龍泉寶劍古法煉鐵爐的復(fù)原試驗(yàn)

胡小軍

劍作為一種兵器，在我國的古代戰(zhàn)爭(zhēng)中曾經(jīng)發(fā)揮了十分重要的作用。但是，隨著人們文明的進(jìn)步和戰(zhàn)爭(zhēng)方式的改變，其逐步退出了戰(zhàn)場(chǎng)，轉(zhuǎn)入到宮廷和民間廣泛使用，并且在中國傳統(tǒng)文化的熏陶和影響下逐漸確立了獨(dú)具自身特色的價(jià)值與意蘊(yùn)。經(jīng)過漫長的發(fā)展和演變，劍文化也已經(jīng)成為華夏文明的重要組成部分。

概括地說，劍文化的形成主要受到儒家文化、道家文化和墨家文化的綜合影響，也正因如此，劍文化被賦予了軍事、宗教、等級(jí)和外交等方面的性質(zhì)和象征。時(shí)至今日，劍依然深受廣大民眾的崇拜和喜愛，它也不再是單純的武器了，而是被賦予了剛正不阿與正氣磅礴的倫理色彩與道德范式，在歷史長河中往往成為權(quán)力、身份和地位的標(biāo)志性符號(hào)，更擁有了浪漫俠義的彰顯、精益求精的典范、正義之氣的化身等文化內(nèi)涵。

而在中國的寶劍序列中，龍泉寶劍無疑是一類很特殊的存在，其歷史悠久、馳名中外，是鋼鐵最早運(yùn)用到武器的代表。它始制于春秋晚期，距今2600多年。據(jù)《越絕書》記載：“歐冶子、干將鑿茨山、泄其溪、取鐵英，作為鐵劍三枚，一曰龍淵，二曰泰阿，三曰工布?！饼埲垳Y，因劍得名，現(xiàn)在很多游客到龍泉，在當(dāng)?shù)孛幻殑ΨQ得上是旅行的必備了。

作為一名傳承古法鑄劍技藝的鑄劍師，筆者和其他同道的肩上背負(fù)著復(fù)原祖先完整鑄劍技藝流程的重大責(zé)任。當(dāng)然，這個(gè)責(zé)任不是社會(huì)強(qiáng)加在我們身上的，而是作為鑄劍之道傳承人的內(nèi)心熱忱。多年來，我們積極致力于挖掘最核心、最原始的煉鐵鑄劍技藝——復(fù)原龍泉豎爐冶鐵，并取得了一定的成果，引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注和鼓勵(lì)，讓我們更加努力前行。

本文在此就龍泉寶劍古法煉鐵爐的復(fù)原試驗(yàn)進(jìn)行相關(guān)論述。

鐵是人類社會(huì)用途最廣、用量最多的金屬之一，其制造技術(shù)和產(chǎn)量是一個(gè)社會(huì)物質(zhì)文明發(fā)展水平的重要標(biāo)志。我國最早發(fā)明的生鐵冶煉技術(shù)，可以高效、大規(guī)模地獲得鐵制品，是古代文明最重要的發(fā)明之一。根據(jù)目前的考古發(fā)現(xiàn)可知，我國至遲在公元前6世紀(jì)就開始采用豎爐冶煉生鐵，到公元1世紀(jì)左右形成了以生鐵為基礎(chǔ)的制鋼技術(shù)體系，為中華文明的繁榮與延續(xù)提供了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。豎爐冶鐵是一項(xiàng)復(fù)雜的工藝，具有豐富的技術(shù)內(nèi)涵、較高的工藝要求和嚴(yán)密的管理機(jī)制，具備了工業(yè)化生產(chǎn)的雛形。現(xiàn)當(dāng)代學(xué)者主要從鐵器和爐渣等冶煉遺物的角度對(duì)古代冶鐵技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)冶煉過程、工藝及技術(shù)特征等問題有了一定的認(rèn)知，但對(duì)于反映冶鐵工藝核心的豎爐冶鐵的研究尚有待深入。

近年來，龍泉?jiǎng)Υ宓秳ρ芯吭郝?lián)合北京科技大學(xué)冶金與材料史研究所合作，先后調(diào)查發(fā)掘了30余處古代冶鐵遺址，獲得了關(guān)于古代豎爐爐型、冶煉遺跡現(xiàn)象的豐富資料，開展了爐型復(fù)原研究，對(duì)冶鐵爐的類型和演變有了基本認(rèn)識(shí)。在此基礎(chǔ)上還對(duì)豎爐冶鐵進(jìn)行復(fù)原，并開展冶鐵模擬實(shí)驗(yàn)，即從實(shí)證的角度對(duì)各種遺跡現(xiàn)象解讀出的技術(shù)特征開展研究，這無疑具有重要的意義。

2019年春，龍泉?jiǎng)Υ宓秳ρ芯吭号c北京科技大學(xué)冶金與材料史研究所攜手在龍泉?jiǎng)Υ暹M(jìn)行了古代冶鐵豎爐的復(fù)原和模擬試驗(yàn)。該項(xiàng)目以北京延慶水泉溝遼代冶鐵遺址3號(hào)爐為原型，參照同時(shí)代其他冶鐵爐遺址進(jìn)行爐型復(fù)原，選用砂巖、頁巖及黏土石英砂構(gòu)筑爐體，專門燒制符合冶煉需求的木炭，同時(shí)在龍泉甌江采集符合古代冶煉品位需求的鐵砂，并設(shè)計(jì)鼓風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行冶煉，制定上料、裝料、送風(fēng)等方案。試驗(yàn)中還使用熱電偶、紅外熱成像儀、熱線式風(fēng)速計(jì)、壓力變送器、無紙記錄儀等多種現(xiàn)代技術(shù)手段，對(duì)冶煉過程進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)并收集數(shù)據(jù)。冶煉結(jié)束后，對(duì)爐體解剖，作圖像文字記錄，并取樣分析。復(fù)原試驗(yàn)獲得了大量的豎爐冶煉數(shù)據(jù)，為開展下一步研究奠定了良好的基礎(chǔ)。

一、試驗(yàn)設(shè)計(jì)

該試驗(yàn)設(shè)計(jì)遵循以下基本原則：

第一，按照考古發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)冶鐵試驗(yàn)內(nèi)容，即使某些技術(shù)環(huán)節(jié)不夠合理、先進(jìn)，也以考古發(fā)現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)。

第二，在實(shí)際的冶煉操作中，盡可能依照古代條件執(zhí)行。遇有特殊情況可能對(duì)試驗(yàn)造成重大影響時(shí)，則利用現(xiàn)代技術(shù)方法扭轉(zhuǎn)爐況，待好轉(zhuǎn)后，再恢復(fù)到古代條件狀態(tài)下進(jìn)行冶煉。

該試驗(yàn)使用石英巖及黏土石英砂構(gòu)筑爐體建立了古代爐型，采購高品質(zhì)木炭，并在當(dāng)?shù)刭徶昧朔瞎糯睙捚肺坏某噼F礦，設(shè)計(jì)了鼓風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行冶煉。我們與多位經(jīng)驗(yàn)豐富的師傅共同制定了上料、鼓風(fēng)方案。

試驗(yàn)使用熱電偶、紅外熱成像儀、熱線式風(fēng)速計(jì)、無紙記錄儀、紅外測(cè)溫槍等多種現(xiàn)代技術(shù)手段對(duì)冶煉過程進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)，自動(dòng)記錄與人工記錄同時(shí)收集數(shù)據(jù)。

冶煉結(jié)束后，對(duì)爐體進(jìn)行解剖，進(jìn)行圖像文字記錄，并取樣分析。

二、試驗(yàn)數(shù)據(jù)

1.出渣出鐵狀況（圖1）

冶煉開始鼓風(fēng)后約5小時(shí)40分鐘開始出冶煉渣。冶煉過程中，共出渣5次，加上3次掏灰，平均每兩小時(shí)開鐵、渣口1次，每隔2個(gè)小時(shí)開一次口。

2.鼓風(fēng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

此次試驗(yàn)若使用木扇鼓風(fēng)，需4個(gè)人同時(shí)驅(qū)動(dòng)，1晝夜3個(gè)班次，共計(jì)12人，成本非常高。對(duì)此，該試驗(yàn)使用了三相電力離心式中壓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)，設(shè)計(jì)風(fēng)壓為2000±500Pa、風(fēng)量為9±5 m3/min，通過調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)口和放壓閥將鼓風(fēng)性能參數(shù)控制在古代木扇性能參數(shù)范圍內(nèi)。

為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄鼓風(fēng)性能，在連接風(fēng)機(jī)與爐體風(fēng)道之間的鋼管上安裝了熱線式風(fēng)速計(jì)，自動(dòng)測(cè)量、記錄風(fēng)速與風(fēng)量。

此次試驗(yàn)測(cè)量記錄風(fēng)量、風(fēng)速（表1、表2）、風(fēng)溫等鼓風(fēng)參數(shù)。其中風(fēng)量利用手動(dòng)方式共記錄了2組，重點(diǎn)關(guān)注夜間出渣鐵過程中強(qiáng)化鼓風(fēng)的數(shù)據(jù)。

正常冶煉情況下，風(fēng)壓數(shù)據(jù)主體部分保持在1000Pa—2000Pa 之間，風(fēng)量基本保持在6m3—8m3/min。由于風(fēng)機(jī)連接處、風(fēng)嘴處存在漏風(fēng)情況，管道風(fēng)量損失約30%，即入爐風(fēng)量約4.2m3—5.6m3/min，單位爐容風(fēng)量約4.2m3—5.6m3/min，冶煉強(qiáng)度較高。

3. 溫度檢測(cè)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)分為溫度測(cè)量和鼓風(fēng)系統(tǒng)測(cè)量兩大部分。第一部分采用S型、K型熱電偶來測(cè)量煉鐵爐底部及內(nèi)部的溫度變化（圖2）。

對(duì)檢測(cè)設(shè)備誤差分析結(jié)果如下：

S型熱電偶誤差：±0.25%×電偶實(shí)測(cè)溫度。工作溫度：下限為200℃，上限包括長期1400℃、短期1600℃。

K型熱電偶誤差：375℃以下，相對(duì)誤差為±1.5℃;375℃以上，相對(duì)誤差為±0.4%×電偶實(shí)測(cè)溫度，上限1300℃。

補(bǔ)償導(dǎo)線誤差分析普通級(jí)的允差為±2.5℃，無紙記錄儀誤差分析預(yù)設(shè)通道進(jìn)行冷端補(bǔ)償，誤差1%以內(nèi)。

正常冶煉狀態(tài)下，各層熱電偶（自下向上）采集的爐壁溫度數(shù)據(jù)，見表3、表4。

三、結(jié)果分析及討論

爐體解剖結(jié)果如圖3。

整體來看，本次模擬試驗(yàn)在設(shè)計(jì)、建爐、選料和冶煉等各個(gè)環(huán)節(jié)都盡了最大的努力，按古代條件進(jìn)行，最大程度地模擬了古代豎爐冶鐵過程。

冶鐵豎爐正常運(yùn)行時(shí)，渣鐵口能夠正常打開，有一尺多長的火苗有力噴出，液態(tài)渣鐵先后流出，爐缸部位經(jīng)常發(fā)出“嗡嗡”的氣流聲，說明爐缸處于活躍狀態(tài)，能夠正常工作。這反映出單風(fēng)口鼓風(fēng)是可行的，風(fēng)道角度設(shè)計(jì)適應(yīng)了冶煉需求，爐腹角順應(yīng)了爐內(nèi)氣流方向，同時(shí)起到了匯聚冶鐵渣鐵和保溫的作用。

冶煉過程中也出現(xiàn)了爐料偏行、爐壁侵蝕、木炭粉化等現(xiàn)象，這些都為分析研究豎爐冶鐵提供了重要的線索和依據(jù)。

此次模擬試驗(yàn)比較全面、真實(shí)地反映了古代冶鐵爐的冶煉狀況，對(duì)宋元豎爐冶鐵技術(shù)有了深入認(rèn)識(shí)，基本達(dá)到了此次試驗(yàn)的預(yù)期目標(biāo)。

這次復(fù)原試驗(yàn)是一次有目的地進(jìn)行學(xué)術(shù)研究的實(shí)驗(yàn)考古活動(dòng)，也是一次冶金考古、傳統(tǒng)工藝和現(xiàn)代煉鐵生產(chǎn)多方面合作碰撞的一次非典型實(shí)踐活動(dòng)，值得記錄下來。做出這次冶煉試驗(yàn)的紀(jì)實(shí)性報(bào)告，旨在通過實(shí)證方法揭示中國古代冶鐵技術(shù)的內(nèi)涵，進(jìn)而展現(xiàn)中華先民的卓越智慧，完整地展示龍泉寶劍鍛造技藝的全流程，無疑具有劃時(shí)代的意義。

（本文的表格數(shù)據(jù)、配圖由龍泉?jiǎng)Υ宓秳ρ芯吭禾峁?/p>