在南方地区另有一种龙窑，这种窑的历史可以上溯至商代。福建浦城猫耳弄山发现的商代龙窑，长约7.6米，宽1.6米，窑底坡度5—10度。它是从升焰窑发展来的，因为这种窑就像一座倾斜放置的升焰窑。其下端为火膛，上端为排烟口，窑身呈长条形沿山坡向斜上方延伸，故名龙窑。龙窑的窑身一般较长，广东博罗梅花墩春秋早期龙窑，长度已达12米③。汉代龙窑的长度与之大体相近，江苏无锡马迹山牛塘东汉龙窑长18.5米。浙江上虞帐子山发现的两座东汉龙窑，前段均已破坏，长度不详④。其中1号窑上口宽2.16—2.21米，底宽1.97—2.02米。由于汉代的龙窑尚未发明在窑顶开投柴孔之法，故窑身不能太长。这种结构的龙窑只能自窑头的火门投柴燃火，距窑尾较远。为了增加自然抽力，所以倾斜度较大。1号窑的倾斜度前段为28度，后段为21度，前后段相接处有明显的折腰现象。窑底用粘土抹成，底面铺砂2层，窑具底部插于砂中。窑壁也用粘土筑成，壁面有一层窑汗，前段较厚，乌黑发亮；后段窑汗逐渐减薄。近窑尾处发现的几件器物，胎色淡红，质地疏松，有严重的生烧现象，说明这里的温度较低。窑顶原为粘土块砌成的拱顶，已塌毁，估计原来的高度在1米以上(10—3)。帐子山2号东汉龙窑的结构与1号窑大致相同，只是窑底的倾斜度不同，前段为31度，后段为14度，折腰现象更为明显。说明这种窑在汉代尚未完全定型。在上虞县除帐子山外，小仙坛和畚箕岙等地也发现过汉代的龙窑。此外，这种窑在浙江的宁波、永嘉、余姚及江苏宜兴等地亦相继发现。
与馒头窑不同，龙窑是不设烟囱的。它只在窑尾设出烟坑排烟。为防止火焰流失过快，还在出烟坑前筑挡火墙，并通过控制挡火墙上的排烟孔的大小，以调节窑内火焰的流速。上虞一带的古代龙窑皆烧松柴，这种燃料的挥发成分多，火焰长。而且由于汉代龙窑前段的坡度大，抽力强，故升温较快。又由于后段的坡度小，抽力减弱，延长了火焰停留的时间，利于保温。因此龙窑的窑温可达1250℃—1300℃左右，这就为瓷器的烧成准备了条件。
真正的瓷器是在东汉时出现的，这是我国陶瓷史上的一件大事。但瓷器的烧成，除了要有适宜的窑型和较高的窑温外，还必须对原料进行精细的选择和淘炼。我国商、周时已有原始瓷器，但在胎质、烧成温度、吸水率等方面均未达到真正的瓷器的标准。就胎质而言，关键问题是A1₂O₃和Fe₂O₃的含量。其中A12O₃以及SiO₂的含量愈高，则烧结温度也愈高。而Fe₂O₃以及TiO₂和碱土金属及碱金属的氧化物则起助熔作用；含这类成分较高的胚胎，烧成温度是超不过1050℃的，因为到了1100℃时其表面就开始熔融，到了1200℃以上就完全烧流了。据分析，陶胎中A1,O₂的含量为14—15%左右，Fe₂O₃为6%左右，原始瓷中A120₃的含量为17%左右，Fe₂O₃为3%左右。真正的瓷器，其A12O₃的含量应在17%以上，Fe₂O₃在3%以下⑤。胎质的成分如达到后者的标准；再经1200℃左右的温度焙烧，则坯体能够烧结，生成较多的莫来石结晶，从而减少孔隙度，增加硬度，使器物具有不吸水性或弱吸水性。同时，所敷之釉料也将充分玻化；而成为真正的瓷器。
据李家治对上虞小仙坛窑址出土的东汉青釉斜方格印纹舞残片的分析结果表明：其中的Fe₂O₃和TiO₂的含量很低，分别为1.64%和0.97%,A1₂O₃的含量为17.47%。烧成温度为1310℃±20°,烧结程度良好，显气孔率和吸水率分别为0.62%和0.28%。抗弯强度达710公斤/厘米²。釉为石灰釉，呈青色，透明光亮，厚薄均匀。胎釉结合好，无剥落现象，亦无纹片。此标本中除TiO₂的含量稍高，使瓷胎呈灰白色外，其余均符合近代瓷的标准⑥。
小仙坛青瓷罍在东汉时并非个别的特例，除了上述各窑址出土的大量标本外，于若干纪年明确可考的汉墓中也有所发现。如河南信阳擂鼓台永元十一年(99年)墓、江苏丹阳瓜渚永元十三年(101年)墓、安徽亳县董园村延熹七年(164年)墓、浙江奉化白杜熹平四年(175年)墓、河南洛阳烧沟147号初平元年(190年)墓等处均出过这类瓷器，证明窑址中所出的确为汉器⑦。其器形有碗、盘、缶、壶、罍、瓿、耳杯、五联罐等。其制法多数为轮制。帐子山东汉窑址中曾出土陶车上用的相当精致的瓷质轴顶碗，用它可使装在轴承上的轮盘转动自如，说明这时的轮制技术已具有相当高的水平。大型器物则分段用泥条迭筑，接合后再以陶轮修整。装饰方法以刻划、拍印为主，窑址中曾出土各式陶拍(10—9、10)。其施釉方法在东汉中期以前多为刷釉，东汉晚期创造了浸釉法，使釉层加厚而且均匀。青瓷的釉是用含氧化铁的瓷土和石灰石配制的，其中铁是着色原素，氧化钙是助熔剂。釉内氧化铁含量的多少，对呈色有相当影响。如釉内含铁量达8%,烧成后则色黑如漆。如含铁量达3%,烧成后亦多呈较深的艾色。小仙坛青瓷片釉层中之Fe,O₃的含量为1.84%,是比较适当的。不过除釉的含铁量外，对窑氮的控制也是呈色的关键。在弱还原焰中烧成，釉色青中带黄。在强还原焰中烧成，则釉色发暗。只有窑氛适宜，才能烧成纯正的淡青色。如通风过量，窑中形成氧化焰，氧化亚铁就有转为三价高铁离子的可能，釉色随之而呈黄、茶黄或黄褐色，美丽的青色就不会出现了。在冷却过程中，速度也不能太慢，慢了就容易发生二次氧化，也使釉色泛黄。汉代龙窑不仅已能较好地维持还原气氛；而且其窑壁较薄，能够较迅速地冷却，对保持色调的纯正也是有利的。
此外，与烧制工艺相配合，汉代在龙窑中还创制了各种窑具，包括垫具和间隔具两类。垫具中常见的有筒形及覆钵形两种(10—4～8)。用它将坯体垫高，使之高于窑底，处于火候适宜的烧成带上。战国时代的绍兴富盛龙窑中尚未使用垫具，器坯直接置于窑底，因而一部分产品底部严重生烧。发明垫具后则解决了这个问题。间隔具如三足支具的出现，使器坯可以叠烧，能够更充分地利用窑内的空间，提高产量。汉代陶瓷匠师的这些重大发明创造，不仅是空前的，也为以后陶瓷业的长足发展奠定了基础。
——————————
①刘可栋：《试论我国古代的馒头窑》,载《中国古陶瓷论文集》,文物出版社，1982年。
② 中国社会科学院考古研究所洛阳汉魏城队：《汉魏洛阳城发现的东汉烧煤瓦窑遗址》,《考古》1997年第2期。
③广东省文物考古研究所、博罗县博物馆：《广东博罗县园洲梅花墩窑址的发掘》,《考古》1998年第7期。
④无锡市博物馆：《无锡马迹山牛塘东汉窑址发掘简报》,《东南文化》1998年第3期。朱伯谦：《试论我国古代的龙窑》,《文物》1984年第3期。
⑤⑥李家治：《我国瓷器出现时期的研究》,《硅酸盐学报》1978年第3期。
⑦信阳出土者见傅振伦：《中国伟大的发明—瓷器》,三联书店，1955年。丹阳出土者见镇江市博物馆：《文物考古资料汇编》1975年。亳县出土者见《文物》1978年第8期。奉化出土者见《浙江省文物考古所学刊》1981年。
11 制盐，采矿
被称为“食肴之将”(《汉书•食货志》)的盐，依其来源之不同，可分为池盐、海盐、井盐、岩盐等四种，它们在汉代均已得到开发利用。岩盐又名石盐，见《史记•货殖列传》正义，即《神农本草经》所称之戎盐、胡盐。池盐主要指河东安邑盐池(今山西运城解池)所产之盐。由于这里的卤水中含硝量大，盐味苦，故又名苦盐(《周礼•盐人》)或盬盐(《说文•盐部》)。《水经注•湅水》说，河东盐池“土自成盐，即所谓盐鹾也，而味苦，号曰盐田。盐盬之名，始资是矣”。它还有一个特点，即不经煎煮，径以日光曝晒而成。而这时的海盐却是煮成的。《史记•吴王濞列传》说他“煮海水为盐”。《汉书•食货志》也说东郭咸阳是“齐之大煮盐”。煮盐的用具名牢盆。《史记•平准书》索隐引乐产曰：“牢乃盆名。”其说是①。《隶续》所收汉代铁盆铭文，一件标明“三百五十升”,另一件标明“二十五石”。四川蒲江五星镇出土的汉代大铁盆，口径131厘米、腹深57厘米、壁厚3.5厘米，铭文正作“廿五石”②。这种大型铁盆，疑即牢盆。又河南南阳瓦房庄出土的一件汉代铁釜，直径达2米左右；山东掖县出土的汉代铁釜，口径66厘米、腹深40厘米、壁厚2.6厘米；似均是供煮盐所用者③。井盐则是从盐井中汲卤水煮成的，当时是巴蜀的特产。《华阳国志•蜀志》说：“汉孝宣帝地节三年，穿临邛蒲江盐井二十所，增置盐、铁官。”又说：“江阳郡汉安县有盐井。”同书《巴志》说：“巴西郡南充国县有盐井。”左思《蜀都赋》则说成都一带“家有盐泉之井”。虽云赋不厌侈，但其说亦应有一定的根据。因为在成都东汉墓中，多次出土盐井画像砖。画面上皆模印出一处盐井，井上建有高大的井架。架分两层，每层对立2人用辘节曳绳汲取卤水。井架上层之一侧装卤水槽；并架设筑管，越岭穿涧，将卤水自水槽输往远处的盐灶。画面上盐井的井口可容2缶，白广美认为此井之口径“至少大于五尺”④；而且其汲绳也不太长，故应属大口浅井。《论衡•别通篇》所谓：“西州盐井，源泉深也。”殆设想之词，并非据实直录。盐井之由大口浅井改进为小口深井，要到北宋时才实现，汉代的开采技术还未发展到这一步。其煮盐之灶上并列5口大锅，从比例看，似较上述牢盆略小。灶前有1人在添柴续火，近处有2人负柴而来(11—1)。上世纪50年代中闻宥介绍这种画像砖时，误以灶门处之柴为输送天然气的管道⑤；其说迭经引述，影响颇大。其实画面上表现的是柴灶，全无使用天然气的痕迹。四川地区之自流井背斜构造虽然蕴藏着丰富的天然气，但西汉末扬雄在其《蜀都赋》中尚一无反映，西晋初左思的《蜀都赋》中才提到火井；以后西晋•张华的《博物志》、东晋•常璩的《华阳国志》中，就都有比较明确的记载了。可见四川天然气的正式开发是在晋代。东汉末虽有可能已发现天然气露头，但尚未在煮井盐时大规模使用。
与较浅的盐井不同，采矿的矿井这时已相当深。湖北大冶铜绿山发现的矿冶遗址(11—2),其战国一西汉时期的立井，深度有达80—98米的。这里的立井每开挖到一定深度便向两边掘进阶段平巷，在平巷的中部或一端下掘盲井直达采矿场。立井采用精细加工的方木或圆木构成“密集式垛盘”支护，其四角用榫头搭扣，加工整齐，尺寸划一，架设起来稳固持久，可同现代木构井架媲美。立井井底有3米深的水窝，类似现代的井底水仓。遗址中的斜井多呈阶梯式向下延伸，既用于探矿和采矿，还可作为阶段平巷间的联络通道。立井、平巷和斜井组成了比较完整的地下开采系统(11—15)。斜井的支架为了防止滑移、错动，采用了壁基式框架结构(11—3)。破碎带和围岩蚀变带内的巷道，则采用封闭式支架(完全棚子)。证明这时对井巷掘进中出现的地压现象已有相当认识。
由于铜绿山之汉代井筒一般的深度均不下50米，开采的矿石已不能用手直接提拉出井。据出土物推定，这时是用配有木钩和绳索的木辘轳提升矿石。辘转轴长250厘米，在轴外应装有辐条式的木棍和车辋式的一圈木条(11—14)。初出时，曾以为这种辘轳上带有制动装置，进一步的研究否定了这种看法⑥。并且由于这时已出现分阶段开采，一段提升遂改变为分段提升(11—4)。随着开采范围的扩大、井巷数量的增加，又出现了一段提升和分段提升相结合的联合提升，形成了较为复杂的矿井提升系统。
矿井的通风方法主要是依靠自然通风。有的井底遗留有20—30厘米厚的竹材灰烬。据推测这是一种通风的办法：通过加热井内空气造成负压，以引导新鲜空气来补充。矿井中的排水设施除水仓外还有排水木槽，将地下水引入排水井。出土的木桶(11—11)、应斗⑦(11—6)等物，可将积水由井下提升至地面。
在铜绿山之战国—西汉时的立井和平巷中，发现了各种采矿工具，有铁制的椎、四棱镌、凿和锄等(11—5、7～10)。铁椎重6公斤。一件铁凿在空器中直装木柄，柄端缠4道篾箍，显然是为了防止开裂而设。也有的木柄上因受冲击力而使木质纤维外翻；反映出这时下井采矿是一种高强度的繁重劳动。但值得注意的是，在如此巨大的矿场之众多的井巷中，始终未发现过人体遗骸，可见开采中未发生过落顶等重大事故。这从另一个侧面说明了当时已经有一定的技术水平，劳动组织也是比较严密的⑧。
铜绿山铜矿区之孔雀石矿脉最厚处可达10米。孔雀石〔CuCO₃•Cu(OH),〕是一种氧化铜矿石，它在较低的温度下就能炼出铜来。另一种较常见的铜矿石是黄铜矿(CuFeS₂),它的冶炼比前者困难。因为须先将黄铜矿石粉碎并加以焙烧，以除去其中大部分的硫，并使硫化物中的铁变为可以在下一步熔炼中造渣的氧化物形态，手续较复杂。安徽贵池徽家冲东周铜器窑藏中出土的薄铜板，经检验其含硫量达0.12%,被认为是用硫化铜矿石炼成的⑨。但其矿石的来源不详。在山西运城洞沟发现的一处铜矿遗址，矿洞之间的崖壁上有光和二年(179年)、中平二年(185年)及甘露年间(256—260年)的题名，证明其开采的时代为东汉至三国⑩。这里的矿脉是黄铜矿。矿洞按矿脉的走向开凿、形状不规则，深度一般不超过20米，未发现支护设施。矿洞中出土的铁镌(11—12)、铁椎(11—13)等，形制与铜绿山所出者相似，唯数量较少；其整个采矿场的规模亦远逊铜绿山。但在矿洞附近的台地上发现红烧土凹槽，应是焙烧矿石所用。说明东汉时已经基本掌握了开发利用黄铜矿的技术，这是矿冶水平提高的一项标志。
至于铁矿，据文献记载，汉代已在49处产铁的地区设铁官，河南巩县铁生沟和江苏徐州利国驿发现的汉代铁矿遗址均有相当规模⑪。两地均发现方形和圆形的竖井。铁生沟的竖井通到矿床的中央和旁侧，再在井下开挖巷道。这里的斜井则用以开采缓倾斜的矿床，并依矿脉的走向掘进。其开采方法也是比较合理的。
————————————
①《史记•平准书》：“大农上盐铁丞孔仅、咸阳言：‘山海，天地之藏也，皆宜属少府，陛下不私，以属大农佐赋。愿募民自给费，因官器作煮盐，官与牢盆。’”集解：“如淳曰：‘牢，廪食也。古者名廪为牢也。盆者，煮盐之盆。’”索隐：“予牢盆。按苏林云：‘牢，价值也。今代人言雇手牢盆(《汉书•食货志》注引苏说无盆字)。’晋灼曰：‘苏说是。’乐产(产一作彦)曰：‘牢乃盆名。’其说异。”可见对“牢盆”的解释本有歧说。但既言“自给费”,则官府不会再发给廪食。视《盐铁论•刺权篇》所称：“大农盐铁丞咸阳、孔仅等上请：‘愿募民自给费，因县官器，煮盐予用，以杜浮伪之路。’”则“牢盆”即“县官器”。其牢盆之“牢”,应与“同牢”之“牢”谊同。故乐说可信。《通志•食货略》“盐铁茶”条的注中也说：“牢盆，煮盐之器也。”古人对存世之遗物也是这样理解的。《隶续》著录之东汉永平七年“三百五十升铁盆”,就被定为“大盐盆”。其后清•陈祥裔《蜀都碎事》卷四及道光《夔州府志》卷三四亦称此盆为“铁盐盆”或“盐铁盆”。汉代以铁盆煮盐，应是常制。但王利器《释牢盆》(载《晓传书斋集》,华东师大出版社，1997年)谓牢盆乃“哀牢人煮盐之盆”。可是当时煮盐多在濒海之齐、吴等地，如所用铁盆须从西南边徼运来，未免太不合理；故其说难以信据。
② 龙腾、夏晖：《四川蒲江发现汉代盐铁盆》,《文物》2002年第9期。
③ 河南省博物馆、石景山钢铁公司炼铁厂、《中国冶金史》编写组：《河南汉代冶铁技术初探》,《考古学报》1978年第1期。林仙庭、崔天勇：《山东半岛出土的几件古盐业用器》,《考古》1992年第12期。
④ 白广美：《中国古代盐井考》,《自然科学史研究》第4卷第2期，1985年。
⑤ 闻宥：《四川汉代画像选集》,群联出版社，1955年。
⑥⑧ 铜绿山考古发掘队：《湖北铜绿山春秋战国古矿井遗址发掘简报》,《文物》1975年第2期。夏鼐、殷玮璋：《湖北铜绿山古铜矿》,《考古学报》1982年第1期。
⑦《广韵•上声十姥》：“序斗，舟中谍水器也”。
⑨安徽省博物馆：《安徽贵池发现东周青铜器》,《文物》1980年第8期。张敬国、李仲达、华觉明《贵池东周铜锭的分析研究》,《自然科学史研究》第4卷第2期，1985年。
⑩安志敏、陈存洗：《山西运城洞沟的东汉铜矿和题记》,《考古》1962年第10期。
⑪ 河南省文化局文物工作队：《巩县铁生沟》,文物出版社，1962年。南京博物院：《利国驿古代炼铁炉的调查及清理》,《文物》1960年第4期。
12 冶铸I
冶 铁
就目前所知，我国自矿石冶炼而成的铁器最早见于河南三门峡市上村岭西周虢国墓，如2001号虢季墓出土的玉柄铁短剑和铜内铁援戈，2009号虢仲墓出土的铜酸铁叶矛等。它们与世界各地早期铁器的情况相同，都是用固态还原的块炼铁制成的，但其中的铁短剑和铁矛叶已在加热锻造的过程中增碳硬化，成为块炼渗碳钢；表明这时对铁制品的性能已有所认识。但2009号墓中与人工冶炼的铁器同时出土的铜内铁援戈、铜登铁锛、铜柄铁削之铁质部分，却是用陨铁制成的。反映出我国至西周末还处在用铁的早期阶段①。春秋时发明了铸铁工艺。及至战国时代，块炼渗碳钢、铸铁、韧性铸铁均已非罕见之物，这就为冶铁手工业在汉代的大发展打下了基础。
在汉代，由于铁器的广泛使用，冶铁业对国防、民生均举足轻重，武帝时遂收归国营，设铁官管理。据《汉书•地理志》记载，全国共有铁官49处，各辖若干冶铁作坊。近50年来，已发现此类遗址30多处，其面积多在10000平方米以上，有的甚至达十几万平方米。地处中原的河南省，是发现汉代冶铁遗址最多的地区。汉代的铁官有6处设在河南境内，而且规模都比较大。已经发掘的巩县铁生沟(出土铁器上有“河三”铭文，应为河南郡铁官之第3号作坊)、郑州古荥镇(出土铁器上有“河一”铭文，应为河南郡铁官之第1号作坊)、南阳瓦房庄(出土铁器上有“阳一”铭文，应为南阳郡铁官之第1号作坊)等大型冶铁遗址，对从选矿到出成品的各道工序大抵均有所反映②。
矿石入炉前，要经过破碎和筛选。铁生沟和古荥镇出土了击碎矿石用的石杵、铁锤和石砧，大小匀整的矿石颗粒(12—1),以及筛落的大量矿粉。筛选出的矿石与木炭一同装进炼炉。如使用简易的“固态还复炉”,只需较低温度就能将铁矿石还原，炼成海绵状的块炼铁。这种铁质地疏松，含碳量低，含硅酸盐夹杂物较多。出炉后须反复加热锻打渗碳，挤出夹杂物，才能成为钢铁。应当指出的是，在上述大型冶铁作坊遗址中，并未发现过冶块炼铁的设备。但直到西汉中期以前，锻件尚多以块炼铁为原料，可见至此时它仍保有一定的生产量。锻铁所用铁砧、长柄小铁铲及长柄短嘴的铁钳等工具，在出土物和画像石中均能见到(12—3～5、9～10)。此种长柄钳应名铗。《说文•金部》：“铗，可以持冶器铸熔者。”汉代铁砧为正立方形，无论河北满城陵山2号西汉墓或河南阳瓦房庄冶铁遗址之东汉地层中所出者均呈此状(12—5)。后来改用炒钢作为锻件的原料时，这些工具仍被沿用。
上述大型冶铁作坊中之所以缺乏有关块炼铁的遗物，是由于它们以冶炼铸铁作为其工艺流程的基础环节。下一步要生产的韧性铸铁、脱碳钢和炒钢，都以铸铁作原料。我国在春秋中期已经冶炼出液态的铸铁，陕西凤翔三畤原秦景公墓中已出铁器20多件，有铲、臿、环、削等物，多数系铸铁制成③。这是世界冶金史上的一件大事，因为在15世纪以前，铸铁并未在中国文明影响以外的地区大量使用。当小批量冶炼铸铁时，可以使用坩埚，北京清河、内蒙古呼和浩特、河南洛阳均曾出土汉代的坩埚(12—13)。根据对坩埚附着物的分析，有的坩埚甚至能炼出铸态钢，不过大部分还是用于炼铁④。但由于用坩埚难以满足大量生产的要求，因而西汉时又出现了炼铁的竖炉。性能优异、体型巨大的竖炉，是汉代冶铁业发展规模的标志。
以古荥镇发现的炼铁竖炉为例，其横截面呈椭圆形，这种炉型既增大了炉缸面积，又克服了风力吹不到中心的困难。这里的竖炉是用含SiO2较高的黄土夯筑成的。铁生沟虽已开始用铝土筑炉，但对其优越性尚认识不足，未用于筑炉的关键部位。也有些汉代炼炉用掺有大量石英砂烧成的耐火砖砌筑(12—2)。古荥镇1号竖炉炉缸长轴约4米，短轴约2.8米，面积约8.5平方米，复原高度为4.5米，有效容积约50立方米。炉料从炉顶装填并以石灰石作熔剂，日产铸铁可达0.5—1吨。在近两千年前，这是很杰出的技术成就了(12—12)。
研究者据遗迹推定，古荥镇1号竖炉应有4个风口，用4个皮橐鼓风。汉代的鼓风豪亦名冶橐或炉橐⑤,其形像见于山东滕县宏道院画像石(12—9),已经王振铎复原⑥。它是一个内部装撑环、两端装挡板的皮囊，前挡板上有进气口，后挡板上的排气口外连接着通向炼炉的风管。橐顶装有活动吊杆。使用时须不断推拉，即《管子•揆度篇》所称之“摇炉橐”。在宏道院画像石上，除有人在橐前压橐鼓风外，还有一人卧在橐下以备将橐推回原位，操作起来是很费力的。
连接鼓风橐和炼炉的陶风管，在古荥镇和铁生沟两处作坊遗址中均大量出土。风管两端粗细不同，其外壁常敷有草拌泥，用以加固和减少漏风，出土时表面多已烧烤成玻璃状。此物在汉代名𤬯。《说文•瓦部》：“𤬯，冶囊榦也。”榦亦作干。《汉书•刘向传》颜注、《后汉书•窦宪传》章怀注并云干与管通，则冶橐之干即冶橐之管，即炼炉上的风管。中国国家博物馆所藏清代陕西出土的陶风管，押印“霸陵过氏𤬯”五字，直接证实了这一点(12—6)。另外，陕西澄城坡头村西汉铸钱遗址曾出铁埵；埵即风管末端的风口(12—8)。《淮南子•本经》：“鼓橐吹埵，以销铜铁。”高注：“埵，铜橐口铁筒，捶入火中吹火也。”不过此埵未装在炼炉上，而是向烘范窑中鼓风用的⑦
汉代炼铁竖炉与现代炼铁高炉在冶炼原理上基本相同，但它在我国的出现比欧洲要早1000多年。竖炉在汉代冶铁遗址中已经常见，河南的新安、鹤壁、巩县、临汝、西平、南召，江苏的徐州、泗洪，北京的清河镇以及新疆民丰、洛浦等地都曾发现其残迹⑧。在《汉书•五行志》中，还记有成帝河平二年(前26年)沛郡铁官炼铁时一次事故的情况，“铁不下，隆隆如雷声，又如鼓音”,结果发生爆炸，“地陷数尺”,炉子炸毁，“一炉中销铁散如流星”。“铁不下”可能是发生了“悬料”事故，而炉子不超过一定高度不致悬料；从而说明这座竖炉具有相当大的规模。
南阳瓦房庄冶铁遗址则属于另一种类型，此作坊设在当时的宛城之内，远离矿区，所以主要是用别处运来的铁锭和废铁作原料，熔化后再铸造器物。这里发现的汉代熔铁炉复原高度约3—4米，炉内径约1.5米(12—11)。根据遗址中出土的大量风管的受热情况，熔炉上应已采用原始的“换热式”预热鼓风装置，甚至有可能利用了熔炉的余热。这里发现的弯头向下的风管，内胎陶质，外敷草拌泥，下侧泥料已烧熔下滴。据测定，烧流温度为1250—1280℃。所以它可能是架设在炉顶上，作为预热管道使用的(12—7)。热风的使用在冶铁史上是一次飞跃，它把炉温提高到一个新水平。如果把这项技术应用到炼铁炉上，更将产生显著的效果。
除此以外，汉代也通过改进鼓风设备的方法以加强风压，提高炉温。《三国志•魏志•韩暨传》中说旧时有马排，“用马百匹”,可见规模已经不小。“暨乃因长流为水排，计其利益，三倍于前。”则水排的效率更为可观。水排在东汉初年已经发明。《后汉书•杜诗传》说：建武七年(31年),南阳太守杜诗“造作水排，铸为农器，用力少而见功多，百姓便之”。章怀注：“冶铸者为排吹炭，令激水以鼓也。”排即韛字之假，亦作𩎻、鞴或㰆，《集韵•去声十六怪》；“韛、𩎻、㰆，吹火韦囊也。或作𩋂。”可见它就是鼓风橐。苏轼《志林》卷四“筒井用水鞴法”条说：“《后汉书》有‘鞴’。”他对水鞴的解释虽有误，但对文字的通假关系是理解的。近来有的学者认为：“‘橐’为鼓风器，‘排’为包括鼓风器在内的整套鼓风装置。”⑨对橐、排作这种区分，似不确。汉代的水排未见实物遗存或图像材料。中国国家博物馆曾提出一种复原的设想，并制成模型(12—14),可资参考。
——————————
①河南省文物考古研究所、三门峡文物工作队：《三门峡虢国墓》第1卷，第559—573页。文物出版社，1999年。
②见本书第10篇注③所揭文。
③韩伟：《秦公大墓发掘记》,《人民画报》1987年第5期。
④何堂坤、林育炼、叶万松、余扶危：《洛阳坩埚附着钢的初步研究》,《自然科学史研究》第4卷第1期，1985年。
⑤《御览》卷九〇五引《淮南子注》。
⑥王振铎：《汉代冶铁鼓风机的复原》,《文物》1959年第5期。
⑦ 陕西省文管会、澄城县文化馆联合发掘队：《陕西坡头村西汉铸钱遗址发掘简报》,《考古》1982年第1期。
⑧ 北京钢铁学院《中国冶金简史》编写小组：《中国冶金简史》第100页。科学出版社，1978年。
⑨《考古学报》1978年第1期，第10页，注②、
13 冶铸Ⅱ
铸铁的热处理，炼钢
铸铁性脆，机械性能差。战国初期发明了经热处理使白口铁中的部分碳化铁成为石墨析出，从而获得韧性铸铁的方法。这种工艺在汉代臻于成熟，其技术水平在世界上遥遥领先，使我国成为最早使用韧性铸铁的国家。
在通过退火改善白口铁的性能时，如继续提高温度，延长时间，当条件适合，就会使白口铁件韧性化。这里有两种情况：一种是在氧化气氛下对铸件进行脱碳处理，即将白口铁在较高温度下于氧化填料中长时间退火(900℃左右，3—5天),从而得到白心韧性铸铁。它的基体为珠光体，其中的石墨一般呈团絮状，因此减少了对基体的切割作用，具有较高的硬度和强度，但延伸率较小。河南南阳瓦房庄出土的西汉铁臿、铁凿等，就是这种材质。另一种是在中性或弱氧化性气氛中，对铸铁进行石墨化热处理；即将白口铁缓慢加热到870℃,保温后再缓慢冷却，从而得到黑心韧性铸铁。它的基体为铁素体，或铁素体—珠光体，其强度虽不如白心韧性铸铁，但具有耐冲击和韧性好的特点。两相比较，黑心韧性铸铁的性质更优①。自西汉中期以后，黑心韧性铸铁件已在较大的区域内发现，山东枣庄及河南巩县、南阳、渑池等地出土的汉代铁器中均有其例，其中尤以农具为多。而且有迹象表明，韧性铸铁件是整批地在窑中退火的。巩县铁生沟出土的汉代地坑式加热炉，经研究证明是一座退火窑。此窑的窑壁分内外两层，两层之间留有8厘米的空膛(底部亦如此)从而使温度分布均匀，提高了热效率。根据周壁烧色测定，炉内温度近900℃,正是脱碳退火的温度范围。此窑的容积约为1立方米，若进行铁铲的退火，每窑可容2000件左右(13—1、2)。脱碳一炉约需3天，生产效率是高的②。优质农具的批量生产，是汉代农业获得巨大发展的重要因素之一。这种工艺在古文献中虽未见正面的记述，但如《盐铁论•水旱篇》所称：“铁不销炼，坚柔不和。”似即就此而发。
此外，有些铸铁件在石墨化热处理中，生成了团块状以至球状的石墨，从而使它们的强度更为增加，机械性能更为改善。现代称这类铸铁为球墨铸铁，甚至部分地用它代替铸钢。汉代冶铁工匠已能制得有典型球状石墨的优质铸铁，如巩县铁生沟冶铁遗址出土的临5号西汉铁䦆，经检验，其中有发育良好的球状石墨。它的球化率相当于现行球墨铸铁国家标准的一等A级，为规整的等轴多边形，具有贝状结构和年轮组织，与现代镁球铁及各种稀土球铁中的石墨的结构是一致的③(13—6)。而现代球铁于1947年才研制成功，所以两千年前的汉代球铁的发现，曾使世界冶金史学界感到震惊和意外。其实这一杰出成就的取得，是和我国自战国以来长足发展的钢铁热处理技术分不开的。研究者已经证实，这些铸件中的球墨是在高温退火中形成的。所以它应当被称为球墨韧性铸铁，仍然是汉代韧性铸铁家族中的一员。通过对古代铁器的普查表明，古代韧性铸铁中出现球墨的比率只有1.5%左右，所以在汉代它还不是一种成熟的工艺，而只是在生产韧性铸铁时的意外收获。
铸铁韧化技术的发展，并导致了铸铁脱碳钢的发明。上面提到的白心韧性铸铁，就是通过脱碳制得的。如果脱碳较完全，全部消除白口组织，基体成为钢，就是铸铁脱碳钢。郑州东史马出土的东汉铁簧剪，保存较好，至今仍具弹性。从器形看，它似是锻件。经金相检验，它的整个断面都是含碳量为1%的碳钢，但在断面较厚的部分，却发现有微小的石墨析出(13—5),证明它是将白口铁坏脱碳成钢后，再开磨出刃，加热弯曲而成的④。
铸铁脱碳技术再向前发展一步，遂直接在高温下炒炼生铁料，使之氧化脱碳，成为熟铁或钢。这样就脱离了铸铁热处理的范畴，转变为生铁炒钢的新技术。它的出现，被誉为继发明铸铁后我国冶铁史上的又一里程碑。炒钢时，先将生铁料在空气中加热至半熔融状，再不断吹风搅拌，使铁料中的碳氧化。通过对温度和搅拌过程的控制，就可以制得所要求的熟铁料或钢料。巩县铁生沟和南阳瓦房庄都发现了汉代用于炒钢的缶式炉(13—3)。徐州狮子山楚王墓出土的铁器中有5件炒钢制品，证明西汉前期我国已发明了这种技术⑤。南阳东郊出土的一件东汉铁刀，经检验，也是以炒钢为原料再经锻打而成(13—7)。
以铸铁制钢的关键是脱碳，而以块炼铁制钢的关键则是渗碳。春秋、战国时的钢剑，就是用块炼铁锻打渗碳而成的。满城西汉刘胜墓所出钢剑(刘胜佩剑),原料与前代相同，只是锻打的次数增多，使碳的扩散更为充分。这种技术至东汉时又有所发展。江苏徐州驼龙山出土的钢剑，有错金铭文：“建初二年(77年)蜀郡西工官王情造五十湅□□□孙剑□。”山东苍山卞庄出土的环首钢刀，也有错金铭文：“永初六年(112年)五月丙午造卅湅大刀，吉羊，宜子孙。”对这两件兵器分析鉴定的结果表明，它们不是用块炼铁作原料，而是用炒钢作原料；徐州钢剑还是用含碳量不同的原料组合在一起，再经多次加热叠打而成(13—4)。在它们的断面上都观察到分层现象，苍山钢刀约30层，徐州钢剑约60层，与铭文中的湅数基本一致⑥。因此湅数可能是指叠打后的层数。反复加热锻打，会使钢的组织致密、成分均匀，夹杂物减少、细化，从而使质量有所提高。但在锻打的过程中，锻件的含碳量会不断发生变化，须由匠师适当掌握。所以湅数与钢的质量并不是简单的正比关系。并由于原料的改变，这时的关键问题已不在于渗碳或脱碳，而主要是使成品整体纯净，各部位均保持合理的含碳量；实际上是一种匀碳制钢法。其所采用的折叠锻打工艺，亦即铭文中所称之“湅”。此“湅”字应是“潄”字之假。《说文•支部》：“潄，辟漱铁也。”《文选•七命》：“万辟千灌。”李注：“辟谓叠之。”朱骏声在《说文通训定声》中说漱是“取精铁折叠锻之”,正是此义。不过汉代铜器的铭文中也常记有湅数，然而其字当是炼、鐮之假。汉《冀州从事郭君碑》“服职锻湅”(《隶续》卷一九),可证。《说文•火部》：炼，铄治金也。”义为熔炼。因知钢件与铜器的铭文中虽然都称自己经过多少“湅”,却分别指“潄”(折叠锻打)和“炼”(熔融精炼)这两种不同的工艺。故汉代锻成的这种钢应名“辟炼钢”；唯研究者多称之为“百炼钢”。“百炼”初见于曹操的《内戒令》(《御览》卷三四五引)。其所谓百炼，有类《太平经》卷七二“万锻之乃成莫邪”之万锻，系泛指加工精熟，并不包含准确的数量概念，与上述“卅湅”、“五十湅”之具有工艺规格上的一定含义者不同。《论衡•率性篇》说“山中恒铁”只要经过良工“炼一数至”,就能“成为铦利”；与“万锻”、“百炼”的数字差得很远。国内发现的汉代刀剑铭文中亦无称百炼者。至于日本天理市栎本町东大寺山北高冢出土的“中平”刀，铭文中虽自称是“百湅清刚”,但此铭字体稚拙，与习见之汉代金文迥不相侔⑦。这把刀很可能出自东渡的中国工匠之手。其所称“百湅”,似犹太平元年镜铭之“百湅正铜”,宝鼎元年镜铭之“百湅清铜”；试与黄龙元年镜铭之“三湅”、黄初三年镜铭之“五柬(湅)”相较，则前二例造语之夸张，便不难一目了然(以上镜铭均见梅原末治《汉三国六朝纪年铭镜图说》)。钢的锻打与铜的精炼在工艺上虽有区别，但同样可以附和使用者的喜好而借用“百湅”一词。故这种锻钢法不宜用固定的数量词加以限制；称为“辟炼”,着重突出其工艺特点，似乎更符合实际情况。
——————————
①华觉明：《汉魏高强度铸铁的探讨》,《自然科学史研究》第1卷第1期，1982年。
②赵青云、李京华、韩汝玢、丘亮辉、柯俊：《巩县铁生沟汉代冶铸遗址再探讨》,《考古学报》1985年第2期。
③李众：《中国封建社会前期钢铁冶炼技术发展的探讨》,《考古学报》1975年第2期。李蜀庆等：《关于汉代铁器中球状石墨的基体组织成因的研究》,《重庆大学学报》1983年第1期。关洪野、华觉明：《汉魏铸铁中球状石墨形貌及组织的研究》,载《中国冶铸史论集》,文物出版社，1986年。
④ 韩汝玢、于晓兴：《郑州东史马东汉剪刀与铸铁脱碳钢》,《中原文物》特刊，1983年。
⑤北京科技大学冶金与材料史研究所、徐州汉兵马俑博物馆：《徐州狮子山西汉楚王陵出土铁器的实验研究》,《文物》1999年第7期。
⑥ 苍山刀的分析鉴定见注③1,徐州剑的分析鉴定见韩汝玢、柯俊：《中国古代的百炼钢》,《自然科学史研究》第3卷第4期，1984年。
⑦梅原末治：《奈良县栎本东大寺山古坟出土の汉中平纪年の铁刀》,《考古学杂志》第48卷第2号，1962年。
14 冶铸Ⅲ
铸 造
最早的铜器是用冷锻法直接锻打成形，或在单面石型板上锻成。继而发明了双面的石范和泥范。商代已大量使用泥范进行铸造。为了提高范的强度，泥范制成后还要烘烧，所以也称为陶范。
先秦时，用陶范铸造铜器的工艺已达到很高的水平。这时制范选料已相当讲究，泥料已有面料、背料和芯料的区别。分范合铸的形式已多种多样。合金的配比、浇口的安排、芯撑的使用、铸型的预热、铸后的增硬、铸件的表面处理等方面，都形成了一套比较成熟的技术。此外，如金属范铸造法、叠铸法和失蜡法也都出现了。这时不仅能铸造复杂、精致、多层纹饰的铸件，而且能铸造大型的薄壁铸件。这些工艺成就为汉代的铸造业奠定了基础。
不过，先秦时是以铸造青铜器为主。到了汉代，铁器在生产中的地位已非铜器所能望其项背，漆器和瓷器在日用品中的比重也扶摇直上，社会风俗的好尚产生了很大变化。这时的铜器多为素面，少数高规格的铜器则注重鎏金和镶嵌。铸造工艺的重点已转移到铸铁工具、农具、车马具以及铸钱等方面，相应地发展起一系列为这些项目服务的技术，从而使汉代的铸造工艺具有新的特色。
在陶范铸造方面，这时不仅分工加细，而且面料已用淘洗、沉淀后的瑾泥；背料中掺粗砂与芯料中掺瘠料(麦秸、谷糠等)的比例也更适度。据对古荥镇出土物的观察得知，这时已先将背料制成范块，表面打出夯窝，再将面料涂敷其上，范面抹得十分平整光洁，然后放入中置铸模的模框内压实。取出阴干后，刷上防粘的滑石粉，即可合范。然后在范外糊草拌泥，并入窑预热。汉代的烘范窑已发现不少例(10—1)。对于烘烤所要求的温度，这时已能正确掌握，从而减少了残次品。又由于陶范的冷却缓慢，有利于形成含有片状石墨的灰口铁。这种铁比白口铁的脆性小，其中的片状石墨虽对基体的强度产生不利影响，但同时却又能起到吸震和自润滑的作用。南阳瓦房庄出土之铸铁釜的浇口，经检验为高磷灰口铁，说明当时已知用这种流动性好的铸铁来浇铸薄壁器物。又铁生沟出土的T18：15铁一字形鐅范的范芯及渑池汉魏窖藏中的铁范，经检验亦均为灰口铁。铁范直接承受高温铁水的冲刷和激冷激热的冲击，所以要求具有良好的热稳定性，灰口铁正是如此。铁范如用白口铁制作，在高温铁水的作用下，其中的渗碳体将会分解，从而引起膨胀，使铁范变形。战国时的兴隆铁范多数尚用白口铁铸成；汉代的铁范则大都用灰口铁，说明这时的冶铁匠师对不同类型的铸铁的性能的认识已更加深入①。在古荥镇冶铁遗址中，出土了大量铸造铁范的陶范及其残片，却未发现铸成的铁范，它们可能已作为产品运销外地②。铸造铁范要求有较高的技术，小作坊或难以胜任，故由古荥镇这类大型作坊集中生产，再分散供应小型作坊，这是一种比较经济而有效的协作方式。
以陶范铸铁范的整个程序，在南阳瓦房庄出土的一系列标本中得到清楚的反映(14—1)。铁范不仅可以重复使用，并可以生产出较规整的铸件，减少加工余量，降低成本③。但更重要的是，采用铁范可以使铸件较快地冷却，利于得到白口组织。因为只有白口铁才能经过退火处理变成韧性铸铁，而韧性铸铁则是当时制造农具和手工工具理想的材料。所以，铁范是生产韧性铸铁的工艺流程中的一个环节上之必需的设备；也只有与这时铁器生产的全过程相联系，它的意义才能被充分认识。在世界其他地区还不能生产铸铁的时代中，汉代这一整套铸造法对那些地区说来，是超越了几个技术发展阶段的先进事物。
