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明代中叶官府设冶纳课大肆搜括引起民众强烈反抗。正统九年（1444）福建、浙江银课比洪武年间增加十倍邓茂七、叶宗留相继起事。成化九年（1473）云南巡按御史胡经奏称楚雄等地卫军全部充任矿夫因“煎办不足或典妻鬻子赔补其数甚至流徙逃生啸聚为盗”。面对这种严重局面明皇朝不但不采取改善措施反而变本加厉地加强镇压和搜括。弘治十三年规定“聚众至三十人以上分矿至三十斤以上者俱不问初犯再犯问边卫充军”。万历年间（1573—162o）派宦官到各地摊派勒索十年间得银三百万两迫使反矿税的斗争此伏彼起遍及全国。《明史·食货志》谈及矿政积弊时说：“识者以为明亡盖兆于此”是有一定道理的1。钢铁冶炼技术明代炼铁竖炉及其熔炼技术有进一步展。据朱国桢《涌幢小品》和孙承泽《春明梦余录》记载遵化铁冶“铁炉深一丈二尺广前二尺五寸后二尺七寸左右各一尺六寸前辟数丈为出铁之所俱石砌以简千石为门牛头石为心黑沙为本石子为佐时时施下用炭火置二鞴扇之得铁日可四次。妙在石子产于水门口色间红白略似桃花大者如斛小者如拳捣而碎之以投于炎则化而为水。石心若燥沙不能下以此投之则其沙始销成铁。”这里所说的色如桃花的石子应即莹石用作熔剂可1《明史》卷八二《食货志》。
1参见《明史·食货志》和白寿彝：《明代矿业的展》《历史研究》1963年第2期。降低熔点使炉况顺行是炼铁技术的重要进展文献记载以此为最早。炼铁所用鼓风器多为双动作的活塞式木风箱。由于箱体结构和活门的巧妙设置使得正、逆行程都能送风为炼炉提供连续风流。四人拉拽的大型木风箱风压可达三百毫米汞柱在当时世界上是一种先进的鼓风设备。有些铁场还使用了机车如屈大均《广东新语》记载广州铁场装填矿料“率以机车从山上飞掷以入炉”节省了劳力提高了工效。
焦炭至迟于明代已用于炼铁。方以智《物理小识》说：“煤则各处产之奥者烧焙而闭之成石再凿而入炉曰礁可五日不绝灭煎矿煮石殊为省力。”李诩《戒庵老人漫笔》说北京地区“炼焦炭备冶铸之用”。按木炭所含灰分只o。5—2。5％1—17％硫甚少可不计并且气孔度大料柱透气性好利于熔炼操作。但由于其强度低炉高不能高十米限制了高炉的展。煤的杂质多炼铁时须加大造渣量兼以热稳定性差易使炉况不顺所得生铁含硫量高质较次。焦炭在制备时经过蒸馏除去大部分挥物强度大热量高为竖炉炼铁的理想燃料。英国于公元17o9年由阿拉伯罕·达比创用焦炭炼铁其后竖炉高度迅过十米以上。所以明代明炼焦并用于炼铁生产是有重要意义的。
隋唐以后炒铁是从生铁制备熟铁的几乎是惟一的方法因而在制钢术中具有极重要的地位。明代的炒铁炉有地炉、反射炉和生熟炼铁炉三种。与简陋的地炉相比较反射式炒铁炉较为先进。它的燃烧室与熔池分设以减少灰分与杂质的混入可用煤作燃料。
生熟炼铁炉见于《天工开物·五金》篇：“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。”这种将炼铁炉和炒铁炉串联使用以提高生产效率减少能耗的做法在工艺思想上是很先进的。方以智《物理小识》卷七于此有相似记载：“凡铁炉用盐和泥造成。出炉未炒为生铁既炒则熟生熟相炼则钢。尤溪毛铁生也。豆腐铁熟也。熔流时又作方塘留之洒干泥灰而持柳棍疾搅则熟矣。”这种搅炼制熟铁的工艺于近代仍在四川、云南等地使用。
灌钢在各种传统制钢术中最为重要。唐顺之《武编》说：“熟钢无出处以生铁合熟铁炼成或以熟铁片夹广铁锅涂泥入火而团之或以生铁与熟铁并铸待其极熟生铁欲流则以生铁置熟铁上擦而入之。”这里所说的前一种方法与宋代沈括《梦溪笔谈》所述相似但把屈盘的熟铁改为铁片可增加生、熟铁的接触面积有利于造渣和碳分的扩散与匀化此法又见于《天工开物》和《物理小识》。后一种方法亦即清代至近代仍盛行于江苏、安徽、湖北、湖南、四川、福建等地的“抹钢”和“苏钢”。有学者曾于四十年代在重庆作实地考察认为通过生铁液滴对料铁的渗淋有助于造渣和使铁净化与现代白林炼钢法的原理相近1。
金属锌的冶炼和黄铜的应用锌的古称为倭铅。它的冶炼工艺在古代文献中仅见于《天工开物·五金》篇。原文称：“凡‘倭铅’古书本无之乃近世所立名色。其质用炉甘石（碳酸锌znco3）熬炼而成繁产山西太行山一带而荆衡为次之。每炉甘石十斤装载入一泥罐内封裹泥固以渐砑干勿使见火拆裂。然后逐层用煤炭饼垫盛其底铺薪火煅红。罐中炉甘石熔化成团。冷定毁罐取出每十耗去其二即倭铅也。”
按锌的沸点仅9o7c而氧化锌的还原温度为9o4c二者非常接近因此必须用冷凝装置予以回收才能得到单质锌。这是炼锌的困难所在也是《天工开物》所未详明的。根据近年一些学者的实地考察得知贵州赫章传统炼锌工艺所用锌铅矿其主要矿物组成为菱锌矿（znnetsio5）和硫酸锌矿（znso4）等蒸馏罐用耐火泥加熟料制成、上部特做出回收锌蒸汽的斗壳。长方形的坩埚炉内一次可放蒸馏罐一百二十个。罐内盛以碎矿和煤。放入炉内后点火锌矿石在高温下被还原凝集于斗壳底部。所得锌块纯度约为97—98。7％生产周期约一昼夜。
印度的炼锌技术早于中国。它的蒸馏罐为倒置罐颈细长穿过隔板下伸而起到冷凝器的作用使锌凝集于下方的容器中。据此可知印度的传统炼锌术是采用下冷凝式中国则使用上冷凝式其技术渊源不同属于两种工艺体系有可能是各自独立明的。锌在十六世纪传入欧洲。据埃契森称1745年有一批锌锭从广州运往瑞典货船沉没于哥德堡港。1842年左右部分锭材被打捞出来证实其为纯度98。99的锌锭。英国于1738年用下冷凝式炼锌可能是受到印度炼锌术的影响。但中国锌锭的长期出口无疑也对欧洲炼锌业的兴起产生着推动作用。
黄铜是铜和锌的合金。明自嘉靖时开始大量铸钱《明会典》载：“嘉靖中则例通宝钱六百万文合用二火黄铜四万七千二百七十二斤”“嘉靖三十二年铸洪武至正德九号钱每号百万锭每锭五千文；嘉靖钱千万锭每锭五千文”。可见黄铜用量之大。先前多用炉甘石点化红铜得到黄铜。如清初顾祖禹《读史方舆纪要》载：“宁州水角甸山在州东百三十里地名备录村产芦（炉）甘石旧封闭。嘉靖中开局铸钱取以入铜自是复启。”但这种方法存在一些问题。如《天工开物·五金》载：“后人因炉甘石烟洪飞损改用倭铅。每红铜六斤入倭铅四斤先后入罐熔化。冷定取出即成黄铜唯人打造。”又载：“凡铸器低者红铜、倭铅均平分两1周志宏：《中国早期钢铁冶炼技术上创造的成就》《科学通报》1965年第2期。甚至铅六铜四；高者名三火黄铜、四火熟铜则铜七而铅三也。”有学者据明嘉靖年间成书的《三元大丹秘苑真旨》所述福建出产“白气倭铅”河南出产“青气倭铅”山西出产“黄气倭铅”认为《宣德鼎彝语》所载“倭源白水铅”和“倭源黑水铅”为中国自产的金属锌1。还有人对明代钱币作了测试现天启后的钱币含镉量有明显增大认为系蒸馏法炼锌所致据此可将中国以单质锌配制黄铜用以铸钱的时间定在天启元年（1621）2。当然这还需要进一步寻找证据但由此可见铜锌合金的配制与使用逐渐进入成熟阶段且广泛用于钱币和各种器件的铸造与锻制。这在冶金史上是具有重要意义的。
大型金属铸件1。兰州铁柱。明洪武五年到九年（1372—1376）造。供黄河浮桥缚系铁缆之用南北岸各立两根。现存两根柱长6。3米直径o。6米重约14吨。2。永乐大钟。铸于明永乐十八年（142o）前后现存北京大钟寺。高近7米口径33米重约46吨。钟体内外铸有经文22万余字。大钟合金成份为：铜8o。54％、锡16。4％、铝1。12％钟体铸型由七段铸范和泥芯组成蒲牢先铸于浇铸钟体时铸接成一件浇注用槽注法1。
3。武当山金殿。位于武当山主峰天柱峰巅建于明永乐十四年（1416）为现存最大的铜建筑物。重檐庑殿式仿木结构高5。5米宽5。8米进深42米全部用铜构件由榫卯装配而成。
除正面门扇外构件表面均鎏金。类似的铜建筑物有北京万寿山铜殿、五台山铜殿、昆明铜殿等。
这些大型金属铸件在铸造技术和生产规模方面都可说是领先于世界的。
1赵匡华：《中国历代“黄铜”考释》《自然科学史研究》1987年第4期。2周卫荣：《中国古代使用单质锌黄铜的实验证据》《自然科学史研究》1994年第1期。1朱彝尊：《日下旧闻考》；吴长元：《宸垣识余》；夏明明：《明永乐大钟》《北京考古与文物》1982年。
第六节机械明代前期我国机械工程技术依然保持着较高的水平这集中地反映于宋应星所撰《天工开物》中有《乃粒》、《粹精》、《甘嗜》、《膏液》、《乃服》、《冶铸》、《锤锻》、《舟车》、《佳兵》诸篇有关各类机械、机械制造工艺的记述中。诸如以性能良好功效卓越著称的连机水碓和活塞式风箱；失蜡铸造、锻焊、生铁淋口、渗碳热处理等先进而实用的技艺都在中国古代机械明史上占有重要的地位。又如造糖车（即双辊式压榨机）和利用尖劈原理工作的油榨以其构造简单、效率较高且坚牢可靠直至近代仍广为使用。
《天工开物》所载纺织机械中的缫车和赶车（双辊式脱棉机械）也都很有特色在促进纺织业展中起着重要作用。特别是其中的提花机为古文献中最具体完整的记载原文称：“凡花机通身度长一丈六尺隆起花楼中托衢盘下垂衢脚提花小厮坐花楼架木上。机末以的杠卷丝中用叠肋木两枝直穿二木约四尺长其尖插于筘两头。”著名的云锦、蜀锦都是用这类花机织成的。在提花技术中结花本尤为复杂起着关键的作用。通过结花本使成千上万根经线按设计图案的要求有规则地交互上下提综几十种结线有序地横穿排列从而构成一整套花纹记忆装置。结好花本上机起织织工和挽花工相互配合就能织出合乎设计要求的复杂图案与纹饰。这在技术思想上是非常卓越的其进一步展便是其后出现的打孔操作以及现代的程序控制。
明初詹希元所创五轮沙漏见于《明史·天文志》：“［詹希元］以水漏至严寒水冻辄不能行故以沙代水。然沙行太疾未协天运乃以斗轮之外复加四轮轮皆三十六齿。”在宋濂《宋学士文集·五轮沙漏铭》一文中对沙漏的形制、轮系的配制有更详细的记载。《明史·天文志》又载：“厥后周述学病其窍太小而沙易堙乃更制为六轮。其五轮悉三十齿而微裕其窍运行始与晷协。”周述学对五轮沙漏做了改进。以沙代替水作为传递运动的介质这一构思颇为巧妙而其齿轮系的结构方式也已和其后的西洋时钟轮系相近似。
明代中叶以后随着近代科学技术在西方的兴起以达·芬奇（leonardodavinci1452—1519）等人为代表在机械设计及工程应用等方面已明显突破传统从而使中国传统机械工程技术相形见绌。在此期间一些有识之士开始向西方的先进科学技术学习。在机械工程方面徐光启于万历四十年（1612）与传教士熊三拔（s。deursis）合译《泰西水法》一书介绍西洋水利工程作法与各种水利机械可称开风气之先。而成就最卓著的允推王徵。他在天启六年（1626）进京与邓玉函（johannterrenz）汤若望（。be11）等传教士交游。在西方输入的自鸣钟等机械装置的影响下王徵曾创制虹吸、轮壶、代耕器、自转磨等机械。其中轮壶是以重力为�