汉代冶铁遗址简介

汉代冶铁遗址，西汉和东汉冶铁和制造铁器的遗址，共发现30余处，地点遍及今河南、陕西、山西、河北、山东、江苏、内蒙古等省区。

其中发现于河南省的约占半数。

遗址面积一般在1万平方米以上，有的达10余万平方米。

出土铁器有的还带有铁官和所属的多处作坊标志的铭文，据以考证的汉代铁官有河南郡、颖川郡、南阳郡、河东郡、渔阳郡、山阳郡（王莽时改称巨野郡）、临淮郡（王葬时改称淮平郡）、卢江郡、蜀郡临邛、中山国北平县、弘农郡宜阳县等10余处。

从发掘中证实，汉代冶炼工场与原料产地多在一起，从选矿、配料、入炉、熔炼到出铁等一套冶炼工序，设备已相当齐全。

炼炉（高炉）形式多样，入炉矿石要经击碎筛选，以石灰石作助熔剂，以木炭为炼铁能源和还原剂的燃料。

沿用革橐鼓风。

使用化铁炉浇注铸件。

此外，还有供铸铁柔化处理和炒钢锻造的锻炉、炒钢炉、退火脱碳炉，以及供烘烤和浇铸的烘范窑。

铸范采用泥范叠铸和金属范。

产品以农具、工具为主。

铸铁脱钢和生铁炒钢是汉代发展起来的具有中国特色的两种生铁制钢工艺。

中国古代主要的钢铁冶炼技术，绝大部分在汉代已经达到了成熟的程度。

主要遗址

在已发现的冶铁遗址中，河南省的巩县铁生沟遗址、郑州古荥镇遗址、南阳瓦房庄遗址、温县招贤村遗址和江苏省徐州利国驿遗址是具有代表性的 5处遗址。

铁生沟遗址

位于河南省巩县城（孝义）南20公里处。

河南省文化局文物工作队1958年发现和发掘。

1962年出版了《巩县铁生沟》。

遗址总面积 2万多平方米。

共发掘出炼炉8座，锻炉1座，炒铜炉1座，退火脱碳炉1座，烘范窑11座，多种用途的长方形排窑5座，大量的熔炉耐火砖、各种耐火材料残块和建筑材料1000多件。

此外有废铁坑8个，配料池1个，房基4座。

大量的炼渣、陶鼓风管残段、铁范、泥范、燃料(木炭、木柴、煤)，冶铸工具（石杆、石砧、铁锤、铁锲），生铁铸成的梯形铁板，以及凿、锛、锥、削、釜、钩、䦆、双齿䦆、锄、V形铧冠，铲、剑、镞等铁产品160多件，是已知的汉代冶铁遗址中，发现最丰富的一处。

遗址西南的罗汉寺，西边的金牛山，东北边的青龙山，都是铁矿石的产地，并有多处古矿坑道遗存。

发掘和研究表明，这里是一处冶炼生铁、铸铁、退火脱碳的综合性工场，它的整个生产过程基本上可以复原。

除了采矿以及矿石加工、燃料和耐火材料的准备以外，基本环节是：炼铁、铸造、脱碳退火（柔化处理）；或炼铁、铸锭、炒钢、锻造。

而关键是脱碳退火和炒钢。

从出土的铁器上的铁官标志铭文推定，铁生沟遗址属汉代河南郡所辖的第3号制铁作坊，其使用年代约自西汉中晚期至东汉，主要生产期在东汉初期。

古荥镇遗址

位于河南省郑州西北20多公里的汉荥阳县城西墙外。

郑州市博物馆1975年发现和发掘。

遗址面积约12万平方米，从出土铁器上的铁官标志铭文推定，这里属汉河南郡所辖的第 1号制铁作坊。

使用年代约自西汉中晚期至东汉。

在遗址中发现炼炉炉基2座，断面吴椭圆形，其中1号炉是已知的汉代炼炉中保存最好又是最大的一座。

炉基周围有20余吨炼炉积铁块，成堆的矿石、炼渣，还有耐火砖、陶风管残段、煤饼、栎木炭、铸铁范用的陶模（母范）、生铁铸成的梯形铁板。

与冶炼有关的附属设备有水井、水池、“船形坑”、四角柱坑，以及供烘范和其他用途的窑13座。

产品有铧、V形铧冠、䦆、双齿䦆、锄、臿、铲、锛、凿、齿轮、六角承和矛等 300多件。

瓦房庄遗址

位于河南省南阳北关外瓦房庄汉宛城内。

河南省文化局文物工作队1959年发现和发掘。

遗址面积约12万平方米，是一处以铸锻铁器为主的作坊，使用年代，大约从西汉中晚期至东汉晚期。

在遗址内发现熔炉炉基5座、锻炉9座、炒钢炉数座和烘范窑残迹。

炉基附近有水井2座、火烧槽4座、范坑3座，大量的铁渣、渣坑、耐火砖、陶风管残段、泥范、木炭、梯形铁板。

铸制的铁器有砧、锤、V形铧冠、铧、䦆、锄、臿、斧、锛、齿轮、六角承、鼎、釜、炉、灯等，锻制铁器有矛、剑、镞、镰、凿、削、钩、各种车马器饰。

招贤村遗址

位于河南省温县招贤村汉河内郡温县故城外。

河南省博物馆1974年发现。

遗址面积约 1万平方米，遗址北部有东汉前期的烘范窑一座。

窑内整齐放置叠铸泥范500余套，以车马器泥范为主，有革带扣、车軎、马衔、连接链、各种轴承等36种器形。

铸范都用金属模盒翻制成范块或范片，然后叠合成套。

由一个垂直的总浇口把各层空腔串连起来，金属液自上而下逐层流灌型腔。

一般一次可铸6～10层，每层2～6件。

最多的是革带扣，有14层，每层6件，一次可铸84件。

利国驿遗址

位于江苏省徐州北部利国驿铁矿场。

南京博物院等单位1954年发现，1959年复查。

遗址内有东汉炼炉1座，作半地穴式，炉身用石英砂与粘土混合夯筑。

炉基用粘土夯筑。

以石灰石作熔剂。

炼炉附近有铁钎、铁锤、铁三齿耙等炼铁工具。

距遗址 400米处的峒山顶上有矿井和露天矿坑遗迹各一处。

复原研究和金相检定

由于大量的考古发现，在炼炉、熔炉的复原研究及金相检定等方面，也出现了可喜的成果。

炼炉

在铁生沟、古荥镇、利国驿和鹤壁鹤鹿村、鲁山望城岗、西平冶炉城等遗址都有发现。

炉形有断面圆形和椭圆形两种。

铁生沟发现的 6座圆炉、炉缸直径0.8～1.8米，容积较小。

椭圆炉应是圆炉发展而来。

椭圆炉容积增大，结构严密，最大的一座是古荥镇遗址1号炉。

炉缸长轴4米，短轴2.8米，面积约8.5平方米，复原高5.6米。

炉身呈直筒状，有效容积约50立方米左右。

长轴两侧各设2个风口。

鼓风器虽未发现，但陶风管发现不少。

据山东滕县宏道院出土画像石上的冶铁图，可知汉代仍沿用革橐鼓风，每个风口设一个革橐，每分钟风量约8立方米左右。

燃料用木炭。

炼渣经检定分析，证实用石灰石作助熔剂。

推测当时已经知道按比例配料。

根据对古荥镇遗址的调查研究，古荥 1号炼炉每生产一吨生铁，约需铁矿石2吨，石灰石130公斤，木炭7吨左右，渣量600多公斤，日产生铁约0.5～1吨。

这在2000年前，是很杰出的技术成就。

比美英等国迟至1850年才出现椭圆形高炉，提早约2000年。

熔炉

在铁生沟、古荥镇、瓦房庄、鲁山望城岗、登封告成等遗址中都有发现。

根据对瓦房庄熔炉的复原研究，汉代熔炉是建筑在地面上的竖炉。

高约3～4米，炉内径约1.5米左右。

炉壁分3层，从炉内壁的熔融程度看，自上至下分为预热区、还原区、氧化区。

进风管和鼓风器相接，使用人力鼓风。

以栗木为燃料。

从已发现的熔炉结构和筑炉材料看，它与炼炉显然有别，说明炼铁与化铁的分工已明确。

早期以炼铁炉的铁水直接浇注铸件的做法，到汉代已被专用的熔炉所取代。

烘范窑和铸范

与熔炉直接相关的是烘范窑。

烘范窑作半地穴式，平面略呈前部半圆形、后部方形，并在前面挖出窑道（工作场面），再在地面上砌出窑室。

窑体分窑门、火膛、窑室、烟囟 4部分。

窑门拱顶。

门内为火膛，比窑室面低0.5米，火膛内有砖砌的炉箅。

窑室方形，底部铺砖，四壁用土坯砌成，向上逐渐收拢成密封券顶。

窑室后壁设烟囱。

从温县烘范窑和其他遗址中发现的泥范可以看出，用泥范浇注铸铁件，在合范后浇注前要经过一道烘范（预热）工序。

使用预热型浇注，能减低金属液在型腔中的冷却速度，有利于铁水畅流注满型腔，保证铸件有较高的精确度。

对汉代铁器的金相检定表明，汉代使用金属范（主要是铁范），似乎比泥范更多更普及。

铁范可多次使用，生产率高，铸造质量也较好。

退火脱碳炉和铸铁柔化

退火脱碳炉在汉代冶铁遗址中时有发现，以铁生沟遗址所见最为科学。

整体作长方形，内部结构似陶窑，周壁分内外两层。

这种空壁式的炉型，可使炉内热空气分布均匀，通过加热速度和空气的调节，获得韧性铸铁、铸铁脱碳钢等优质钢铁器件。

古荥镇、瓦房庄等遗址中，发现数以百计的梯形薄铁板，经检定，含碳量在0.1～0.7％之间，个别器件已具有球墨铸铁的组织。

由此证明，汉代的铸铁脱碳钢件，不仅采用退火脱碳成钢，而且可以利用生铁铸成的板材直接进行固态脱碳成钢。

以铁生沟退火脱碳炉现存炉内容积约1立方米计算，可容脱碳退火铁铲2000件左右，脱碳一炉约需3天，生产效率是比较高的。

锻炉、炒钢炉和生铁炒钢

锻炉、炒钢炉在铁生沟、瓦房庄等遗址中都有发现，各地炉形基本相同。

铁生沟锻炉用白色铝土夯筑炉基，是目前已知的最早的实例。

炉基每层厚8厘米，并用红色耐火砖和土坯建炉墙。

炒钢炉系在地面下挖成缶状坑作炉膛，膛内壁涂耐火泥。

经检验的高碳钢和熟铁块，证明是就地用生铁炒炼的。

有些熟铁器，即以炒钢为原料锻成。

汉代发明的炒钢法，以生铁为原料，既可炒炼出纯净的熟铁（低碳钢），再经锻打渗碳成钢，又可有控制地把生铁炒到需要的含碳量，生产出适用的高碳钢或中碳钢。