冶铁业是古代社会最重要的手工业生产部门之一。魏晋以来，由于战争频仍，对铁质武器的数量和质量有了更高的要求，因此各族统治者都十分重视冶铁业的发展。而自先秦以来，在长期的生产实践中我国古代劳动人民已经积累了丰富的冶铁炼钢知识和经验，这些都为冶铁技术的迅速发展提供了条件。这一时期出现了百炼钢和灌钢等冶铁方法，特别是灌钢冶炼法的发明和推广，对于增加钢的产量，改善兵器、农具和手工业工具的质量，促进社会生产力的发展，都起了积极的作用，对后世的炼钢生产也有着深远的影响。冶铁技术的进步为各种机械的发明和创新提供了条件。这一时期出现了许多重大的机械发明和革新，并涌现出许多的机械发明家。
一、百辟千灌，精炼成钢
我国是世界上最早生产钢的国家之一。西汉后期我国已发明了“炒钢”技术。炒钢法发明以后，使百炼钢技术发展到成熟阶段。魏晋南北朝时期，最精良的钢就称为“百炼精钢”或“百炼钢”。当时用百炼钢制成的刀，十分锋利，能够斫断用头发丝悬挂起来捆成一束的13根芒草，可见百炼钢质量很高。百炼钢技术具体说来就是将钢铁反复加热锻打，这可以使钢的组织更加致密，成分更加均匀，夹杂物减少和细化，从而显著提高钢的质量。在炼制百炼钢产品时，需要工匠千锤百炼，这是一项十分艰苦的劳动，耗工费时。据记载，曹操曾命工匠为他自己和儿子们炼制宝刀5把，花了3年时间才造成。这种宝刀叫做“百辟刀”，在曹操的《内诫令》中称为“百炼利器”。曹植还写了一首《宝刀赋》，对炼制宝刀的生产场面进行了生动的描绘：“炽火炎炉，融铁挺英。乌获奋椎，欧冶是营。”就是说，当时满庭炉火熊熊，钢花四溅，锻工们奋锤猛击，像古代传说中的大力士乌获那样刚劲有力，像冶铸大师欧冶子那样老练高明。这一时期涌现了许多炼制这种宝刀宝剑的著名冶炼家，如晋代永嘉年间的刘昼和南朝齐、梁时的黄文庆，都是当时最有名的刀剑冶炼家。当时“炼”的工艺有“三十炼”“五十炼”“七十二炼”“八十炼”“百炼”等区别，它们分别代表着不同的质量标准，百炼钢就是经过100次左右的加热和反复折叠锻打的精钢，代表了当时炼制优质钢铁利器工艺的最高水平。
百炼钢虽然质量很高，但是因为太费时费力，所以成本高昂，不可能大量生产。为了解决社会对钢铁的供需矛盾，北魏著名工匠綦毋怀文经过不断研究和反复实践，发明了一种新的炼钢工艺——灌钢法。据史书记载，綦毋怀文的炼钢方法是：“烧生铁精以重柔铤，数宿则成钢。以柔铁为刀脊，浴以五牲之溺，淬以五牲之脂，斩甲过三十札。”[65]这种冶炼方法利用生铁的铁液灌入未经锻打的熟铁，能使碳能较快、均匀地渗入。只要掌握好生铁和熟铁的比例，再经反复锻打，就可以炼成质地均匀、质量较好的钢铁。綦毋怀文炼造的产品称“宿铁刀”，至于“灌钢”一词最早见于宋人沈括的《梦溪笔谈》，其冶炼方法与宿铁的炼制方法非常相似，可见，宿铁就是后世所说的灌钢。
