秦汉科技史之冶铁业的成熟

冶铁业的成熟
　　（一）生产工具和兵器铁器化的完成
　　秦汉时期，铁器和冶铁术在广大地区，得到了使用和传播。考古发现表明，西汉初年铁农具和工具已经普遍取代了铜、骨、石、木器，在西汉中后期以后，随着炒钢技术的发明，锻铁工具增多，铁兵器也逐步占了主要的地位，到东汉时期，主要兵器已全部为钢铁所制，从而完成了生产工具和兵器的铁器化进程。西汉中期以来出土的铁器种类较战国时期有所增加，其突出的特点还在于形制进一步成熟，并有加宽加大的趋势，这同西汉前期整个社会生产处于恢复与提高的总趋势是相一致的。西汉中期以后，情况发生了根本的变化，出土铁器的种类急剧地增加，如灯、釜（ｆǔ，音抚，一种锅）、炉、锁、剪、镊、火钳以及齿轮、车轴等机械零件，等等，都涌现出来，东汉时期更是如此。铁农具发展的状况，也大体与此相似。这说明在西汉中期以后，钢铁生产在质和量两个方面都有了重大的发展。这同当时社会生产的发展、国防的需要以及冶铁术的进步有密切的关系，使人力、物力和财力比较集中统一，生产技术还可以较快地在较大范围内得到推广和交流，对钢铁生产的发展起了积极的作用。秦汉时期，尤其西汉中期以后，铁的生产量猛增，技术迅速发展，质量显著提高。这个时期是我国古代冶铁业的第二次大发展时期。
　　汉代铁的应用比过去广泛。铁器逐步取代了铜器。武帝前，铜、铁兵器往往同时并用；武帝后，铁兵器占了主要地位；东汉前期，主要兵器已全部为铁制。生产工具和日常用具，也同样逐渐被铁制品所取代。辽宁辽阳三道壕所发掘的西汉八座居民房址中，每一户都有铁制农具，包括了犁铧、耧、？（ｊｕé，音觉）、锸（ｃｈā，音叉）、耙、锄、镰等从种到收的全套农具。
　　生活上所用的铁制灯、釜、炉、剪、刀以及车輨（ｇｕǎｎ，音管）、齿轮等，在南北各地也多有出土。足见铁的使用，已经十分普遍。
　　汉代冶铁生产的规模，也相应地扩大了许多。汉朝政府将冶铁收归官营以后，设有专门机构，管理全国生产。这些官营手工业都使用大量 卒徒 来从事生产， 卒 是指服役的兵卒， 徒 是指犯罪而罚作工役的人。贡禹在元帝即位之初（元帝在公元前４８年即位）曾上书说：当时铸钱的官和 铁官 所使用开铜铁矿的 卒徒 多到十万人（见《汉书？贡禹传》）。各地铁官所用的 卒徒 ，一般都有几百人。
　　由于冶铁手工业的发展，铁的生产率提高，铁在市场上的价格比铜要便宜得多。西汉前期，大概铁价只相当于铜价的四分之一，据《史记？货殖列传》说，当时做买卖每年有二分利润，放债每年可得二分利息，一个有铜器千钧（即３万斤）的商人，有铁器千石（即１２万斤）的商人，有千贯（即１００万文钱）本钱的高利贷者，其收入都和 千户之君 等。当时封君每年可以向每户征取租税２００文钱， 千户之君 每年租税收入可有２０万文钱。
　　从这里，我们可以知道当时铜器价格是铁器价格的４倍，铜器３万斤的价格是１００万文钱，即每斤价３３文强；铁器１２万斤的价钱也是１００万文钱，即每斤价８文强。
　　汉武帝时，全国各地共设４９处铁官，在今山东有１２处，河南、江苏各有７处，河北有６处，陕西、山西各有５处，四川有３处，安徽、湖南、辽宁、甘肃各有１处。到东汉时代，在西北、西南、东北等边远地区又略有发展。《续汉书？郡国志》所记产铁地点，除了西汉已设铁官之处以外，还记有８处，四川３处，云南２处，湖南、甘肃、河北各一处。而广东、广西、新疆等边远地区，也有当地的冶铁业。从现在发掘的冶铁遗址看，西汉有６０多处，东汉有１００多处。这些都反映出汉代冶铁业的扩大和发展。
　　（二）冶铁新技术
　　秦汉时期，冶铁技术进一步发展，取得了新的成就。
　　高炉炼铁和平炉炼钢，现在已成了人们的常识。西汉时期，随着铁器需要量的大幅度增加，冶铁业的重大发展，炼铁高炉建造得越来越大。历史上最早关于高炉事故的记载在《汉书？五行志》中：汉武帝征和二年（公元前９１年）春天，涿郡（今河北涿县）的铁官铸铁，因为技术上的某种关系，铁水如流星似的飞上天空；汉成帝河平二年（公元前２７年）正月，沛郡（今安徽宿县）铁官炼铁时，高炉中的铁料堵塞不下，隆隆如雷声，犹如鼓音，１３个工人惊慌逃走，等声音停止后，回去一看，高炉炸成１０块，炉基陷落数尺，一炉铁水散如流星。这是高炉悬料后，又突然下落引起的严重爆炸事故。这种事故的发生，是因为高炉相当高大，温度不够均匀，悬料很久不下，高炉下部很长一段炉料已经烧空而熔化，炉缸里聚集了很多沸腾的铁水，当上部炉料突然下降时，炉缸承受的压力过大，引起了严重的爆炸事故。炉子爆炸成１０块，炸得地面塌陷数尺之深，而炉中沸腾的铁水散射如流星一般，说明当时爆炸的力量很大，这个爆炸的高炉必然是个庞然大物了。在这个高炉上同时操作的工匠多达１３人，也说明这个炉子很高大，需要装料鼓风的人力很多。
　　高炉炼铁是一种经济而有效的炼铁方法，因而长期以来成为我国冶炼生铁的主要方法。高炉从上边装料，下部鼓风，形成炉料下降，和煤气上升的相对运动。燃料产生的高温煤气穿过料层上升，把热量传给炉料，其中所含一氧化碳同时对氧化铁起还原作用。这样燃料的热能和化学能同时得到比较充分的利用。下层的炉料被逐渐还原以至熔化，上层的炉料便从炉顶徐徐下降，燃料被预热而能达到更高的燃烧温度。这确是一种比较合理的冶炼方法，因而具有强大的生命力，长期流传。
　　在今河南新安、鹤壁、巩县、临汝、西平以及江苏徐州、泗洪、北京清河以及新疆民丰、洛浦等汉代冶铁遗址中，都有高炉的残迹发现。从河南各地冶铁遗址来看，当时高炉有圆形截面和椭圆形截面两种：巩县铁生沟６座高炉的截面都是圆形的，炉身直径有１。８米的，也有１。６米的，又有１。３- １。５米之间的，有残高１米左右的。鹤壁市东南５公里鹿楼村发现有１３座高炉，截面都是椭圆形，炉缸短轴２。２- ２。４米，长轴２。４- ３米左右，面积一般在５。７２平方米左右。江苏徐州铜山北微山湖南岸发现的汉代炼铁炉，炉型作长方形，底部东西宽３。８米，南北长４。７米，炉壁厚１米左右，内腔作椭圆形，长轴２。５米，短轴１。４米。炉身北壁在地面以下，估计炉高１。７８米以上。筑炉用石英砂粒和粘土混合而成的耐火泥夯筑而成，采用一层层捣筑结实的方法，每层厚６厘米。炉基用粘土夯筑而成，范围大于炉身。
　　从河南郑州市古荥镇西汉中晚期冶铁遗址中发现了两座特大的炼铁高炉，２号炉的炉缸已损坏，１号炉短轴约２。７米，长轴约４米，面积约８。４８平方米。在１号炉南端５米处的坑内，挖出了拆炉时取出的１号炉积铁块，积铁块的边缘立着一块条状的铁瘤，铁瘤和积铁成１１８度夹角，向外倾斜，高约２米。由此可以推知高炉的高度可能达到５- ６米，炉身呈直筒形，其下有一段喇叭形的炉腹与最下部的炉缸连接，有效容积约５０立方米左右。炉子截面筑成椭圆形，是为了使鼓风和煤气流更容易达到炉缸中心，有利于提高炉的中心温度。这样大的高炉，每天可炼出生铁５００公斤。
　　高炉增大，反映了筑炉、鼓风、原料处理、添加熔剂技术等均有了很大进步。
　　炉子高大，冶炼时需要的鼓风能力也要相应增大。解决的办法一是在炉壁上增加风口，由原来的１个风口增加到４个风口；一是增加鼓风能力，由１个鼓风皮囊发展到排列在一起的几个鼓风皮囊，组成复合皮囊。山东滕县宏道院出土的东汉画像石中，有一方是描写冶铁劳动过程的，上有鼓风的图像，其中鼓风大皮囊上排列有４根吊杆，右方下部是个风管。铁生沟、古荥镇、南阳瓦房庄和鹤壁市的冶铁遗址，均有鼓风风管出土。其中古荥镇和瓦房庄发掘的弯头朝下的陶胎风管下侧泥层已经烧琉，经实践测定，泥层烧琉温度为１２５０℃- １２８０℃。就鼓风动力而言，从人力鼓风发展到畜力鼓风，如 马排 、 牛排 等；在两汉之际，又发明了水利鼓风机，取名为水排。
　　东汉建武七年（公元３１年），杜诗到南阳做太守，南阳的冶铁业有较长的历史，规模又较大，杜诗总结了当地的冶炼经验，制造了水排来铸造农具，这是几百年冶炼手工业工人劳动经验和智慧的结晶，杜诗只是进一步加以推广利用而已。利用水排来鼓风，来冶铸农具，自然比用人力来鼓风 用力少，见功多.从已发现的在今河南省的汉代冶铁遗址来看，汉代冶铁作坊多半建设在矿山附近，而鲁山县望城岗、桐柏县张畈村两处，却距离矿山较远，相距有１０- ２０公里，而建设在河流旁边，这两处在汉代正属于南阳郡，很可能就是为了利用 水排鼓风的缘故。水排的发明和应用，不仅提高了鼓风能力，而且大大降低了成本，因而长期为冶铁工业沿用。
　　高炉的增大，固然提高了产量，但是炉子过于高大，又会使炉内的煤气上升受到阻碍，影响冶炼。在炉温不够高的情况下，这种矛盾尤其突出。至迟到西汉，冶炼工人在长期实践中观察到，炉料的粒度整齐可以减少煤气阻力，因而在炼铁前，先将矿石加工成粒度在３厘米左右的炉料，矿石碎屑用筛子筛去。这样做的结果，既节省了燃料，又加速了冶炼过程。
　　西汉时，已经发明了在炉料中添加一定数量的石灰石作为碱性熔剂，起助熔作用。结果，炼渣中的二氧化硅就和氧化钙结合，降低了炼渣熔点，从而加强了炼渣的熔化性和流动性，使炼渣与铁水更容易分离，并顺利地流出炉外。添加的石灰石除了助熔外，还有一定的脱硫作用。这种技术的发明，对古代冶炼生铁的提高，乃是关键性的一步，是十分重要的创造。从属于西汉中晚期的巩县铁生沟遗址中发现有石灰石，兼之对熔渣的化验发现含有４１。９９％的氧化钙和３。２２％的氧化镁。
　　除了用高炉炼铁外，西汉时期还有用坩埚炼铁的技术。这是从坩埚熔铜法演变而来的。１９５９年发掘出瓦房庄附近古宛城西汉冶铁遗址，发现坩埚炼铁炉１７座，其中３座较完整，都近似长方形。其中一座长３。６米，宽１。８２米，深度残存０。８２米。炉的建筑方法是，就地面挖出长方坑，留下炉门，周壁经过夯打后再涂薄泥一层。炉顶有的用弧形的耐火砖砌成，砖的大小不同，砖的背面涂有约５厘米厚的草拌泥；炉顶有的用土坯和草拌泥盖成。炉由门、池、窑膛、烟囱四部分组成。门在炉的最前端；是用来装炉和通风的，左右两壁经火烧，已成砖灰色。池在门内，周壁也烧成砖灰色，池底留有厚约１厘米的细砂，是用作燃烧时的 风窝 的。炉膛为长方形，周壁糊有草拌泥，火烧较轻，当是盛放成行排列的坩埚和木柴、木炭等燃料的。炉的后部设三个烟囱，是排放炉烟用的。有的炉内填满木柴灰，有的炉底堆有很多烧土块和砖瓦碎片。坩埚发现３件，都是椭圆形的圜底陶罐，罐外敷有草拌泥约厚３- ４厘米，泥的内部烧成红砖色，表面则成光亮的深黑色，并存有一层灰白色光亮岩浆。另在一坩埚的内壁还粘有铁渣的碎块。从炼炉的结构以及流传到后世的坩埚炼铁法，可以推知当时的炼铁方法是：把矿石、木炭、助熔剂混合，装入坩埚，再把坩埚排列在炉膛内。装炉前，先在炉底铺上一层适当砖瓦碎片，使炉底通风。砖瓦碎片之间要留出许多空隙作为火口，空隙里放易燃品，以便点火。砖瓦碎片上铺第一层木炭，木炭上面安放第一层成排的坩埚。装满第一层坩埚后，又在这层坩埚上面铺第二层木炭，第二层木炭上面，安放第二层成排的坩埚。这样依次安装，直到把炉膛装满，最后铺上一层木炭、一层碎砖瓦片，盖好。点火时，先点中间的火口，等大量冒烟后，再点两边的火口，这样才能均衡燃烧。点火后，随即鼓风。８小时以后，停止鼓风，靠自然风冶炼２４小时，即可开炉。这种炉子有大有小，大的一次可装３００个坩埚，小的只装六、七个坩埚。这种炼铁法虽然简便，但不宜大规模生产，因而在历史上处于次要地位。
　　至迟到西汉中晚期，已经出现了性能较白口铁为好的灰口铁，并很快被用作工程材料。河北满城一号汉墓出土的铁锭，经检验是含低硅、中磷、低琉元素的灰口铁；出土的轴承则为灰口铸铁，具有承载能力大、润滑和耐磨性能好等特点。对河北满城二号墓出土的西汉中期的生铁锭、铁生沟出土的熟铁块和河南渑池出土的汉魏时期的若干铁器的化学成分的分析表明，其含硫量都很低，均在０。０７％以下，含磷量偏高些，在０。１１- ０。３８％之间，用现今国内外炼铁的标准衡量，也是合格的优质铁。灰口铁和优质铁的生产，正是炼炉巨型化、鼓风设施强化以及其它技术进步的产物。
　　（三）炒钢、百炼钢和铸铁脱碳钢技术
　　炒钢技术的发明与百炼钢工艺的日益成熟，是秦汉时期钢铁冶炼技术发展的一大标志。
　　西汉中期前后，虽然在冶炼块铁炼渗碳钢时，反复加热、锻打的次数有明显的增多，使钢的质量逐渐得到提高。但由于块炼铁生产效率低，钢铁的制作在原料上受到很大限制。为了满足社会对钢的需要，在西汉中后期又创造了 炒钢技术，从而开辟了一个崭新的炼钢途径。直到如今，生铁仍是炼钢的主要原料。
　　炒钢，就是把生铁加热到熔化或基本熔化以后，在熔池中加以搅拌，借助于空气中的氧把生铁中所含的碳氧化掉。在古代缺乏化学分析的条件下，炒钢产品中的含碳很难控制在适当水平，需要有熟练的技巧和丰富的经验。
　　所以当时往往 一炒到底 ，把生铁炒成熟铁。炒熟铁与炒钢实质上是一回事，熟铁就是含碳极低的炒钢。熟铁与炒钢的成分均匀，其中的夹杂物，一般比较细小，分布也比较均匀。因此区别炒钢和块炼铁炼成的钢的重要标志之一，就是炒钢夹杂物是含硅较多而含铁较少的硅酸盐，成分比较均匀，含氧化亚铁很少；而块炼铁炼成的钢的夹杂物则以氧化亚铁和含铁较多的硅酸盐共晶为主。
　　东汉晚期著作《太平经》卷七十二《不用大言无效诀》第１１０页说： 今军师兵，不详之器也，君子本不当有也，……不贵用之也。但备不然，有急乃后使工师去治石，求其中铁，烧冶之使成水，乃后使良工万锻之，乃成莫邪.从这里，可知在汉时期普遍的炼钢技术是：先寻求铁矿石，冶炼成生铁水，即所谓烧冶之使成水 ，然后炒炼成钢，再反复锻打，制成莫邪一类的钢剑，即所谓万锻之，乃成莫邪.王充在《论衡？率性篇》中曾说，世上价值千金的宝剑，如棠溪、鱼肠、龙泉、太阿之类，原本是矿山中普通的铁，冶工把它们锻炼成锋利的剑，岂是锻炼的原料有什么不同，而是由于锻炼到家。如果用价值一金的剑， 更熟锻炼，足其火，齐其■（ｘｉāｎ，音先，锋利） ，也就和价值千金的剑相同了。这样出于天然的 铁石 ，经过锻炼就 变易故质 ，产生了质的变化。从这段话，我们可以知道：在汉代用一般的铁经过反复炒熟锻炼也能成为钢。所说 更熟锻炼 ，就是反复炒熟和锻炼。由于东汉炼钢技术的进步，铁工具多用钢刃，《考工记？本人》郑玄注： 首六寸，谓今刚关头斧。 贾公彦疏：汉时斧近刃，皆以刚铁为之。 到三国时，用钢制作兵器就更加广泛了。
　　东汉时已有熟铁的专门名称。许慎《说文解字》说： 鍒（ｒóｕ，音柔），铁之耎（ｒｕǎｎ，音软，柔弱）也 ， 鍒 就是柔软的熟铁的专门名称，这正是对刚铁而言。这时以刚柔的性质，分别用来称呼钢和熟铁，该是和当时炒钢技术的推广、钢和熟铁的生产增加有关。
　　河南巩县铁生沟汉代冶铁遗址发现了西汉后期炒钢炉１座，上部已毁损。炉体很小，建造也很简单，从地面向下挖成 缶（ｆǒｕ，音否，古代的一种瓦器）底 状坑作为炉膛，然后在炉膛内边涂一层耐火泥。炉门向西，长０。３７米，宽０。２８米，残高０。１５　米。炉壁已烧成黑色，炉内尚有未经炒炼的铁块。在河南省方城县赵河村汉代冶铁遗址中也曾发现同样的炉型６座。这种炒铁炉容积小，呈缶形，温度可以集中；挖入地下成为地炉，散热较少，有利于温度升高；炉下部作 缶底 状，是为了便于装料搅拌。这种炉子的风当是从炉子上面鼓入的。河南南阳瓦房庄汉代冶铁遗址中，也发现几座炒钢炉，形制、结构都和铁生沟发现的缶　式炒钢炉大同小异，炉底还留有铁渣块。说明当时这类冶铁作坊，不仅用生铁铸造铁器，也还用生铁炒炼成熟铁或钢，缎制成工具、构件。遗址中出土的锻件如凿、镢等，当是该作坊自制的。南阳东郊出土一件东汉铁刀，形制较特殊，类似炊事用刀，刀身有一道平行于刃部的锻接痕迹。刀宽１１。２厘米，长约１７厘米，刀背厚约０。５厘米，就是用炒钢锻制，其刃部当是用高质量的炒钢锻接而成。
　　由于炒钢以生铁为原料，价廉易得，生产率高，因此与其它制钢方法比较，有很大的优越性。它的出现和逐步推广，改变了整个冶铁生产的面貌，是钢铁发展史上具有划时代意义的大事情。
　　由于炒钢法的创造，使得 百炼钢 技术发展到成熟阶段。
　　从已发现的古代钢制品来看，我国东汉时代已经掌握这种百炼钢技术，当时 炼 的工艺有 三十炼 、 五十炼 、 百炼 等区别。东汉流行一种环首钢刀，叫做 书刀 ，因为它的一面常有错金的马形纹样，又称为 金马书刀 ，皇帝往往用它来赏赐给臣下，官僚和儒生往往用带子把它系在腰间，因此也往往作为陪葬品。罗振玉《贞松堂吉金图》卷下著录有四件 书刀 ，一面有错金的马形纹样，一面有错金铭文，其中三件铭文都是 卅炼.１９７４年，在山东苍山县汉墓出土一把环首钢刀，全长１１１。５厘米，刀身宽３厘米，刀背厚１厘米，环首呈椭圆形，环内径２。５- ３厘米。刀身有错金火焰纹和隶书铭文：永初六年（公元１１２年）五月丙午造卅煉（炼）大刀，吉羊（祥）宜子孙.说明这把大刀是用 三十炼 工艺制成的。经过金相鉴定，钢的含碳量比较均匀，刃部经过淬火，所含夹杂物与现代熟铁相似。
　　１９７８年，在江苏徐州铜山县驼龙山汉墓出土一把钢剑，锋部稍残，无首，通长１０９厘米，剑身长８８。５厘米，宽１。１- ３。１厘米，脊厚０。３-０。８厘米。
　　剑把正面有错金铭文： 建初二年（公元７７年）蜀郡西工官王愔造五十湅（炼）
　　□□□孙剑□ ，内侧上阴刻铭文 直千五百 ４字。 西工官 是蜀郡的工官，王愔是工官性名。铭文说明这把钢剑是蜀郡工官用 五十炼 工艺制成的。 直千五百 应当是该剑的价钱。１５００钱当时可买５０石粟，可供一个人吃两年零九个月。由此可知 五十炼 的钢剑是比较昂贵的。金相鉴定，这把钢剑和苍山出土的 三十炼 钢刀基本相同，也是用含碳量较高的炒钢为原料反复锻炼而成。
　　东汉钢制品更有用 百炼 工艺制成的。１９６１年日本奈良县古墓出土一把钢刀，上有错金铭文： 中平□［年］五月丙午，造作［支刀］，百炼清［刚］，上应星宿，［下］辟［不详］.中平是公元１８４- １８９年东汉灵帝年号。铭文说明了这把钢刀是用 百炼 工艺制成的。
　　在东汉末建安年间，曹操曾令造宝刀５把，３年才造成，自己留了２把，其余３把分给了３个儿子。这５把宝刀，也叫做 百辟刀 ，是 百炼利器 ，据说是用来 以辟不详，摄服奸宄（ｇｕǐ，音轨，犯法作乱的人） 的，曹植为此还写了一篇《宝刀赋》，生动地描写了炼制宝刀的经过。 辟 就是折叠锻打的意思， 百辟 是和 百炼 的意义一致的，就是经过１００次左右的加热和反复折叠锻打。建安二十四年（公元２１９年），曹丕也下令造宝刀宝剑，共炼制了宝剑３把、宝刀３把、匕首两把、露陌刀一把，据他自己说，所有 国工亦一时之良也 ， 至于百辟 才炼成的。 百炼 代表了当时炼制优质钢利器的工艺质量的最高水平。
　　１９９３年初，在陕西兴平出土的东汉中晚期的墓葬中，发现一把向下斜插的铁剑，被坍塌的墓土压成弯弓状，当考古工作者小心翼翼地清除掉剑身坍土时，铁剑突然反弹复原成垂直状，使在场目睹者惊讶不已。据测定，此剑长１。１米，木质剑柄已朽，剑身表面虽已锈蚀，但剑头、剑刃犹存。经Ｘ光透视，剑身内部未有损伤。剑身被压弯１７００多年，仍能反弹复原，是迄今众多古代兵器发掘中的首例，说明此剑坚韧性很强，锻造技术达到非常高的水平，从而也使 何意百炼钢，化为绕指柔 的古诗，得到了有力的实物佐证。
　　这些资料说明，在东汉前期，炒钢以及以此为原料的百炼钢工艺已经相当普遍地被使用了。而在东汉时期，铁兵器完全代替铜兵器，锻制农具和钢工具显著增多的情形，正与这项新技术的发明与推广有着密切的关系。炒钢的发明，不仅是炼钢史上的一次革命，而且对整个社会经济发展都有重要意义。欧洲用炒钢法冶炼熟铁的技术在１８世纪中叶才开始出现，比我国要晚１９００余年。
　　铸铁热处理技术在汉代也有很大发展，并臻于成熟。在南阳瓦房庄汉代冶铸遗址所出土９件铁农具，经检验有８件是黑心韧性铸铁，质量良好，有一些和现代黑心韧性铸铁已无多大的差别。河南渑池汉魏铁器窖藏、北京市大葆台西汉燕王墓及瓦房庄遗址都出土了具有钢的金属组织的铸铁件，有的残存着少量微细的石墨，它们是经脱碳热处理获得的白心韧性铸铁或铸铁脱碳钢件，由于熔铸时经过液态，杂质很少，质地相当纯净，性能良好，可以用作剪刀一类刃具。由实物检测可知，黑心韧性铸铁多用于要求耐磨的农具等，白心韧性铸铁多用于要求耐冲击性能较好的手工工具，说明当时的冶铸匠师对不同材质的性能及适用范围已有较深入的认识，能较为正确的选材和加工以达到工艺要求。南阳、古荥等处还出土有多量薄铁板，它们经脱碳热处理已成为含碳较低的钢板，可以锻打成器，这实际是创造了一种新的制钢工艺，是我国古代所独有的。
　　尤为突出的是，巩县铁生沟汉代冶铁遗址所出铁？，具有和现代球墨铸铁的Ⅰ级石墨相当的带放射状的球状石墨，类似的有球状或球团状石墨的铸铁生产工具已发现３６件，这是我国古代铸铁技术的杰出成就，而现代球墨铸铁是１９４７年才研制成功的。
　　汉代铸铁脱碳制钢的工艺成就，突出地表现于郑州市博物馆在东史马发掘到的６件东汉铁剪上。铁剪需要有较好的硬度和弹性，才便于应用，不致于在使用过程中很快断裂。因此按一般的工艺观点来看，无论就形状和性能来说，是不适宜铸造的。但是，其中一件经过金相检验，发现剪刀的整个断面都是含碳量为１％的碳钢，组织均匀，渗碳体成良好的球状，和现代工业中所用的碳素滚球钢相似，而质地非常纯净，几乎找不到夹杂物。但经过仔细观察，在断面的较厚部位，见到有微小的石墨析出，证明这种剪刀是用铸件为材料经过脱碳退火而成的。它的制作方法，应是先用白口铁铸造出成形的铁条，经过脱碳成为钢材后，磨砺刃部，而后加热弯曲作交股形的８字形，从这６件东汉铁剪，可以看到当时这种固体脱碳制钢工艺有了进一步的发展，不但广泛使用生铁铸件脱碳成为钢件，而且能够利用这种成形的钢材，再锻造成为工件。
　　从铸造技术上看，秦汉时期铁范的使用已大为普及。战国时期已经出现的叠铸技术，这时得到了进一步发展。河南省温县发掘的一处汉代烘范窑，出土有５００多套叠铸范，有１６件铸件，３６种规格，其总浇口直径为８- １０毫米，内浇口薄仅２毫米左右，一套范有４- １４层不等，每层有１- ６个铸件，最多的一次可铸８４件。这就大大提高了生产率。这一时期铸造工艺也出现了更细的分工，根据对汉代铸造作坊出土器物的考察，它大体可分为制模、制范、烘范、熔铁、浇铸等作业，尤其是烘烤铸模、铸范的制造精密，在铸造工艺中起着重要的作用。从而保证了铸件的质量和降低了次品率。
　　综上所述，我国早在汉代，钢铁技术已发展到较为成熟的阶段。汉代冶铁业规模巨大，遍布全国的冶铁作坊和精湛的钢铁技术成为汉代工农业生产进一步发展、国力增强的物质基础。铸钱业也是重要的手工业部门，采用铜范、铁范和泥范来制作。除铜、铅、锡外，秦汉时期的金、银、汞的产量也有很大增长，我国古代社会所能冶炼的八种金属——金、银、铜、铁、锡、铅、汞、锌，除锌外，在秦汉时期都已掌握其冶炼工艺了。