PDF《铸铁与中华文明》

第1页共3页科学导报/2012 年/1 月/30 日/第014 版 科学・讲堂 铸铁与中华文明 潜伟 铸铁为何被称为新四大发明之一?中国铸铁技术曾在历史上造就了怎样的辉煌?从农业军事生 活到信仰文化艺术,铸铁无处不在其技术如何产生?又如何推动着中国与世界历史的发展?本期讲 堂将给大家解读铸铁与中华文明.

烧陶和青铜器为铸铁打下基础 中国古代的铸铁技术的起源大概可以从以下三个方面来谈. 一个是社会的需求.在中国春秋战国时期,青铜文明已经发展到一定的程度,比如铸造的各 种礼器.而且各种青铜器的铸造(技术成熟后),需要一种新的材质,这时候铸铁就应运而生. 另一方面人口的增加,农业需要大力地发展,在这个背景下,铸铁及其他韧化的铸铁也应运 而生. 从技术方面由以下几个方面来谈:一个是陶的使用,或者是陶窑的技术,其实在中国古代也是 一直比较发达,从新时期石器到青铜时期,各种陶窑,这个温度不断地上升.第二个技术方面的 原因,应该说起来是青铜铸造技术.商周以来的青铜范铸技术一直是非常发达,而这一种技术的 传统,就是说铸造的技术传统,很自然地就延续到一个新的材料(加工技术)上,那就是铸铁的产 生. 再有就是我们在铜的冶炼方面,发现就是内热法的这个冶铜炉也已经产生.比如在这个湖北 铜绿山矿冶遗址当中发现一些,就是所谓内热,其实就是矿石和木炭在一个炉腔里面,进行燃烧 还原直接生产出金属.这也是中国和其他西方国家有所不同的地方. 当然技术方面首先我们需要有对冶铁的或者是对铁这个材料的一个认识,他才会去继续去使 用这个,我们早在商代中期,就对陨铁,对这些就有了一定的认识,直到西周我们还陆续出土有 这个铁韧铜钺等等这样的一些器物. 人类最早使用的天然金属铁是陨铁,主要由铁镍合金组成.在人工冶铁术发明之前,中国人 已懂得利用天然的陨铁来制造工具.目前已发现公元前

14 世纪至公元前

9 世纪的陨铁制品,主 要为铜铁复合器物.这些器物用铁作为工具的刃部,可见当时铁的珍贵与人们对铁和青铜两种金 属材料不同性能的深刻认识. 当然说到技术上最后重要的就是说退火技术的采用,让我们区别于古罗马.我们可以采用退 火,让铸铁变成韧性铸铁,甚至就说铸铁脱碳成钢. 第三个原因恐旧从思想方面,或者说技术思想方面.我们知道在春秋战国,诸子百家有各种 各样的学说学派,人们的思想也是非常的复杂,形成了一系列的新的思想,比如包括一些整体论、 系统论,这些方面的思想其实恰恰在这个铸铁的生产当中是得到了一个应用.这个恐怕有点类似 于今天我们看见的中医. 冶炼生铁或者说铸铁的这个高炉,跟今天这个人体是非常像的,上面得吃这个料是吧,还有 呼气,还得排泄,这个和人体的功能是挺相近的,而恰恰中医的这一套理论,也是在春秋战国时 期基本成形有了这样的一个(体系),所以对于中国的技术体系或者思想体系来说,一直是有了这 么一个这个整体和系统的这样的一些观点. 另外一个在中国技术思想体系当中,有个 和 ,就和平的和. 和 的这样一系列的思想, 其实在铸铁及其后面的铸铁制钢这些技术当中也是得到了一系列的应用. 铸铁对农耕文明产生的影晌 第2页共3页铸铁作为农具的一种材料来说,有以下几个方面的好处. 一个是它性能上的优越,首先铸铁它的硬度高强度大. 再有第二个恐怕是说铸铁的生产效率是比较高.因为我们知道这个块炼铁的技术来说,它是 一个固态炼铁,你就不断地敲打敲打,最后是这个也能成钢成铁.但是块炼铁的生产效率大大地 低于铸铁. 由液态的直接浇铸成形然后加以退火我们就能使用, 这个在中国特别是春秋战国时期, 极大地丰富了这一项工序的使用材料的技术. 所以铸铁这个材料一经使用,在深耕细作为代表的中国北方旱地的农作技术当中一直就延用 下来.最典型的恐怕就是铁犁以及铁犁铧.现代考古出土也有大量的这个文物作为佐证.在战国 中后期各地遗址包括墓地出土的这个农具的数据,我们也做了个比例,就是出土的农具有一些地 方甚至高达 60%以上,占它整个出土铁器的比例.所以能够看出来,在此时期有了一个巨大的发 展,这是从农业这个方面来说. 第二个如果要谈到中华文明,或者说中华帝国的这样的发展,恐怕离不开的一个是军事方面 的这个问题. 在铁器或者说是钢的兵器使用之前,青铜兵器是占有主导地位.现在有一种传说,说秦始皇 打败六国,因为在战国后期大量的铁兵器的使用能够战胜,取得统一中国的这样的伟业.但是我 们从考古的证据上来看,在泰国以及秦朝出土的铁兵器和铜兵器的比例来看,铜兵器是占有绝大 部分,而铁兵器在此时还没有占到主导地位. 到汉代西汉早中期,铁兵器在中原地区是占有主导地位,但在边疆地区,比如我们比较关心 的内蒙,它的铁的兵器比例不如我们中原的高.这也恰恰印证了就是汉朝打匈奴的时候,使用铁 兵器发挥着巨大优势作用. 为什么铁兵器它比铜兵器要好使,最重要的是就是铸铁它脱碳制成钢之后,具有的延展性, 使得铁兵器能加工成比铜兵器要更长的尺寸.我们知道兵器的优劣,长短是非常重要的.再者我 们知道铁的密度和铜的密度比较的话,铁的密度比铜的密度要低,同样尺寸的铁兵器,拿起来比 铜兵器要轻便,便于士兵的携带.所以在史书上有记载,一个汉兵可以以一敌三对付匈奴兵.这 是在军事上由于有了先进的铸铁以及铸铁脱碳制钢这样一系列的技术,我们能够战胜这个匈奴 兵,稳固住中原地区或者是汉民族的这个领土,造就了中华帝国一个长期的稳定的发展. 铸铁技术难向民间开放 在整个中国封建社会里头一直是历朝历代,特别是在和北方的少数民族地区和政权关系紧张 的时候,或者和西南的少数民族关系紧张的时候,一定是盐铁专营.就是铁和盐是一定掌控在政 府手里头的,民间是不能私贩私卖的.那么为什么把这两个东西控制住,就是可见这个铁一定是 对于国家安全是非常重要的一个东西. 从汉代以后,最主要的兵器的制作的材料都来自于铁.如果你掌握了制铁技术,或者自己经 营,那是有非常大的风险的.所以历朝历代,往往是在刚开始的时候,它一直专营,像汉代,铁 官有很多处.到比如明代洪武年间,也是先有这个十八个(坑)冶都是铸铁的,随后随着社会经济 发展到一定阶段的时候,这种情况又阻碍了社会或者经济的一个发展,适当的时候它又会放开, 松一下.比如到明代嘉靖年间,我们发现大量的民间铸铁的作坊应运而生.反过来到了清代早期 像康熙、雍正也是加紧控制,到了乾隆晚期或者嘉庆年间又开始放开.所以往往是这样一个循环 反复、循环反复这样的一个过程. 铸铁其实对西方世界的影响也是非常深远的,恐怕就是知名度不如四大发明这个来得这么 高.从考古的证据,现在看起来,中国的铸铁或者铸铁的技术,向西的这个传播这样的一个路径 也在逐渐地清晰起来.比如在新疆克里雅河流域有个圆沙古城,那个地方出土了一批铁器,它的 年代大约是到西汉的早期,经过我们检测都是这个铸铁的.这个恰恰是和《汉书》原来这个《西 域传》里头提到的,以前就是西域这边 不知铸铁器,及汉使亡卒降 ,然后再逐渐地就是知道 铸铁器了. 第3页共3页再到西边一点的中亚,就是乌兹别克斯坦这些地方,大约也是在中世纪时期,铸铁技术传播 到此.目前欧洲最早的铸铁的遗址或者高炉竖炉的这个遗址,年代大约是在公元

13 世纪,在瑞 典.此外在东欧的,像匈牙利,原来还有德国这些地区,也有在

15 世纪之前的这个铸铁的遗址. 一种可能性,这里只是我个人一个初步的一个想法,是否跟蒙古的大军或许有一些关系,到这个 时期恰恰在欧洲出现非常多的铸铁的发展.当然我们还有一些这个重要的技术,我们知道在欧洲 工业革命时期,或者工业革命之前,一个很重要的技术的发明,就是用焦、焦炭来炼铁,但现在 从文献上来看,中国的炼焦和用焦炼铁要比欧洲早,但至于它中间的这个传播的路径,我们还在 探索. 刚才可能更多是从正面上说这个铸铁对中华文明的影响,反过来这个中华文明对铸铁及其后 来的发展也是有很重要的影响.有一个问题刚没太展开,就是关于这个 和 的这个概念,在中 国古代技术体系当中,这个 和 的是一个极端重要的事情,在这个钢铁技术当中呢,也是有这 些发展.原来汉代以前我们是把铸铁或者叫生铁,炒炼成熟铁或者制成钢,这样就完成了它主要 的任务.到了汉代稍晚,主要是在南北朝时期,又有了一个进一步的发展,就是什么呢,把生铁 和熟铁合起来炼,这个史称叫灌钢,这是一项这个中国独立于其它国家发明的这样一个重要的钢 铁技术,而且现在越来越多的证据表明,这种灌钢技术的体系,实际上和后边延续到的西方的大 马士革钢、乌兹钢这一系列,就是坩埚炼钢的体系有一些关联,这其实就是说文化反过来又哺育 了这个技术的进一步的改进. 铸铁影响着衣食住行 第三个方面,谈到文明程度,恐怕是和我们生活息息相关.所谓生活不外乎就是衣、食、住、 行.制作衣服的很多工具、器具用铁制做的,比如缝纫用的针,别小看,我们现在叫钢针,以前 叫铁针, 它要经过多少道工序才能够达到我们比较好的使用效果, 这也需要一个这个高超的技术. 还有熨铁,就大家熨衣服的,这个我们早在唐代这些东西都已经采用了. 说到食,炊具、食具当中,恐怕最有名的就咱们的铁锅.有学者说过,咱们的中华的烹饪技 术这是完全可以称得上一大发明.在烹饪技术当中,其实铁锅的作用非常了不得.明清时期,中 国对南洋等一些地方的贸易最大宗的就是铁锅,当然还有其他的像铁铲子、铁勺甚至咱们的菜刀 如此,都和我们一个悠久的用铁的这样的一个文化是分不开的. 在住,住房、建筑方面,也有很多关键的部位,结构件开始用这个铁制品. 行的方面也可以举出几例.我们都知道的赵州桥是中国古代石拱桥的一个优秀的代表,在赵 州桥(我们)注意到它很多石头、石块之间的连接的部件,其实大量地使用了铸铁,及其铸铁制成 的钢. 在一个中华文明当中,非常突出的和很重要的一个组成部分,就是各种的民间信仰以及这个 宗教的一些传统.从目前的现存的各种大型铁质文物调查的结果来看,和宗教信仰有关的,或者 民间信仰有关的,占的比例非常大.像铁佛,现在好多地名还用铁佛寺,还有铁塔、铁钟,甚至 在寺庙当中还有铁人,以及在一些码头渡桥边的铁牛、铁狮子这些东西.这些铸件,显然不能是 锻打或者是怎么样它就成型,不太容易,铸造的技术一方面满足了对这些材料的这种需求,另一 方面也满足人各种艺术审美的情趣的需要.比如我们看见的在登封中岳庙以及山西晋祠这些铁 人,那基本上都是宋代的,栩栩如生,显然已经是一种高超的艺术品. 总的来说,因为铸铁生产的这种简便易行,而且即铸铁随后制成钢这样的技术的通行,造就 了中华帝国、中华文明延绵不断地发展.更有甚者,也有人说,铸铁技术向西方的传播也推动了 人类文明的发展. 作者名片 潜伟,1972 年生于江西赣州,1993 年、1997 年分别获得北京科技大学钢铁冶金专业学士、 硕士学位,

2001 年获得北京科技大学技术史专业博士学位, 成为我国第一批科学技术史工学博士. 现任北京科技大学冶金与材料史研究所副所长,教授,博士生导师. ................