冶铁技术源自中国还是西方？

　　钢铁冶炼技术是中国的传统强项，公元一世纪罗马帝国的博物学家老普林尼在其著作《自然史》中曾说“在所有的各种铁之中，以中国铁为最好。中国人把它连同各种织品和皮货输送给我们”。17世纪以前，中国至少有10项冶铁技术处于世界领先地位，对世界文明作出了巨大贡献。虽然取得了这些伟大成就，但中国铁制品的出现较晚，迄今为止，公认中原地区最早的人工冶铁制品发现于公元前8世纪的河南三门峡虢国墓地，比西亚赫梯人的人工冶铁要晚了1000多年。虽说西亚与中国远隔千山万水，但千年的时光似乎也够这项技术伴着悠悠的驼铃晃到黄土大地了。那么冶铁技术究竟是从西方传入，还是本土起源的呢？

　　关于冶铁技术起源问题的争论在学界由来已久，支持本土起源的多是依据中国在春秋时期已知冶铸生铁，像杨宽先生80年代就提出，中国冶铁技术的发明，同亚洲西南部、欧洲、非洲所有国家的冶铁技术是毫无关联的。《中国科学技术史·钢铁分册》的著者华道安90年代也曾说道，冶铁术是在公元前5世纪初在中国南方独立发展起来的，最早使用铁的地区是吴国，就是著名铸剑大师干将莫邪居住的地方。但随着西北地区越来越多材料的发现，冶铁术从西亚经新疆，过河西走廊传入中国的路线逐步清晰，更多的人也开始支持冶铁技术是从西方传入的。不过，这时从西方传入的仅仅是比较原始的块炼法，也就是把铁矿石炼成海绵状的铁块，经过反复捶打，塑造成型，这样炼出的铁产量低，费工多，劳动强度大，浪费原料多，还不够坚固耐用，只有通过接下来中国工匠对冶铁技术的改良，铁器才得以大放异彩。


1975 年，郑州市文物部门在古荥镇对古荥冶铁遗址冶炼区进行了首次考古发掘，发现两座大型炼铁炉残迹，东西并列。其中位居东部的一号炼铁炉结构复杂，规模最为宏大。在一号冶炼炉南面不远处，填埋有大小不等的10 余个积铁块。积铁块是由于冻炉事故造成的炉内铁液结块，其中3块属“巨无霸”型，重量超过20 吨。2 号炉建在早期炉基之上，呈南宽北窄的“凸”字形状，面积稍逊于1 号炉基，但建筑风格和方法与1 号炉基相同。在炼铁炉周围还有水井、水池、四角柱坑、船形坑等冶铁配套设施以及矿石场、32 座陶窑、两处炉渣坑。这次发掘还出土很多陶范、陶器、铁器与熔炉的耐火砖、鼓风管残块。在陶模和铁器上刻铸有“河一”铭文，证明这处冶铁作坊应为西汉中晩期河南郡第一冶铸作坊。冶铁高炉是目前我国发现的西汉中晚期容积最大的炼铁炉，标志着我国冶铁铸造技术居于当时世界领先水平。

司马迁在《史记》里面就记载，西域之地的人“不知铸铁器”
中东地区炼铁的历史确实比中国早，但长期停滞不前，完全没有掌握炼钢的技术。炼铁技术到了战国时期中国已经远远领先于世界上其它地区。汉武帝时期根本不需要去西域学习炼铁，而是完全相反：是西域学习汉朝的炼铁技术。





 

　　2015 年8 月至2016 年6 月，为配合荥阳故城遗址公园建设，在市文物局的支持下，郑州市文物考古研究院与郑州市古荥汉代冶铁遗址博物馆对冶铁区南部进行考古发掘，揭露面积1250 平方米，清理出东西并列的长廊型房基两座以及水井一眼、窑址一座、水池一个，对船形坑进行复挖和解剖，为深入了解冶铁遗址功能区分布及冶铸工艺流程提供了珍贵的实物资料。古荥冶铁遗址面积12 万平方米，至今发掘面积只有2950 平方米，根据发掘情况及其相关研究成果，大致谈谈其功能区的布局、工艺流程和一些重要的学术意义。

 

　　冶铁遗址功能区布局情况

 

　　从古荥冶铁遗址发掘出的遗迹现象及其布局位置看，有冶炼高炉、矿石料场、道路、四角柱坑、水井、水池、船形坑、窑址、房基和灰坑等，分属冶铁、铸造、服务保障等三大功能设施。冶铁区的中心是两座冶铁高炉，并以此布局相关设施：四角柱坑是为冶炼炉上料的高架设备，处于两炉与矿石料场之间，这样就组成一个便利完整的上料系统；1 号高炉南有水井，北有砖砌的水池，便于冶铁用水之需，这种供水系统也是比较合理的；1 号炉北部、2 号炉西南是巨大的炉渣堆积区，1 号炉南部是积铁块填埋坑。窑址分布于冶炼场周边附近，具有烘范、铁器加热处理或烧制陶器、陶范等作用，应与铸造铁器有关。从整体情况看，冶铁和铸造应是一条龙式的，如此盛大规模和复杂的工艺流程只是遗址发掘部分所展现的粗略概况。这样的熔炉应是冶炼铸造相间操作的，即冶铁一段时间，出一次铁水，浇注一批铸范，然后再继续冶铸。当熔炼过久或铸范浇毕，需适时停炉，冶铸工匠必须精确地掌握熔炉的操作程序。

 

　　2015 年至2016 年发掘的区域主要有两座长方形房基、窑址、水井、水池和灰坑等，都属北部冶铸场服务性的工作区，其中两座房基、窑址开口地表之下，应是与1 号2 号炼铁炉同时期建筑，中间的水井、水池包括H1、H5 灰坑（水池的可能性较大）则为较早的设施。



 

　　生铁冶炼的历史地位和学术价值

 

　　根据考古发现，我国最早的冶铁高炉产生于汉代。汉代的冶铁高炉遗址在河南、江苏、北京、新疆等地都多次被发现，而郑州古荥镇一号高炉是容积最大、结构最先进的一座。经过复原，椭圆形炉体高6米，长径两侧各设置二个鼓风口，这种炉体结构能克服风力吹不到中心的难题。夯土技术是我国传统的建筑手法，在古荥冶铁高炉建造中不论是盘筑炉基还是夯筑炉壁，都智慧地运用了这项技术，故能把冶铁炉建造得既高大结实又十分保温。这种结构的高炉，是当时最先进的炼铁设备。改进后的炼铁炉能够容纳50 立方米的铁矿石料，每天生产生铁达1 吨之多，可见炼铁效率之高。古荥冶铁遗址发现2 座炼铁炉基，如果同时生产，年产量可达720 吨。在2000 年前，这个产量不仅在中国，就是在整个世界也都是第一位的，绝对是惊人的伟大成就。

 

　　冶铁技术最早出现在小亚细亚的赫梯帝国，赫梯人掌握冶铁技术是在公元前1400 年左右（我国商代中期），包括后来的西方国家直到公元14 世纪，一直处在冶铁技术早期的块炼铁阶段。块炼铁是含杂物较多的海绵状固体铁块，质地柔软，能锻不能铸，难以制作形状较复杂的器物。这主要是炼铁炉构造、鼓风、燃料等技术决定了炉温不能使铁质熔成液体所致。因此，冶铁技术的原始使得产量不大，品质不高，铁器在生产生活和军事方面的应用十分有限，并不能完全替代铜器在社会发展中的地位。

 

　　冶铁技术传入中原后，在发达的青铜冶炼技术的基础上，运用炼铜炉结构方面的技术成就，改用炼铁高炉，提高鼓风能力，很快发明了冶铸生铁、炒钢等技术，秦汉以后我国的冶铁技术就长期领先于世界。生铁（也叫铸铁）则是在摄氏1150到1300度的高温下冶炼出来的。生铁出炉时呈液态，可以连续生产，浇铸成型，非金属杂质少，质地比较坚硬，生铁的冶炼工艺和技术均比块炼铁要求更高。这种把铁熔化成液体的技术是需要炼炉科学、矿石拣选、矿料装炉、鼓风、燃料等一系列技术综合达标才能完成。重达20余吨的积铁块就是炼成的铁液停滞在炉腔而不能完全流入熔池形成的事故，严重的冻炉事故往往会造成停炉生产。这样“巨无霸”型的积铁块在古荥是深埋地下的废料，这种情况也只能出现在汉代高炉炼铁，从侧面反映出当时巨大的冶铁生产能力。中国的生铁冶炼显然是最先进的冶金技术，是世界冶金发展史上的一次大革命，推动了生产力巨大发展。

 

　　在古荥冶铁遗址发现梯形铁块30 多公斤。这些铁块经化验含碳量仅有0.1%，是退火脱碳处理的铸铁钢坯。梯形铁块就是古荥冶铁作坊生产的优质钢铁产品，分销各地铁铺后由铁匠煅制具体的铁器用具。这项制造钢铁的方法就是炒钢技术，即将生铁炒到成为半液体半固体状态，利用铁矿物或空气中的氧进行脱碳，借以达到需要的含碳量。炒钢技术的发明，也打破了生铁不能转变熟铁的界限，使块炼铁、生铁原先各行其是的两个工艺系统进一步结合，成为统一的钢铁冶炼体系。

 

　　从块炼铁到铸铁发展到钢铁，应有很长的循序渐进的发展过程。由于有成熟的青铜冶炼技术作基础，我国古代冶铁技术一开始就是高起点、大发展阶段，三项技术几乎是并列出现的，西方国家开始炼铁的时间比我国要早，但直到公元14 世纪才出现铸铁，反而比我国落后了近2000 年。



 

　　《盐铁论·水旱篇》云：“农，天下之大业也；铁器，民之大用也。器用使得，则用力少而得作多，农夫乐事劝功。”从古荥遗址出土大量农具产品看，由于采用高炉炼铁和钢铁产量提高，铁器已推广普及到社会各领域中及日常生产生活，促进了经济文化的极大发展。汉代雄厚强大的国力，就是在发达的冶铁业基础上昂扬崛起的。

 

　　冶铁盛名的“天下名都”

 

　　荥阳故城始建于战国时期，秦汉时期盛兴，北魏孝文帝太和十七年（公元493 年）城废。荥阳故城北依邙山黄河为险固，南以嵩岳作屏障，西据虎牢伊阙之关隘，东达齐鲁有河淮水利，自古华夏繁荣腹地，历来兵家必争之枢纽。由于水土自然条件优越，水陆交通便利，农商手工业发达，秦汉时期荥阳城号称“天下名都”。

 

　　古荥汉代冶铁遗址就位于荥阳故城西门外200米处。蔚为壮观的两个炼铁高炉，众多与之配套的水池、水井、船形坑、烘范窑、长廊形作坊、铁矿石料场等建筑设施以及陶范、铁器、陶器等器具，生产十几种铁器品牌，说明这个遗址不仅规模庞大，而且拥有巨大的生产能力。一些铁器和陶范上铸刻有“河一”铭文，证实这就是闻名遐迩的河南郡第一冶铸作坊。

 

　　在汉代，由于铁器的广泛使用，冶铁业事关国计民生，成为国家经济发展的支柱行业，元狩四年（公元前119 年）汉武帝将冶铁业收归国营，由中央统一管理。据《汉书·地理志》记载，全国设置铁官49 处，各辖若干冶铁作坊。地处中原的河南省，发现汉代冶铁遗址最多，是西汉时期最重要的冶铁基地。河南境内汉代铁官设有6 处，而且规模都比较大。根据考古资料，郑州古荥冶铁遗址出土铁器上有“河一”铭文，应为河南郡第一冶铁作坊；巩义市铁生沟遗址出土铁器上有“河三”铭文，应为河南郡第三冶铁作坊；南阳瓦房庄遗址出土铁器上有“阳一”铭文，应为南阳郡第一冶铁作坊。目前发现的冶铁遗址有30 余处，面积达到1 万平方米的已属大型作坊，面积12 万平方米的古荥冶铁遗址是当之无愧的西汉冶铁方面的龙头作坊，为汉代经济文化发展做出了重要贡献。

 

　　古荥冶铁遗址出土铁器318 件，其中有犁、犁铧、铲、锛、钁、臿等农具206 件，还有圆铁夯、釜、灯盘、钉、钩等生活用器，另有少量的凿、矛、齿轮等其他器具和兵器。铁铲、犁铧、钁等10 余件铁器或陶范上刻铸有“河一”铭文，表明这些铁器是作坊生产的品牌产品。古荥冶铁遗址仅出土4 件铁矛兵器，采用熟铁锻打，质地坚硬、刃部锋利，延展性能比铜器更加优越，扩大了士兵的攻防范围。梯形铁块的脱碳钢坯，可能更适于销往各地的铁铺以便锻造所需的铁器。如此看来，由于汉代的冶铁业发展，我国成为最早进入钢铁时代的古代国家，为汉武帝时代铸就了雄霸天下的“铁骨汉风”。