家用之。……
　　其黄矾自外国来，打破中有金丝者，名曰波斯矾。 金丝矾或金线矾即是黄矾，至此决无疑义；以其原出波斯，故又径叫作波斯矾。我国固自产黄矾，染家、丹家已习用之，而镔铁花纹之显示则须用金丝矾。这就说明曹昭的这段记载暗示着显示镔铁花纹的方法本身也跟镔铁一样来源于波斯。
　　（２）金丝矾对镔铁究竟起了什么作用？
　　金丝矾即黄矾，黄矾就是硫酸铁Ｆｅ２（ＳＯ４）３，绿矾或皂矾则是硫酸亚铁ＦｅＳＯ４，彼此之间在一定条件下是可以相互转化的。例如李时珍所说从 绿矾中拣出黄色者 ，宋应星所说从炼皂矾炉侧土墙上在秋冬之交爆出者，同是二价铁受了空气氧化的影响转化为三价铁的实证。不过根据实际经验，从绿矾中拣出来的黄矾，是碱式硫酸铁Ｆｅ（ＯＨ）ＳＯ４，而不是正式硫酸铁，李时珍所以认为非真者，是颇有道理的。金丝矾大概就是产生于自然界的正式硫酸铁的水化物Ｆｅ２（ＳＯ４）３？１０Ｈ２Ｏ。它的结晶体是针状的，属于单斜系，所以有金丝之称。它之所以被重视，就因为它较碱式硫酸铁容易溶解于水。虽说有这些差别，然而在水溶液中同样产生三价铁离子，在与金属铁相遇时，三价铁离子便又转化成为二价铁离子。这一氧化还原反应才是金丝矾对镔铁所起作用的真相。
　　这种作用在现代金相学实验室中还有应用。例如常常用以腐蚀炭素钢的一种试剂就是用下列各物组成的：氯化铁２０克，乙醇６０毫升，水４０毫升。
　　使用时只须将样品浸入试剂里数秒钟，便可显示热处理钢中的奥氏体组织。
　　在这里氯化铁对炭素钢所起的作用，跟金丝矾对镔铁所起的作用是完全一样的，都是三价铁离子对金属铁氧化作用的结果。
　　一般的说来，淬火剂是一种快速降温剂，其目的在于使高温下的钢材内部组织固定下来，是一种物理作用；腐蚀剂是一种化学试剂，其目的在于使已固定的内部组织显示出来，是一种化学作用。（３）曹昭记载的历史意义欧洲人最早谈到这一显示镔铁花纹方法的是１７世纪６０年代的法国作家和旅行家德？蒙考尼。他推荐用出自大马士革的一种名叫萨格的土质作为试剂，据说用塞浦路斯的好胆矾（Ｃｕ－ＳＯ４？５Ｈ２Ｏ）也做不到。直到１８１６年贾昆才将萨格进行分析而证明其成分为不纯的碱式硫酸铁，跟欧洲当时称为 山黄油 的天然铁矾相似。由此可见，曹昭的记载不仅是我国关于使用腐蚀剂显示钢铁金相组织的最早记录，而早于西方为时将近三个世纪。从东西两方记录比较来看，我国则直接得自镔铁刀剑产生地的波斯，欧洲乃间接得自其传播地的叙利亚。