鐵與火之歌

張釗 莫林恒 嚴(yán)晉臣

清同治十一年（1872）版《桑植縣志》記載：“漢高祖五年置充縣，東漢因之?！薄锻沃彪`澧州志》記載：“充縣在（慈利）縣西二百四十里，即今……桑植縣治?！睋?jù)《中國歷史地圖集》（第二冊(cè)）考證，漢代充縣縣治位于今桑植縣境內(nèi)。這些記載表明桑植縣的建制可以上溯至西漢建立伊始，距今已有兩千余年的歷史了。

2015年8月至10月，湖南省文物考古研究所聯(lián)合張家界市文物局、桑植縣文物局對(duì)桑植縣光明路至張桑高速的引橋建設(shè)區(qū)域（即官田遺址）進(jìn)行了考古發(fā)掘，發(fā)現(xiàn)灰溝、灰坑、房址等遺跡，以及陶瓷器、鐵器、冶煉遺物等。經(jīng)過科技檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)大部分鐵器為鑄鐵脫碳鋼制品，1件可能與炒鋼有關(guān)。也就是說，出土遺物反映了此區(qū)域附近有生鐵熔煉和澆鑄的生產(chǎn)過程，遺址可能具備了生鐵鑄鐵作坊的功能與性質(zhì)。根據(jù)出土遺物判斷，官田遺址的主體年代為東漢中晚期至三國時(shí)期。

正是此次的發(fā)現(xiàn)和研究又一次輕輕掀開桑植縣漢代鐵器生產(chǎn)歷史的一角。早在1995年，桑植縣朱家臺(tái)就曾發(fā)掘清理出一處漢代中晚期的鐵器作坊遺址，發(fā)現(xiàn)了一座較為完整的熔鐵爐臺(tái)。朱家臺(tái)遺址位于官田遺址下游約6公里處，均處在郁水西岸。這種地理上的密切和時(shí)代上的先后都顯示出，桑植縣在漢代具有相當(dāng)程度的鐵器生產(chǎn)技術(shù)水平和規(guī)模。

2020年12月至2021年1月，為進(jìn)一步揭示官田遺址的完整面貌，湖南省文物考古研究所再次聯(lián)合北京大學(xué)考古文博學(xué)院、桑植縣文物研究所等單位，在2015年度官田遺址發(fā)掘區(qū)域的北部勘探并發(fā)掘了約3000平方米。這一次揭露出大面積的灰溝、灰坑、爐基等遺跡，以及陶器、青瓷器、模具、鐵器、冶煉遺物等。尤其是遺址中發(fā)現(xiàn)了大量的紅燒土塊、木炭顆粒等高溫用火遺存，以及擺放規(guī)則的大量石塊，激起了人們對(duì)這片區(qū)域曾經(jīng)模樣的好奇與想象。

這一切都需要從木炭、紅燒土和碎石說起。

在大部分人的生活經(jīng)驗(yàn)中，木炭是木材燃燒后的樣子。其實(shí)，木炭也是一種非常重要的燃料制品。相比于木柴，木炭有著更高的發(fā)熱量及更低的灰分。早在商周時(shí)期，青銅冶煉已經(jīng)采用木炭作為燃料。紅燒土則是土壤受到高溫?zé)彷椛浜蟮囊环N形態(tài)。當(dāng)木炭與紅燒土相伴，我們很容易聯(lián)想到這些一定是用火的痕跡。那么，用火的地點(diǎn)在哪里呢？

遺址中發(fā)現(xiàn)了大量的石塊。這些石塊被有意識(shí)地?cái)[放成一堆堆的形狀，如圓形、長條狀等。更有意思的是，這些石塊中不少是破碎的。經(jīng)過仔細(xì)觀察，這些石塊表面有明顯被火燒過的痕跡。而且，在破裂面并沒有觀察到打擊點(diǎn)等痕跡。那么，這些破碎的石塊是燃燒后的結(jié)果嗎？擺放成堆的石塊是爐子的一部分嗎？當(dāng)時(shí)是如何使用這些石塊的呢？

帶著這些線索和疑問，在這片數(shù)千平方米的遺址旁，我們決定進(jìn)行實(shí)驗(yàn)考古。通過實(shí)踐去尋找更多的線索和答案。

又見爐煙——于實(shí)踐中尋線索

實(shí)驗(yàn)考古是考古學(xué)研究的重要方法之一。隨著考古學(xué)研究的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)考古拓展到了更多探索人類技術(shù)與工程方面的領(lǐng)域中。經(jīng)過長期的摸索與總結(jié)，實(shí)驗(yàn)考古已經(jīng)成為了一種較為成熟的研究方法，可以為考古學(xué)研究提供有價(jià)值的研究數(shù)據(jù)。

針對(duì)遺址發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，我們?cè)O(shè)計(jì)了一小一大兩個(gè)實(shí)驗(yàn)考古項(xiàng)目。郁水之濱，又見爐煙裊裊。每個(gè)人都懷著好奇，期待著實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

“小”項(xiàng)目是模擬建造一個(gè)簡易火塘，目的是了解遺址發(fā)現(xiàn)的疑似“加工爐”遺跡以及破碎石塊的形成原因。通過對(duì)遺跡的分析，模擬實(shí)驗(yàn)分步驟展開：

揀選用料。遺址中“加工爐”所出土的石塊基本為河卵石。所以，在遺址旁的郁水河邊揀選形態(tài)、大小相仿的石塊，作為壘砌爐體的用料。

爐體設(shè)計(jì)。以遺址中發(fā)現(xiàn)的“加工爐”遺跡為藍(lán)本，以石塊壘砌直徑約1米的簡易爐塘。大塊扁平狀石塊壘砌在下，較小石塊逐層壘砌。

烘燒。利用遺址附近的干樹枝作為燃料，烘燒約20小時(shí)。

等待實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，我們對(duì)爐塘進(jìn)行了解剖分析。初步結(jié)果顯示，這次的小實(shí)驗(yàn)取得了有意義的線索：

壘砌火塘?xí)r所采用的方式，即大石塊在下、小石塊在上的情形與目前發(fā)現(xiàn)的“加工爐”遺跡有一定的相似性。

高溫烘燒后的石塊表面均出現(xiàn)了熏黑等情況。同時(shí)，內(nèi)部也出現(xiàn)了顏色變化。并且，有約1/3的石塊被燒裂。上述情形在發(fā)掘出土的石塊中均被觀察到，證實(shí)了部分石塊確實(shí)經(jīng)過高溫烘燒。

爐體下部的土壤受到高溫烘燒，出現(xiàn)板結(jié)、硬化等現(xiàn)象。由于爐內(nèi)溫度有限，并沒有出現(xiàn)明顯的紅燒土。

這一次小實(shí)驗(yàn)的嘗試給考古隊(duì)員提供了信心和經(jīng)驗(yàn)，于是，“大”的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目計(jì)劃得以實(shí)施。我們計(jì)劃與冶金行業(yè)的技術(shù)人員、從事鍛打的工匠一起修筑一座熔鐵豎爐，以及一座鍛打爐。

欲善其事，先利其器

為了保證項(xiàng)目順利實(shí)施，我們通過走訪找到了桑植當(dāng)?shù)亻L期從事相關(guān)工作的技術(shù)人員和工匠。

需要指出的是，本次模擬實(shí)驗(yàn)所聘請(qǐng)的工匠均是20世紀(jì)50年代出生，采用的爐體及技術(shù)均是20世紀(jì)下半葉桑植縣本地的傳統(tǒng)工藝。這些近現(xiàn)代工藝與官田遺址的年代相差甚遠(yuǎn)。但是，通過模擬實(shí)驗(yàn)，依然可以在有關(guān)工藝的核心環(huán)節(jié)中尋找熔鐵、鍛打等技術(shù)特征的關(guān)鍵信息，增進(jìn)我們對(duì)有關(guān)遺跡遺物的認(rèn)識(shí)與理解。

為了配合修筑，以及獲取有關(guān)研究數(shù)據(jù)，考古隊(duì)做了精心準(zhǔn)備。

首先，為了建設(shè)作坊區(qū)域，本次模擬實(shí)驗(yàn)專門在發(fā)掘區(qū)域北部開辟了場(chǎng)地，并采購了各種原料和工具。其中，在遺址中多處出土了黃色砂巖（準(zhǔn)確材質(zhì)有待鑒定），據(jù)當(dāng)?shù)厝松Ｖ部h洪家關(guān)白族鄉(xiāng)花園村營子山，因此，我們前往山中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)開采。

土石凝結(jié)的舞臺(tái)

各種泥土和石塊在人們的手中，慢慢變成展示人類智慧和經(jīng)驗(yàn)的舞臺(tái)。舞臺(tái)上，緊張而有序地進(jìn)行著為“正式演出”而做的各項(xiàng)準(zhǔn)備。

為了給修筑工作提供合適的原料堆放、制備及特定操作空間，我們?cè)诎l(fā)掘區(qū)域北部開辟了面積約150平方米的工作區(qū)域，并搭建了塑鋼工棚。原料堆放區(qū)的部分地面和原料制備區(qū)用水泥和沙子進(jìn)行了地面硬化。為防止雨水流入原料堆放區(qū)，在工棚周圍挖掘排水溝數(shù)條。

熔鐵豎爐

我們先以河邊卵石鋪設(shè)基座，并以水泥抹縫、加固。然后，以碎石砂鋪設(shè)在基座周圍的工作區(qū)域?；淖饔弥饕袃蓚€(gè)：一是抬高爐體，防止雨水淋浸，影響爐體穩(wěn)固；二是作為爐工的操作平臺(tái)，方便進(jìn)行各項(xiàng)操作。鋪設(shè)碎石砂的目的主要是防止鐵水噴濺時(shí)與土壤接觸，因高溫遇冷引起炸裂等危險(xiǎn)情況。

爐體的修筑是關(guān)鍵。黃色砂巖和耐火泥沙是修筑爐體的主要材料。將修整合適的石塊鋪設(shè)于基座上，圍成爐底，并用耐火泥沙抹縫、整平。然后，在爐底圍砌爐壁，中間留出爐膛。在爐膛內(nèi)敷設(shè)一層耐火泥沙。利用黃色砂巖塊圍砌出底部的爐缸，其上部做收腰結(jié)構(gòu)。同時(shí)，將出鐵水口修整為一個(gè)槽狀臺(tái)座，同樣用耐火混合料抹平。最終，一座高約1.5米的熔鐵豎爐矗立在遺址的北部。

過程中，為保證爐體固結(jié)，每完成約1/3高度后，利用炭火烘烤豎爐。3名工匠3天完成了豎爐的修筑工作。這種豎爐內(nèi)部空間可以分為三個(gè)區(qū)域：上部的投料口以下約50厘米為預(yù)熱區(qū)，再以下至收腰結(jié)構(gòu)處為高溫區(qū)，余下的稱為爐缸。

鍛打爐

相比于熔鐵豎爐，鍛打爐的結(jié)構(gòu)簡單一些。先利用大型河卵石及黃色砂巖圍砌出爐體外框。一端為高溫爐，其余框內(nèi)填充土塊。鼓風(fēng)箱放置在一側(cè)。操作臺(tái)面在爐口的前方，略高于爐口。然后，將石塊豎立于高溫爐爐口兩側(cè)，將土壤和鐵碎屑的混合料涂抹于爐口、鼓風(fēng)管及周圍，形成一個(gè)耐高溫區(qū)域。再將鐵條均勻擺放在爐口正上方，形成箅子狀。

此外，在高溫爐的外側(cè)，設(shè)置鐵砧（當(dāng)?shù)厝朔Q為鐵錚）和加工臺(tái)。為了防止鍛打鐵屑亂濺，在鐵砧的兩側(cè)豎立大石板各一塊。

制作模具及其他用具

熔鑄模具 本次實(shí)驗(yàn)利用木材仿制發(fā)掘出土的鐵環(huán)、權(quán)兩種人工制品。雖然這兩件遺物結(jié)構(gòu)簡單，但是從制作模具的角度，也是頗費(fèi)心思。

鐵環(huán)結(jié)構(gòu)簡單，表面沒有花紋等裝飾，采用兩分模。即將木模上下剖為對(duì)稱的兩個(gè)圓形部分。剖面設(shè)置若干小榫頭，以固定兩個(gè)圓環(huán)。

由于權(quán)的表面有花紋，且增刻“官田”兩字。制模師傅將木模分為6塊。帶字的一側(cè)及對(duì)側(cè)為2塊，旁邊的兩側(cè)分為4塊。此外，在系孔處單獨(dú)設(shè)置一個(gè)活動(dòng)模，用來放置內(nèi)芯。這樣一個(gè)小小的木模，制模師傅用了6天的時(shí)間反復(fù)打磨而成。

制作翻范箱體 除了爐體，熔鐵工作還需要制作翻范箱。

翻范箱是盛放翻范材料的木框。其用法是將木模放入其中，從而制作出澆鑄所用的型腔。由于這次澆鑄的物品均以兩分范為基本方式，因此需要兩個(gè)翻范箱上下配合使用。為了配合翻范箱，還需要一塊面積稍大于箱體面積的木板，作為臨時(shí)擱置之用。這幾個(gè)物品均是制模師傅吳豐順制作的。

制作澆鑄用的型腔 制作澆鑄用的外范是本次實(shí)驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)。造型準(zhǔn)確的型腔是澆鑄成功的基礎(chǔ)。

制作的大致過程是：首先，將翻范材料放入箱體，再將涂抹了蠟的木模放入相應(yīng)位置。隨后，將兩個(gè)箱體扣合在一起，用翻范材料填實(shí)箱體的另一半。為預(yù)留澆鑄口，將圓木棍嵌入相應(yīng)位置。此后，小心移出圓木棍，制作出澆鑄口。這時(shí)，再小心將兩個(gè)箱體分開。將另一半外范上的木模小心取出。并且，利用毛筆將落入型腔的材料清理干凈。最后，將兩半外范重新扣合在一起，拆開木框，統(tǒng)一放置在型砂中，等待澆筑。

鐵與火之歌

當(dāng)一切準(zhǔn)備就緒，“浴火重生”的時(shí)刻就要到來了。

對(duì)熔鐵豎爐而言，需要先進(jìn)行豎爐預(yù)熱。先加入約100斤木炭，利用鼓風(fēng)機(jī)從出鐵水口進(jìn)行鼓風(fēng)。將木炭燃燒充分。目的是讓爐體內(nèi)達(dá)到熔化生鐵的狀態(tài)。

約40分鐘后，之前放入的木炭已經(jīng)消耗差不多了，爐內(nèi)的高溫區(qū)溫度可到1000℃以上，此時(shí)放入熔鐵原料。熔鐵原料是三種原料混合而成，由生鐵塊、木炭和石灰石組成。生鐵塊是熔鐵原料，木炭是燃料，石灰石是助溶劑。投料時(shí)，需要保證將原料加滿至投料口。一旦預(yù)熱區(qū)的原料燃燒消耗，需要及時(shí)補(bǔ)充。

過程中，由于高溫區(qū)溫度超過1350℃，加入的石灰石會(huì)增強(qiáng)爐內(nèi)物質(zhì)的熔融程度。這些物質(zhì)沿著爐內(nèi)壁下流到鼓風(fēng)口處時(shí)，由于溫度相對(duì)較低，因而冷卻時(shí)會(huì)堆積在鼓風(fēng)口位置。這種現(xiàn)象會(huì)嚴(yán)重影響爐內(nèi)的進(jìn)風(fēng)量。因此，需要適時(shí)清理，以免影響爐溫和鐵水融化。同樣，也需要及時(shí)清理爐缸底部的爐渣，以免影響鐵水流出，以及后續(xù)爐渣的下落。

伴隨著鼓風(fēng)機(jī)的躁動(dòng)，豎爐內(nèi)的火焰噴涌而出。被命名為“官田一號(hào)”的熔鐵豎爐如同一只小怪獸，狂躁地咆哮著，鐵水從出口處緩緩流出。生鐵化了！

不能停歇。工匠繼續(xù)添加原料，清理鼓風(fēng)口和爐缸，期待著熔融程度更好的鐵水?？墒牵藭r(shí)的豎爐開始出現(xiàn)了問題。爐體上部經(jīng)過高溫炙燒后出現(xiàn)了開裂狀況，用來插放檢測(cè)設(shè)備的插孔處也出現(xiàn)了明顯的熱量散失現(xiàn)象，導(dǎo)致高溫區(qū)的整體溫度未能達(dá)到要求。因此，鐵水熔化量不足。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)判斷，此次熔鐵工作只能暫時(shí)中止。

與此同時(shí)，另一側(cè)的鍛打工作也在有序進(jìn)行中。

鍛打工匠張進(jìn)國師傅和他的父親相互配合。一人拉風(fēng)箱時(shí)，另一人手持待鍛打的鐵坯料進(jìn)行加熱。達(dá)到溫度后，將鐵坯料放在鐵砧上開始鍛打。伴隨著清亮的鍛打聲，不時(shí)有火星閃耀。鍛打過程中，鐵器的溫度不斷降低，片狀的鐵屑漸次脫落。很快，鐵砧附近落滿了青黑色的鐵屑。

有節(jié)奏的鍛打如同旋律，讓人不禁想起依稀聽過的民間勞動(dòng)號(hào)子。鍛打過程中，還會(huì)對(duì)坯料進(jìn)行塹斷、淬水、嵌鋼片等加工。看似單調(diào)的加工程序，要付出足夠的耐心，以精湛的技術(shù)才能將一件鐵坯料漸漸塑造為一柄銳利的鐵劍。

上述的兩項(xiàng)工作中，我們也利用檢測(cè)設(shè)備獲取了研究數(shù)據(jù)。

本次利用多種測(cè)量設(shè)備對(duì)豎爐熔鑄過程進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，包括爐體內(nèi)部分層點(diǎn)溫度、爐缸底部點(diǎn)溫度、爐缸底部面溫度、鐵水點(diǎn)溫度、鐵水面溫度等。其中熔鐵豎爐內(nèi)的主要數(shù)據(jù)來自于熱電偶，K型熱電偶分別插入距爐體基座1.1米處的爐壁內(nèi)，呈120°分布；B型熱電偶插入出鐵水口上方30厘米，距爐體基座60厘米處。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看，K型熱電偶分布在爐體內(nèi)預(yù)熱區(qū)底部，B型熱電偶放置在爐體內(nèi)高溫反應(yīng)區(qū)底部。

通過測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)可以看出，預(yù)熱區(qū)溫度隨著燃料的燃燒逐漸上升。隨著生鐵熔化，爐內(nèi)溫度會(huì)逐漸上升。直至完全熔化時(shí)，溫度升至最高。投放第一批料后約40分鐘，預(yù)熱區(qū)底部溫度升至1000℃以上。在達(dá)到此溫度之前，不斷有少量的鐵水流出。此時(shí)的溫度也是所測(cè)得的最高溫度。隨后，上一批原料基本消耗完成后，開始添加新原料。因此，預(yù)熱區(qū)溫度開始下降。接著，爐體上部已經(jīng)開裂。并且隨著時(shí)間的推移，開裂范圍與程度越來越大，這一情況也導(dǎo)致熱量散失越來越嚴(yán)重。此后的溫度直到結(jié)束也無法持續(xù)升高，基本徘徊在700—800℃。

其中，2號(hào)、4號(hào)熱電偶在填料過程中多次被原料碰到，脫離了正常的測(cè)溫位置。因此，2號(hào)、4號(hào)熱電偶在測(cè)量過程中兩度測(cè)得明顯偏低的溫度數(shù)值。結(jié)合投料時(shí)間，可以發(fā)現(xiàn)投入新料后，預(yù)熱區(qū)底部溫度降低到600余攝氏度。

永不停歇的追尋

當(dāng)夕陽西下，爐中的火焰也漸漸熄滅。略顯疲憊的身影卻依然忙碌。對(duì)這次的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行全面的分析和總結(jié)，將是更為重要的內(nèi)容。

從設(shè)計(jì)項(xiàng)目的角度而言，本次的實(shí)驗(yàn)未能達(dá)到全部預(yù)設(shè)目的，即未能實(shí)現(xiàn)澆鑄成器。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的各種現(xiàn)象，暴露出的問題是多方面的。首先，爐體上部爐壁較薄，耐火材料不足，整體強(qiáng)度欠佳，高溫使得爐體上部開裂。另外，測(cè)溫孔也未能完全密封。這些情況導(dǎo)致爐內(nèi)熱量損失較大，影響了爐溫的保持和提升。其次，熔化時(shí)使用的鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量小，影響了爐溫上升。而且，期間更換鼓風(fēng)機(jī)時(shí)間過長，且鼓風(fēng)管長度過長，也影響了爐溫的提升。還有，用于清理爐渣的鋼釬長度不足，從出鐵水口冒出的火焰極大影響了爐工進(jìn)行清理爐渣的工作。上述原因綜合導(dǎo)致了本次實(shí)驗(yàn)的實(shí)際效果未能達(dá)到預(yù)期。基本而言，爐體的強(qiáng)度、封閉與保溫性能、爐體內(nèi)的廢物清理是需要重點(diǎn)關(guān)注的方面。另外，由于沒有經(jīng)驗(yàn)，B型熱電偶的位置也沒能充分考慮火焰情況，導(dǎo)致無法正常測(cè)溫。

不論如何，在分析成功經(jīng)驗(yàn)與失敗原因的過程中，也進(jìn)一步增進(jìn)了考古隊(duì)員對(duì)于冶鑄、鍛打等工藝的認(rèn)識(shí)與理解。同時(shí)，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的繼續(xù)開展奠定了基礎(chǔ)。這次的模擬實(shí)驗(yàn)確實(shí)給我們提供了一些重要的參考信息。例如，遺址出土的黃色砂巖的產(chǎn)地，在桑植縣境內(nèi)具有唯一性。那么，遺址中的砂巖用途很可能與其耐高溫、不易炸裂的特性有關(guān)。而且，該產(chǎn)地有可能存在著早期開采石材的遺跡。另外，豎爐的高度較高，肯定需要輔助性的梯架用以投料操作。而且，豎爐的火焰上升高度較高，很可能不需要工棚。這些對(duì)于判斷爐體旁的附屬設(shè)施的用途提供了線索。

更為重要的是，短暫的實(shí)驗(yàn)讓我們切身體會(huì)到了冶金工作的實(shí)際感受。這里不僅需要精湛的技術(shù)，還需要足夠的耐心；既要有合適的原料，更要有堅(jiān)強(qiáng)的意志；既需要強(qiáng)有力的領(lǐng)導(dǎo)，更需要密切的協(xié)作。不論是遺址中出土的一瓦一罐，還是史書上記載的一言一語，都在實(shí)際的體驗(yàn)中融入了工匠們的辛勤汗水與堅(jiān)毅目光。這次實(shí)驗(yàn)所帶給我們的，不僅是開展研究的數(shù)據(jù)，也是面對(duì)歷史時(shí)保持的一份敬畏與向往。

爐火漸漸熄滅，如同歷史畫面逐漸褪去了顏色。我們的心卻如同爐中的余燼，依然熾熱，等待著下一次的盡情釋放。

（作者張釗為香港中文大學(xué)歷史系博士研究生；莫林恒為湖南省文物考古研究所副研究員；嚴(yán)晉臣為永順縣老司城博物館工作人員）