古代铁的冶炼过程,汉朝冶铁技术

陶玉祥 科技日报记者 盛利

你想知道2000年前人们是怎样冶炼铁的吗？日前，在成都邛崃市举行的“中国西南与东南亚冶金技术的起源与传播暨临邛冶铁实验考古”国际学术研讨会期间，位于当地十方堂村的邛窑考古遗址公园内一座冒着熊熊火焰的冶铁炉巍然挺立，经过10余小时的冶炼，一条赤热滚烫的铁水从2米多高的冶铁炉中缓缓流出，2000年前邛崃先民的冶铁盛况重现在眼前。

这座冶铁炉具有怎样的奥秘？古人冶铁是怎样一个过程？实验考古对研究先民冶铁技术、文化又起到了怎样的作用？记者17日进行了相关采访。

以汉代炼铁炉为原型

手工夯筑复原冶铁炉

16日上午10点过，在邛窑考古遗址公园内，一座冒着熊熊火焰的冶铁炉巍然挺立。这是考古工作者们以古石山遗址发现的汉代炼铁炉为原型，手工夯筑复原的一座冶铁炉，该原型也是在古石山遗址发现的中国南方地区迄今为止保存最为完整的汉代炼铁炉。

2018年，在临邛汉代冶铁实验考古中，考古工作者们以古石山遗址发现的汉代炼铁炉为依据，结合文献记载，等比例缩小复原修建了一座汉代冶铁竖炉，并成功冶炼得到生铁。此次为进一步研究汉代冶铁技术与技术流程，考古工作者们又在筑炉材料、炼炉形制、冶炼方法、冶炼燃料等方面进行了调整。

成都文物考古研究院副研究员杨盛介说，复原炉高2.5米，加上20厘米的炉基，共2.7米；炉子有两个进风口，分别在炉底往上30cm处、60cm处，两个热电偶插孔分别在76cm处、125cm处，一个出铁口在炉子底部，是一个直径5cm的圆孔；炉子从下往上0到60cm处无细绳缠绕，60cm以上均用细绳缠绕，加紧加固，细绳缠绕后，再涂抹石英泥浆覆盖，使得炉子更为耐烧；值得一提的是，炉子内腔70cm以下为方形，70cm以上修筑为圆柱形，虽内腔下方上圆，但炉子外形整体呈圆柱形。

“我们是从一个月前开始动工调整的。”四川大学历史文化学院副院长、考古学教授李映福说，整个冶铁炉由4名工人全手工作业修筑，夯筑的方法是以按压捶打泥土的方式，一层一层加土，然后捶打压实加紧，反复如此垒高修成冶铁炉。

冶铁实验考古

重现古临邛冶铁过程

16日上午11点过，现场有的工作人员还在不断把木炭等燃料从投料口投进去，给炉底加热，还有的正将大颗粒的铁矿石敲碎，以易于其融化和冶炼。“在炉底达到一定温度后，我们就会向炉内一层一层地添加矿石。”现场工作人员告诉记者。

经过10个小时左右的冶炼，铁水成功流出。

“复原铁炉、重现冶炼过程的目的，就是从科学角度，验证从前对汉代冶铁技术的分析是否正确，同时通过尝试调整向内添加木炭、矿石的数量，以达到对汉代冶铁技术各方面的深入对比研究。”李映福说，冶铁实验考古作为冶金考古学研究中越来越重要的一种研究方法，通过复原汉代从矿石开采到冶炼铸造的冶铁活动，全面真实地还原汉代冶铁技术与冶炼过程，可以帮助研究者更好地理解和研究汉代生铁的冶炼技术及其背后的文化体系。

目前，来自四川大学历史文化学院考古学系的师生们基于对考古发现的矿石、炉砖、鼓风管的复原，已基本完成了对汉代冶铁炉从形态到筑炉工艺的复原。此外，在实验过程中还完成了对汉代西南夷地区常见“碗式”炼炉的冶铜实验。

据了解，为了此次实验考古的科研目的，科研人员保留了部分生铁在炉底，并进行熄火封炉，待炼炉自然冷却后再进行考古学解剖，结合此次获得的各种检测数据，综合分析以求达到此次实验考古的预期目的。

临邛地区冶铁资源丰富

为实验考古提供依据

邛崃古称临邛，盛产煤，铁，盐，茶。据《史记》记载“程郑,山东迁虏也,亦冶铸,贾椎髻之民,富埒卓氏,俱居临邛”，卓氏和山东迁虏程郑氏迁入临邛依靠冶铁，销铁于西南夷富甲一方。

近年来，考古工作者在古临邛境内的邛崃、蒲江等地发现了大量汉代冶铁遗迹和遗物。临邛地区丰富的汉代铁技术、铁文化资源为考古工作者们开展大量实验考古活动提供了依据，也为研究汉代冶铁技术与技术流程提供了丰富的研究资料和实验考古案例。

作为“古蜀文明传承保护工程”的重要实践，临邛冶铁实验考古是新时期四川省加强文物保护利用改革工作中的一大亮点，致力于深入研究临邛汉代冶铁技术以及文化遗产的保护，提升“古蜀文明传承保护工程”的研究水平，传承古蜀文明。

来源：科技日报 文中图片由主办方提供

编辑：刘义阳

审核：朱丽

早期古代人怎样冶铁啊？有流程没有？

已知中国最早的铁器是河北出土的商代铁刃。后确认为是用含镍较高的陨铁锻成。另外有同时代北京平谷的陨铁刃，河南商末的铜兵铁刃。
公元前6世纪前后，中国就发明了生铁冶炼技术。尤其是春秋战国时期，块炼铁和生铁冶炼两种工艺几乎是同时生产。原始的炼铁炉是由石堆炼铁法改造而成的。在土中挖一坑洞，周围用石块堆砌，称为地炉。将铁矿石和木炭一层加一层的放在地炉中利用自然风力进行燃烧，利用木炭不完全燃烧产生的一氧化碳 ，使铁矿石中的氧化铁还原成铁，冷却后，取出铁块。这种炼铁法叫块炼铁。其炉温大约1000摄氏度左右，离纯铁的熔点（1534摄氏度）相差甚远。块炼铁得到的铁质地疏松，还夹着许多杂质不坚韧，并无多大实用价值。后来经过不断的实践，人们发现把这种铁加热到一定温度下经过反复锻打，就可以把夹杂的氧化物挤出去，此时铁的机械性能就得到了改善。在反复锻打铁块的基础上，古人又得出了块炼铁渗碳成钢的经验。因块炼铁质柔不坚，渗碳块炼钢又太坚硬，人们又发明了炼钢的淬火工艺，进一步提高了块炼钢的机械性能。
从战国到西汉，生熟铁并用平行发展。早期的铸铁都是白口铁，铸造性能较好。但是碳是以化合碳的形式存在于铁中，导致生铁脆硬，不耐碰击。因此，在战国早期，人们就创造了白口铁柔化术。即通过长时间加热，将白口铁中的碳化铁分解为铁和石墨，消除大块的渗碳体，这时提高铁的柔性起了良好的作用。
西汉，再块炼渗碳的基础上兴起了“百炼钢”技术。他的特点是增加了反复加热锻打的次数，这样既加工成型，又是夹杂物减少，细化和均匀化，大大提高了钢的质量。西汉中期，又出现了炒钢，即将生铁炒到成为半液体半固体状态，并进行搅拌，利用铁矿物或空气中的氧气进行脱碳，借以达到需要的含碳量，在反复热锻，打成钢制品。这省去了烦难的渗碳工序，又使钢的组织更加均匀。炒钢的发明，也打破了先前生铁不能转为熟铁的界限，使原先各行其是的两个工艺系统得以沟通。成为统一的钢铁冶炼技术体系。

古代人是怎么把铁矿石练成铁的?

我国炼铁始于春秋时代.那时候的炼铁方法是块炼铁,即在较低的冶炼温度下,将铁矿石固态还原获得海绵铁,再经锻打成的铁块.冶炼块炼铁,一般采用地炉、平地筑炉和竖炉3种.我国在掌握块炼铁技术的不久,就炼出了含碳2%以上的液态生铁,并用以铸成工具. 战国初期,我国已掌握了脱碳、热处理技术方法,发明了韧性铸铁.战国后期,又发明了可重复使用的“铁范”(用铁制成的铸造金属器物的空腹器).
西汉时期,出现坩埚炼铁法.同时,炼铁竖炉规模进一步扩大.1975年,在郑州附近古荥镇发现和发掘出汉代冶铁遗址,场址面积达12万m2,发掘出两座并列的高炉炉基,高炉容积约50m3.西汉时期还发明了“炒钢法”,即利用生铁“炒”成熟铁或钢的新工艺,产品称为炒钢.同时,还兴起“百炼钢”技术.东汉(公元25～220年),光武帝时,发明了水力鼓风炉,即“水排”.我国古代水排的发明,大约比欧洲早1100多年.
汉代以后,发明了灌钢方法.《北齐书·綦母怀文传》称为“宿钢”,后世称为灌钢,又称为团钢.这是中国古代炼钢技术的又一重大成就.
据〈中华百科要览〉记载：中国是最早用煤炼铁的国家,汉代时已经试用,宋、元时期已普及.到明代(公元1368～1644年)已能用焦炭冶炼生铁.在公元14～15世纪之际,铁的产量曾超过2000万斤,折合约为1.2万t.西方最先开始工业革命的英国,约晚两个世纪,才达到这个水平.
总的来看,中国古代钢铁发展的特点与其他各国不同.世界上长期采用固态还原的块炼铁和固体渗碳钢,而中国铸铁和生铁炼钢一直是主要方法.由于铸铁和生铁炼钢法的发明与发展,中国的冶金技术在明代中叶以前一直居世界先进水平.