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[拼音]:Handai yetie yizhi

西漢和東漢冶鐵和製造鐵器的遺址,共發現30餘處,地點遍及今河南、陝西、山西、河北、山東、江蘇、內蒙古等省區。其中發現於河南省的約佔半數。遺址面積一般在1萬平方米以上,有的達10餘萬平方米。出土鐵器有的還帶有鐵官和所屬的多處作坊標誌的銘文,據以考證的漢代鐵官有河南郡、穎川郡、南陽郡、河東郡、漁陽郡、山陽郡(王莽時改稱鉅野郡)、臨淮郡(王葬時改稱淮平郡)、盧江郡、蜀郡臨邛、中山國北平縣、弘農郡宜陽縣等10餘處。

從發掘中證實,漢代冶煉工場與原料產地多在一起,從選礦、配料、入爐、熔鍊到出鐵等一套冶煉工序,裝置已相當齊全。煉爐(高爐)形式多樣,入爐礦石要經擊碎篩選,以石灰石作助熔劑,以木炭為鍊鐵能源和還原劑的燃料。沿用革橐鼓風。使用化鐵爐澆注鑄件。此外,還有供鑄鐵柔化處理和炒鋼鍛造的鍛爐、炒鋼爐、退火脫碳爐,以及供烘烤和澆鑄的烘範窯。鑄範採用泥範疊鑄和金屬範。產品以農具、工具為主。鑄鐵脫鋼和生鐵炒鋼是漢代發展起來的具有中國特色的兩種生鐵製鋼工藝。中國古代主要的鋼鐵冶煉技術,絕大部分在漢代已經達到了成熟的程度。

主要遺址

在已發現的冶鐵遺址中,河南省的鞏縣鐵生溝遺址、鄭州古滎鎮遺址、南陽瓦房莊遺址、溫縣招賢村遺址和江蘇省徐州利國驛遺址是具有代表性的 5處遺址。

鐵生溝遺址

位於河南省鞏縣城(孝義)南20公里處。河南省文化局文物工作隊1958年發現和發掘。1962年出版了《鞏縣鐵生溝》。遺址總面積 2萬多平方米。共發掘出煉爐8座,鍛爐1座,炒銅爐1座,退火脫碳爐1座,烘範窯11座,多種用途的長方形排窯5座,大量的熔爐耐火磚、各種耐火材料殘塊和建築材料1000多件。此外有廢鐵坑8個,配料池1個,房基4座。大量的煉渣、陶鼓風管殘段、鐵範、泥範、燃料(木炭、木柴、煤),冶鑄工具(石杆、石砧、鐵錘、鐵鍥),生鐵鑄成的梯形鐵板,以及鑿、錛、錐、削、釜、鉤、?、雙齒?、鋤、V形鏵冠,鏟、劍、鏃等鐵產品160多件,是已知的漢代冶鐵遺址中,發現最豐富的一處。遺址西南的羅漢寺,西邊的金牛山,東北邊的青龍山,都是鐵礦石的產地,並有多處古礦坑道遺存。

發掘和研究表明,這裡是一處冶煉生鐵、鑄鐵、退火脫碳的綜合性工場,它的整個生產過程基本上可以復原。除了採礦以及礦石加工、燃料和耐火材料的準備以外,基本環節是:鍊鐵、鑄造、脫碳退火(柔化處理);或鍊鐵、鑄錠、炒鋼、鍛造。而關鍵是脫碳退火和炒鋼。從出土的鐵器上的鐵官標誌銘文推定,鐵生溝遺址屬漢代河南郡所轄的第3號制鐵作坊,其使用年代約自西漢中晚期至東漢,主要生產期在東漢初期。

古滎鎮遺址

位於河南省鄭州西北20多公里的漢滎陽縣城西牆外。鄭州市博物館1975年發現和發掘。遺址面積約12萬平方米,從出土鐵器上的鐵官標誌銘文推定,這裡屬漢河南郡所轄的第 1號制鐵作坊。使用年代約自西漢中晚期至東漢。

在遺址中發現煉爐爐基2座,斷面吳橢圓形,其中1號爐是已知的漢代煉爐中儲存最好又是最大的一座。爐基周圍有20餘噸煉爐積鐵塊,成堆的礦石、煉渣,還有耐火磚、陶風管殘段、煤餅、櫟木炭、鑄鐵範用的陶模(母範)、生鐵鑄成的梯形鐵板。與冶煉有關的附屬裝置有水井、水池、“船形坑”、四角柱坑,以及供烘範和其他用途的窯13座。產品有鏵、 V形鏵冠、?、雙齒?、鋤、臿、鏟、錛、鑿、齒輪、六角承和矛等 300多件。

瓦房莊遺址

位於河南省南陽北關外瓦房莊漢宛城內。河南省文化局文物工作隊1959年發現和發掘。遺址面積約12萬平方米,是一處以鑄鍛鐵器為主的作坊,使用年代,大約從西漢中晚期至東漢晚期。

在遺址內發現熔爐爐基5座、鍛爐9座、炒鋼爐數座和烘範窯殘跡。爐基附近有水井2座、火燒槽4座、範坑3座,大量的鐵渣、 渣坑、耐火磚、 陶風管殘段、泥範、木炭、梯形鐵板。鑄制的鐵器有砧、錘、 V形鏵冠、鏵、?、鋤、臿、斧、錛、齒輪、六角承、鼎、釜、爐、燈等,鍛制鐵器有矛、劍、鏃、鐮、鑿、削、鉤、各種車馬器飾。

招賢村遺址

位於河南省溫縣招賢村漢河內郡溫縣故城外。河南省博物館1974年發現。遺址面積約 1萬平方米,遺址北部有東漢前期的烘範窯一座。窯內整齊放置疊鑄泥範500餘套,以車馬器泥範為主,有革帶扣、車軎、馬銜、連線鏈、各種軸承等36種器形。鑄範都用金屬模盒翻製成範塊或範片,然後疊合成套。由一個垂直的總澆口把各層空腔串連起來,金屬液自上而下逐層流灌型腔。一般一次可鑄6~10層,每層2~6件。最多的是革帶扣,有14層,每層6件,一次可鑄84件。

利國驛遺址

位於江蘇省徐州北部利國驛鐵礦場。南京博物院等單位1954年發現,1959年複查。遺址內有東漢煉爐1座,作半地穴式,爐身用石英砂與粘土混合夯築。爐基用粘土夯築。以石灰石作熔劑。煉爐附近有鐵釺、鐵錘、鐵三齒耙等鍊鐵工具。距遺址 400米處的峒山頂上有礦井和露天礦坑遺蹟各一處。

復原研究和金相檢定

由於大量的考古發現,在煉爐、熔爐的復原研究及金相檢定等方面,也出現了可喜的成果。

煉爐

在鐵生溝、古滎鎮、利國驛和鶴壁鶴鹿村、魯山望城崗、西平冶爐城等遺址都有發現。爐形有斷面圓形和橢圓形兩種。鐵生溝發現的 6座圓爐、爐缸直徑0.8~1.8米,容積較小。橢圓爐應是圓爐發展而來。橢圓爐容積增大,結構嚴密,最大的一座是古滎鎮遺址1號爐。爐缸長軸4米,短軸2.8米,面積約8.5平方米,復原高5.6米。爐身呈直筒狀,有效容積約50立方米左右。長軸兩側各設2個風口。鼓風器雖未發現,但陶風管發現不少。據山東滕縣巨集道院出土畫像石上的冶鐵圖,可知漢代仍沿用革橐鼓風,每個風口設一個革橐,每分鐘風量約8立方米左右。燃料用木炭。煉渣經檢定分析,證實用石灰石作助熔劑。推測當時已經知道按比例配料。根據對古滎鎮遺址的調查研究,古滎 1號煉爐每生產一噸生鐵,約需鐵礦石2噸,石灰石130公斤,木炭7噸左右,渣量600多公斤,日產生鐵約0.5~1噸。這在2000年前,是很傑出的技術成就。比美英等國遲至1850年才出現橢圓形高爐,提早約2000年。

熔爐

在鐵生溝、古滎鎮、瓦房莊、魯山望城崗、登封告成等遺址中都有發現。根據對瓦房莊熔爐的復原研究,漢代熔爐是建築在地面上的豎爐。高約3~4米,爐內徑約1.5米左右。爐壁分3層,從爐內壁的熔融程度看,自上至下分為預熱區、還原區、氧化區。進風管和鼓風器相接,使用人力鼓風。以慄木為燃料。從已發現的熔爐結構和築爐材料看,它與煉爐顯然有別,說明鍊鐵與化鐵的分工已明確。早期以鍊鐵爐的鐵水直接澆注鑄件的做法,到漢代已被專用的熔爐所取代。

烘範窯和鑄範

與熔爐直接相關的是烘範窯。烘範窯作半地穴式,平面略呈前部半圓形、後部方形,並在前面挖出窯道(工作場面),再在地面上砌出窯室。窯體分窯門、火膛、窯室、煙囟 4部分。窯門拱頂。門內為火膛,比窯室面低0.5米,火膛內有磚砌的爐箅。窯室方形,底部鋪磚,四壁用土坯砌成,向上逐漸收攏成密封券頂。窯室後壁設煙囪。從溫縣烘範窯和其他遺址中發現的泥範可以看出,用泥範澆注鑄鐵件,在合範後澆注前要經過一道烘範(預熱)工序。使用預熱型澆注,能減低金屬液在型腔中的冷卻速度,有利於鐵水暢流注滿型腔,保證鑄件有較高的精確度。對漢代鐵器的金相檢定表明,漢代使用金屬範(主要是鐵範),似乎比泥範更多更普及。鐵範可多次使用,生產率高,鑄造質量也較好。

退火脫碳爐和鑄鐵柔化

退火脫碳爐在漢代冶鐵遺址中時有發現,以鐵生溝遺址所見最為科學。整體作長方形,內部結構似陶窯,周壁分內外兩層。這種空壁式的爐型,可使爐內熱空氣分佈均勻,通過加熱速度和空氣的調節,獲得韌性鑄鐵、鑄鐵脫碳鋼等優質鋼鐵器件。古滎鎮、瓦房莊等遺址中,發現數以百計的梯形薄鐵板,經檢定,含碳量在0.1~0.7%之間,個別器件已具有球墨鑄鐵的組織。由此證明,漢代的鑄鐵脫碳鋼件,不僅採用退火脫碳成鋼,而且可以利用生鐵鑄成的板材直接進行固態脫碳成鋼。以鐵生溝退火脫碳爐現存爐內容積約1立方米計算,可容脫碳退火鐵鏟2000件左右,脫碳一爐約需3天,生產效率是比較高的。

鍛爐、炒鋼爐和生鐵炒鋼

鍛爐、炒鋼爐在鐵生溝、瓦房莊等遺址中都有發現,各地爐形基本相同。鐵生溝鍛爐用白色鋁土夯築爐基,是目前已知的最早的例項。爐基每層厚8釐米,並用紅色耐火磚和土坯建爐牆。炒鋼爐系在地面下挖成缶狀坑作爐膛,膛內壁塗耐火泥。經檢驗的高碳鋼和熟鐵塊,證明是就地用生鐵炒煉的。有些熟鐵器,即以炒鋼為原料鍛成。漢代發明的炒鋼法,以生鐵為原料,既可炒煉出純淨的熟鐵(低碳鋼),再經鍛打滲碳成鋼,又可有控制地把生鐵炒到需要的含碳量,生產出適用的高碳鋼或中碳鋼。

參考書目

河南省文化局文物工作隊:《鞏縣鐵生溝》,文物出版社,1962。

河南省博物館等:河南漢代冶鐵技術初探,《考古學報》1978年1期。

李眾:中國封建社會前期鋼鐵冶煉技術發展的探討,《考古學報》1975年2期。