PDF《“铸铁中国 ”溯源》

第33 卷第1期2017年1月自然辩证法研究Studies in Dialectics of Nature Vol.

33, No.

1 Jan. ,

2017 文章编号:

1000 - 8934( 2017)

01 -

0065 -

06 铸铁中国 溯源 ― ― ―以 最早炼出生铁 为中心 刘培峰

1 , 李延祥

2 ( 1. 南京信息工程大学 科学技术史研究院, 南京 210044;

2. 北京科技大学 科技史与文化遗产研究院, 北京 100083) 收稿日期:

2016 -

10 -

15 基金项目: 南京信息工程大学人才启动经费资助项目 江苏省传统冶铁工艺调查与初步研究 ( 20162033) . 作者简介: 刘培峰( 1978―) , 山西代县人, 南京信息工程大学科学技术史研究院讲师, 主要研究方向: 技术史、 传统工艺研 究;

李延祥( 1962―) , 辽宁铁岭人, 北京科技大学科技史与文化遗产研究院教授, 主要研究方向: 科学技术史、 科技考古. 摘要: 谁最先提出中国 最早炼出生铁 ? 这个观点是怎样完善, 又一步步验证的? 中国为什么能 最早炼出生 铁 ? 通过对百年学术史的回顾, 初步回答以上问题.劳费尔、 丁格兰、 瑞德三位欧美学者最先提出并进行了初步的 验证和分析, 国内学者最终通过对出土文物的科学检测完成了验证, 但是国内外学者对于中国发明生铁的技术原理 和工艺过程还缺乏统一的认识, 对起源的时间和地点也需要进一步的探讨, 随着这些问题的深入研究, 必将促进冶铁 史的发展. 关键词: 生铁;

发明创造;

学术史 中图分类号: N031 文献标识码: A 引言以生铁为本的钢铁冶炼技术是中国古代重要 的科技发明创造之一. 〔1〕 柯俊总结的我国古代问鼎 世界十个重大发明中, 生铁是第四大发明. 〔2〕 华觉 明把 以生铁为本的钢铁技术 列为我国古代二十 四项发明之一. 〔3〕 生铁冶炼之所以能够代表中华民 族在钢铁冶金技术方面的一系列成就, 除了反映古 代科技发展的先进水平, 对中国乃至世界文明有重 要影响外, 最为重要的是这项发明的原创性, 即中 国是世界上最早炼出生铁的国家.比西方约早

18 个世纪, 并以生铁冶铸为基础, 发展出了一整套独 特、 先进的钢铁冶炼和加工工艺, 诸如铁范铸造、 铸 铁柔化术、 炒铁、 灌钢等, 从而创造了辉煌的钢铁文 明, 为战国至近代社会、 经济、 文化发展奠定了技 术、 物质基础. 发现和证明中国是最早炼出生铁的国家是中 国科技史特别是冶金史界的一项最为重要的成果, 也是国内外各个领域的专家、 学者在上百年的时间 里不断探索的结果.由于 生铁 的冶炼是中国古 代钢铁技术方面一系列发明创造的基础, 所以对它 的研究也反映了相关学科的发展历程、 学术脉络和 学科特点, 从这个意义上来说, 回顾和梳理这段历 史, 不仅能够揭示各位科技史家的卓越贡献, 还可 以从历史的角度认识科技史学科理论和方法的来 源以及研究问题的源流、 趋向.

一、 发现 中国最早炼出生铁

1914 年, 由美国著名东方学家劳费尔( Berthold Laufer) 所著的 《中国泥塑》 一书出版, 该书是劳费尔 于1908―1910 年在中国进行考察的研究报告.书 中

第三章为 《汉代防卫盔甲》 , 文中根据外形和装饰 风格判断汉代铁兵器与青铜兵器之间有继承关系, 并发现汉代日用铁工具上有明显的范缝和铭文, 以 及其他铸造的工艺特征, 因此他提出 中国人巧妙 地把铸铜技术应用到了铸铁上, 用砂型铸造, 在新 材料中延续了青铜器的样式 . 〔4〕 劳费尔最早注意 到了我国早期铁器是由生铁铸造而成的.由于他 在国际汉学界的影响力, 后代的许多学者开始关注 这一问题, 并不断验证, 激发和促进了对古代冶铁

5 6 DOI:10.19484/j.cnki.1000-8934.2017.01.012 自然辩证法研究 第33 卷第1期技术的研究.

1924 年北洋政府农商部地质调查所聘请的瑞 典矿冶学家丁格兰( Tegengren,F・R) 用英文写成 了The iron ores and iron industry of China.此书在总 结清末民国时期众多国内外矿冶专家对当时中国 冶铁技术调查资料的基础上, 提出了一些新颖的观 点和看法.如: 如前所述, 没有证据证明中国的冶铁技术早 于很早就进行冶铁的近东诸国.然而, 古代中国一 旦掌握了该技术, 就对其进行了巨大的改进.很惊 人, 当西方在掌握了炼铁技术后

2000 甚至更长一直 进行粗糙的不经济的冶炼, 把矿石直接炼成没有熔 化的海绵铁, 然后再通过锻打加工成所需的形状. 中国好像几乎很快就开发出了一种新的不同的冶 铁方法, 生产含碳量高, 液态的可以用来铸造的铸 铁.事实上, 中国冶铁工匠要比欧洲同行早

1500 年 开发出铸铁生产.这项惊人的发明可能主要依赖 于中国在冶铁出现之前的早已达到几近完美的铜 器砂模铸造, 从前一项冶炼生产中获得的经验自然 被吸收、 改进以适用于新金属. 〔5〕 这是目前所见文献中最早提出 中国最先炼出 生铁 这一概念的, 这一观点在中国古代冶铁史研 究上具有里程碑式的意义.

1925 年, 国内学者也开始注意到了文献中所反 映的我国早期铁器的铸造特征.章太炎从文字记载 中注意到了春秋时期就有铸造铁器的技术, 也认识到 由生铁到钢铁的生产工艺, 而且从行文中看作者是独 立发现这些问题的.但可能是因为作者不了解国外 早期炼铁技术, 认为用生铁加工钢铁是必然的工艺过 程, 因而没有明确提出 中国最早炼出生铁 这一概 念.章太炎的研究代表了当时国内学者的问题趋 向― ― ―关注开始炼铁的时间段, 没有注意冶炼技术.

1934 年, 美国矿冶学家瑞德① 发表了《早期生 铁― ― ―铁器时代的一个阶段》 一文, 专门讨论了生铁 发明的意义和价值.在文中作者否定了两位学者关 于中世纪之前没有生铁的错误说法, 回顾了欧洲早期 偶然可以炼出生铁的记载, 并与中国古代铸铁的记 载、 实物及自己的实地调查相比较, 认为 中国的生铁 早在公元前两世纪, 也可能早于公元前六世纪出 现 . 〔6〕 是国外学者首次专门著文论述中国古代钢铁 技术的特殊性, 并就中国钢铁史上的一些问题提出假 设, 这大大促进了国外学者认识我国古代钢铁技术.

1951 年我国材料学家李恒德写成了《中国历史 上的钢铁冶金技术》 .文中指出 从历史上的记载 来看, 中国在钢铁冶金技术上的发展似乎和欧洲相 反.欧洲人是先用锻的方式来制作, 所以他们早期 的炼铁炉叫做锻炉( Forge) ;

而中国可能是先掌握了 铸的技术, 因此我们历史上的剑是'

铸剑'

, 历史上 提到坑冶时也总是说'

鼓铸'

、 '

冶铸'

. 〔7〕 化学家 朱振和在

1954 年发表的 《中国古代人民怎样用铁》 一文中从 遂赋晋国一鼓铁, 以铸刑鼎 的记载中提 出 中国在纪元前六世纪时炼铁技术已经非常发达 了, 那时的晋国已经用鼓风炉生铁铸造刑鼎 . 〔8〕

1955 年, 著名历史学家杨宽在《试论中国古代冶铁 技术的发明和发展》 中同样利用晋国铸刑鼎的文献 提出中国在春秋时期能够炼出生铁, 是 最早发明 炼铸铁的国家 , 并由此推测中国开始冶铁的时间 更早. 〔9〕 在上文基础上, 杨宽于

1956 年出版了《中 国古代冶铁技术的发明和发展》 , 该书以文献为主 并与当时考古出土铁器相结合证明我国在公元前 六七世纪的春秋时代已经发明了冶铸生铁的技 术. 〔10〕

1956 年, 国际知名中国科技史家李约瑟发表 《中国钢铁技术的发展》 , 通过对古文献的分析, 认 为中国最迟从公元前

4 世纪开始出现铸铁, 并且梳 理了中国钢铁技术的发展概要. 〔11〕 由此 , 中国最早炼出生铁 基本确立, 而且由 于以上各位学者, 尤其是杨宽和李约瑟作品在国内 外的广泛影响力, 这一观点被学界所普遍认可. 劳费尔是从铁质文物上的铸造特征出发发现 中国最早炼出生铁, 丁格兰主要是以对中国传统炼 铁技术的调查为基础作出推测, 瑞德则综合了文 物、 调查和文献记载, 并且把这一发明放到世界冶 金史的大背景下进行讨论, 进一步揭示其意义和价 值.李恒德、 朱振和主要以历史文献和冶炼技术为 依据做推论, 从冶金原理分析中国冶铁起源的特 征;

杨宽则结合了最新的科技考古成果把这一观点 作了更加全面的阐释.

二、 证实 中国最早炼出生铁 要证实中国是最早炼出生铁的国家需要多方 面的证据, 除了文献和传统炼铁技术调查外, 最为 重要的是对文物的科学分析.用现代实验方法检

6 6 ① 在天津大学( 原北洋大学) 校史资料中翻译为 李德 . 铸铁中国 溯源 测古代铁质文物不仅能够从实物的角度验证中国 在生铁冶炼方面的首创性, 还能够把这项发明的年 代确定到一个相对准确的时间段. 在劳费尔

1917 年出版的《中国瓷器开端》 中从 陕西学者袁甘园提供的咸阳马家寨汉墓出土文物 中发现了铸铁炉( 如图 1) , 该炉从类型、 风格方面都 与同时代的铁炉相同, 而且上面还铸有 大吉昌宜 候王 , 因而判定是标准的汉代后期( 公元 25―220 年) 铸铁炉. 〔12〕 这也证明早在汉代中国就能够铸造 出造型优美的炊具. 图1陕西咸阳马家寨汉墓出土铸铁炉 ①目前所见瑞德文章中只提到了检测结果, 并未列出具体数据, 该表引自林宗彩、 周取定所著 《炼铁学》 ( 北京: 商务印书馆, 1952: 37) .

20 世纪初, 国外的专家最先开始利用现代科学 分析方法对中国早期铁器进行检测.加拿大多伦 多安大略考古博物馆收集了许多公元前 206―公元

220 年的中国铸铁器.为了证明这些有明显范缝的 铁器是铸造而成, 他们对其中一些进行了分析和显 微观察 〔6〕 .上文提到的瑞德利用其在北洋大学做 教习的机会进行了田野考察, 并对部分收集到的古 代( 公元 500―1000 年间) 铁器进行了科学分析( 如表1) , 从碳含量来看, 全部是生铁 〔6〕 . 从这两则文献中可知, 在二十世纪初, 国外学 者及研究机构已经开始运用现代科技方法检测中 国古代铁器, 以验证中国最早炼出生铁的观点. 表1古代铸铁成分① 古物 试样 全部 炭量% 结合 炭量% 石墨 炭量% Si% P% S% Mn%

1 3.

35 1.

05 2.

30 2.

42 0.

205 0.

067 0.

13 2 3.

22 0.

96 2.

26 2.

39 0.

17 0.

077 0.

23 3 3.

35 0.

33 3.

02 1.

98 0.

312 0.

063 0.

78 4 3.

96 3.

35 0.

61 0.

09 0.

0231 0.

022 5 3.

84 1.

49 2.

25 0.

08 0.

097 0.

024 0.

02 1960 年华觉明、 杨根与刘恩珠共同完成了《战 国两汉铁器的金相学考查初步报告》 , 通过对十二 件铸件的金相组织分析, 认为我国 至迟在战国已 经能够普遍地冶炼生铁 . 〔13〕

1975 年, 洛阳水泥制 品厂出土的战国早期( 公元前

5 世纪) 铁锛经检测 具有生铁特有的莱氏体组织( 如图 2) , 是当时发现 并经过检验的最早的生铁工具. 〔14〕 图2洛阳水泥厂出土铁锛金相组织, 心部亚共 晶白口铁, 边部全珠光体是脱碳铸铁( * 200)〔15〕

1978 年出版的 《中国冶金简史》 中公布了对江苏 六合程桥东周墓出铁铁丸的检测, 根据其金相组织判 定是白口铁( 如图 3) , 也是当时鉴定过的最早的生 铁. 〔16〕

20 世纪末, 韩汝玢对山西天马曲村晋文化遗址中 发现的铁器进行分析鉴定( 如图 4) , 其中出自遗址第 四层的一件铁器残片, 时代为春秋早期偏晚, 经金相分 析显示是过共晶白口铁, 这是迄今中国发现最早的铸 铁, 说明中国中原地区早在公元前

8 世纪就能进行生 铁冶炼. 〔17〕 图3江苏六合程桥 M1 出土铁丸的铁 锈中残留的白口铁组织( * 100)

7 6 自然辩证法研究 第33 卷第1期图4山西天马 - 曲村残铁片金相组织, 白口铁组织( * 100)

三、 最早炼出生铁 相关问题 技术是发明........