浅谈中国冶铁术起源

浅谈中国冶铁术起源

在早期的文明国度和地区中，中国使用铜、铁等金属的年代相对说来是较晚的。但是，由于中国在冶铸技术方面的发明和创新，使中国的冶金业很快就后来居上，跃升于世界的前列，并为中国古代文明的高度发达奠定了坚实的物质基础。从这里我们可以看到一个技术进步带动生产发展，并进而促进社会文明进步的典型范例。

河北藁城台西村商代遗址中发现一件铁刃铜钺，其年代相当于公元前十四世纪前后；北京平谷刘家河商代中期的墓葬中发现一件铁刃铜钺；现存于美国弗里尔美术馆的二件铁器，一件是铁刃铜钺，一件是铁援铜戈，这二件铁器传说出自河南浚县商末周初的墓葬。

经研究鉴定，这些铁器是用陨铁制成。河南三门峡上村岭虢国贵族墓地Ｍ２００１出土一件玉柄铁剑，经鉴定，其铁剑是目前中原地区发现的年代最早的人工冶铁制品，同一墓地还发现了三件用陨铁做刃的铜器。山西天马曲村的晋文化遗址中发现３件铁器，出自遗址第四层的一件铁器残片，时代早到春秋早期偏晚，约为公元前８世纪；出自第三层的一件较为完整的铁条和一件铁片，时代定在春秋中期，约为公元前７世纪。这三件铁器经过金相学研究，两件残铁片，金相组织均显示的是铸铁的过共晶白口铁，是迄今为止中国最早的铸铁器，铁条则显示的是块炼铁。春秋时期中原铁器仍十分罕见，只在陕西凤翔、甘肃灵台、甘肃永昌、江苏六合、河南淅川、长沙杨家山、长沙识字岭、长沙龙洞坡、湖南常德、山东临淄发现过这一时期的铁器。进入战国时期，中原冶铁业发展迅速，已作为生产工具、武器等消费品广泛使用。近年来在晋中、晋南和晋东南多处战国时代的大型平民墓地中出土了７００多件铁器，在对包括三晋地区在内的全国二十多个省市出土的属于公元前３世纪的约４０００件铁器的制作技术进行研究，三晋地区是出土公元前３—５世纪铁器最多的地区，这里成为战国时期中国冶铁的一个中心。

考古资料表明，商周时期中原地区青铜冶炼术已达到相当水平，但是从商代中期到周末数百年间，人工冶铁术并未在高超的冶铜技术的影响下发展起来，西周末偶见人工冶炼的铁器时，仍使用陨铁。铁陨石主要由铁镍合金组成，一般含镍4～10％，极少数陨铁中的镍含量可以高达60％。陨铁的绝大部分都是可锻的。

1972年冬，在河北省藁城县台西村商代遗址（碳－14测定年代为公元前1520±160年），发现了一件铁刃铜钺。全钺残长111mm，阑宽85mm。铁刃宽60mm，在铜外部分已经断失，铜身夹住的部分厚2mm，深10mm。对这件古兵器进行的科学考查表明，“铁刃中没有人工冶铁所含的大量夹杂物，原材料镍含量在6％以上，钴含量在4％以上。更为重要的是，尽管经过锻造和长期风化，铁刃中仍保留有高低镍、钴层状分布”，研究者据此断定，这件铜钺的铁刃系由陨铁制成，而整个铜钺的制作过程是：先将陨铁锻造成薄刃，然后再浇铸青铜柄部。

在我国历代文献中，有关陨铁的记载也可谓不绝如缕。最早记录陨铁堕落现象的是《史记》：“秦献公十七年（公元前368 年），栎阳雨金四月至八月。”所谓“雨金”是指许多铁陨石同时堕落，也即现代人所谓的“陨石雨”，而栎阳是秦献公的都城，其地在今陕西临潼东北。其后，唐代樊绰《蛮书》中记载云南南诏王备有“天降铎鞘”。段成式《酉阳杂俎》中说“南番有毒槊……言从天而下，入地丈余”。北宋治平元年（公元1064年）某日，沈括在常州宜兴县曾亲见陨铁堕落并作了详细记载：“是时火息，视地中只有一窍如杯大，极深，下视之，星在其中，荧荧然。良久渐暗，尚热不可近。又久之，发其窍，深三尺余，乃得一圆石，犹热，其大如拳，一头微锐，色如铁，重亦如之。”此后，在《元史?五行志》中也有一段清楚的记载：“元至正十年（公元1350年）十一月冬至夜，陕西耀州有星堕于西原，光耀烛地，

声如雷鸣者三，化为石，形如斧。一面如铁，一面如锡，削之有屑，击之有声。”

建国以后，许多陨铁实物也已被陆续发现。如1958年在广西南丹发现了早期降落的铁陨石雨，经现场勘查，已发现的十九块南丹铁陨石中，最小者为1.3kg，最重者为1.9吨，含镍量在7％左右。而不知何时落在我国新疆准葛尔地区的一块重约二十吨的铁陨石，则是目前世界上收集到的第三大铁陨石。

以上事实说明，至迟在商代中期，中华民族的先祖们已经掌握了一定水平的锻铁技术，熟悉铁的加工性能，认识铁与青铜在性质上的差别。显然，中国人对铁的最初认识只能更早。铁很易被氧化，除陨铁外，自然界中的铁都呈氧化物或其它化合物的形态存在。纯铁的熔点为1537℃，直接熔铁在新石器时代根本就不可能。铁矿石的还原温度虽然并不需要这么高，但温度低时还原速度很慢，对实际生产没有意义。同时，低温还原出来的铁在冷却时很容易被重新氧化，又变成了铁锈。因此，尽管铜、铁矿总是共生，在炼铜术诞生之后，冶铁术的诞生仍须时日，需要一场深刻的技术革命为其准备足够的条件。事实是，这场技术革命果然发生了，时间是公元前3500年至公元前2600年。

中国历史上最早的人工冶铁产品是冶炼块炼铁。块炼铁也称为锻铁，是在较低的冶炼温度下由铁矿石固态还原得到的铁块。冶炼块炼铁，一般是在平地或山麓挖穴为炉，装入高品位的铁矿石和木炭，点燃后，鼓风加热。当温度达到1000℃左右时，矿石中的氧化铁就会还原成金属铁，而脉石成为渣子。由于矿石中其它未还原的氧化物和杂质不能除去，只能趁热锻打挤出一部或大部，仍然会有较多的大块夹杂物留在铁里。由于冶炼温度不高，化学反应较慢，加之取出固体产品需要扒炉，所以产量低，费工多，劳动强度也大。与生铁不同，块炼铁含碳极低，质地柔软，适于锻造成形。由于块炼铁在锻打前疏松多孔，故也被称为海绵铁。由于块炼铁产量低、费工多、劳动强度大，人们为了提高产量，就要强化鼓风和加高炉身，炉子必将逐渐从地坑式向竖炉发展。炉身加高以后，炉内上升的煤气流与矿石接触的时间延长，能量利用率有了提高。鼓风强化则有两方面的效果：一方面使气体压力加大，穿透炉内料层的能力增强，因而允许增加炉身高度；另一方面是燃烧强度提高，直接提高了炉内温度。这些都促使产量提高，同时使得到液体产品的可能出现了。最早的液态生铁是白口铸铁。在这种白口铸铁中，几乎全部的碳都与铁化合形成了碳化三铁，其断口呈暗白色，晶粒粗大，具有很大的硬度和脆性，因此被称为“刚铁”，既不能承受冷加工，也不能承受热加工。

上述材料表明，中国原始冶铁术至少在公元前2070年前后即已诞生。块炼铁（柔铁）首先出现，白口生铁（刚铁）紧随其后。

常理来说，有高度发达的青铜冶铸技术作为背景，冶铁术的发展不应如此缓慢。在这个问题上，我认为郭沫若先生的分析是令人信服的：铸铁技术在齐桓公时已接近成熟，因此才引起了当权者（管仲）的注意。反过来，由于当权者的大力提倡，铸铁技术的发展也就大大加快了速度。