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中国■揭秘中国古代冶铁业，汉末发明"灌钢法"节省人力( 二 )


到了汉代 ， 政府对铁业进行全面垄断 ， 钢铁成为了国家财政的重要支柱 。汉代的冶铸遗址已发现了二十多处 ， 著名的像河南巩县铁生沟 ， 发现了炼铁炉18座、熔炉1座、锻炉1座、藏铁坑7处、矿石坑1个、配料池1个 ， 还有各种铁器和铸范等等 ， 显示了当时的冶铁生产已经具备了很大的规模 。
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汉末“灌钢法”的发明节省人力物力
汉末大乱 ， 铁的生产遭到很大破坏 ， 接下来的南北朝时期 ， 冶铁生产主要是在恢复战前的水平 ， 自然难以发生像块炼铁到铸铁这样革命性的变化 ， 但技术的发展仍没有停歇 ， 其中就要提到一位名叫綦母怀文的人 ， 他曾使用“灌钢法”冶炼钢刀 ， 是目前所知灌钢法最早的实践者和革新者 ， 为这项技术的发展作出了无与伦比的贡献 ， 也因如此 ， 綦母怀文受到“中国人民的老朋友”李约瑟博士的高度肯定 。
在綦毋怀文之前 ， 刀剑等锋利武器主要通过反复捶打的“百炼钢”技术制成 ， 费工费时 ， 制成的刀剑价格昂贵 ， 而灌钢法通过将液态的生铁浇注在熟铁上 ， 经几次熔炼 ， 使生铁、熟铁内碳含量平衡 ， 成为钢 。由于将液态生铁作为渗碳剂 ， 碳的流动速度大大提升 ， 节省了很多人力物力 。
隋唐时期的冶铁技术在之前的道路上继续发展 ， 没有太大的突破 ， 有些乏善可陈 。不过这一时期有一个小片段可以和接下来辽代的冶铁相衔接 。钢铁冶铸业最早只是在中原地区比较发达 ， 南北朝时期长江流域的铁器制造逐步发展起来 ， 到了唐代 ， 位于东北的渤海地区也有了铁器生产 ， 《新唐书·渤海传》就记录了“铁州”的名字 ， 肯定是因为当地产铁著称而取名 。辽初耶律阿保机征服渤海后 ， 在铁州“置采炼者三百户” ， 这也是辽代冶铁业一大技术渊源吧 。
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【中国■揭秘中国古代冶铁业，汉末发明"灌钢法"节省人力】宋代最大技术突破是燃料改进
说了这么久终于来到了本次考古大发现的时代——辽宋 。这一时期是钢铁冶金技术发展的另一个重要时期 ， 北宋铁产量激增 ， 农具、武器甚至钱币都用铁铸造 ， 魏晋时期出现的灌钢法、百炼钢等技术在宋代广泛推广 ， 这些在沈括的《梦溪笔谈》中都有详细的记载 。宋代最大的技术突破是开始大量用煤炼铁 ， 缓解了传统木炭燃料短缺的问题 ， 并能获得更高的炉温 ， 提高冶炼效率 。不过用煤作为燃料也有不好 ， 那就是煤炭燃烧过程中释放的硫会影响生铁的质量 。
对这一时期冶铸行业发展的研究一直以来都以宋朝为主 ， 对于占据了半壁江山的辽代我们了解的尚不深入 ， 辽的冶铁业与宋相比都有什么创新?孰高孰低?又有什么差异?这次延庆大庄科辽代矿冶遗址群的发现 ， 就为了解这些问题打开了一扇窗口 。遗址群中 ， 从采矿、冶炼 ， 到工匠们工作、居住场所“一条龙”都有发现 ， 就让我们通过对遗址内方方面面的观察 ， 让辽宋冶铁业之间一争高下吧 。
燕山地带有大量矿藏 ， 辽代之前的奚人就利用燕山地区的矿藏进行车辆、兵器的生产 ， 现在的河北平泉、宽城、滦平、隆化等县曾多次发现大规模的辽代采矿和冶炼遗址 。大庄科乡的矿产资源也十分丰富 ， 迄今共发现的5处矿山 ， 分为矿洞式开采和露天式开采两种 ， 每处铁矿的矿石种类略微不同 ， 大多为磁铁矿 ， 有些夹杂赤铁矿、褐铁矿、黄铁矿等 。水泉沟炼铁炉中铁渣的测定显示 ， 这些遗址冶炼用的矿石极有可能就是就近的5座矿山运输而来 ， 证明了临近矿区冶炼是辽代矿冶业的一大特点 。与之相似 ， 宋代的钢铁主要产区也都在铁矿附近 。
矿石通过怀抱遗址群的怀九河、铁炉河运到冶炼区后 ， 就是炼铁炉大显身手的时刻了 。大庄科矿冶遗址内发现的炼铁炉不仅是目前为止最为集中的 ， 而且也是保存最为完好的 。前文提到的汉代巩县铁生沟遗址 ， 那里发现的炼铁炉只遗留了基座部分 ， 而水泉沟发现的炼铁炉最多保留了高于地面4米左右 。水泉沟的炼铁炉与汉代相比有众多改良 ， 汉代的炼铁炉用土夯筑 ， 呈馒头形 ， 而水泉沟的冶铁炉用石头垒砌 ， 更加耐高温 ， 外形类似啤酒瓶的上部 ， 细脖子 ， 大肚子 ， 更利于炼渣向下走 。水泉沟的炼铁炉与汉代有些炼铁炉相比容积较小 ， 这可不是退步的表现 ， 而恰恰是古代铁匠们在生产中经验的总结 。容积过大而又不能很好地散热很容易造成炉内压力过大而爆炸 ， 《汉书》中就有公元前91年和27年炼铁炉爆炸的记载 ， “地陷数尺 ， 炉分为十” ， 听起来就十分惨烈 ， 在这样的情况下只有适当减小炼炉容积才能保证安全 。


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