龙泉宝剑古法炼铁炉的复原试验

胡小军

剑作为一种兵器，在我国的古代战争中曾经发挥了十分重要的作用。但是，随着人们文明的进步和战争方式的改变，其逐步退出了战场，转入到宫廷和民间广泛使用，并且在中国传统文化的熏陶和影响下逐渐确立了独具自身特色的价值与意蕴。经过漫长的发展和演变，剑文化也已经成为华夏文明的重要组成部分。

概括地说，剑文化的形成主要受到儒家文化、道家文化和墨家文化的综合影响，也正因如此，剑文化被赋予了军事、宗教、等级和外交等方面的性质和象征。时至今日，剑依然深受广大民众的崇拜和喜爱，它也不再是单纯的武器了，而是被赋予了刚正不阿与正气磅礴的伦理色彩与道德范式，在历史长河中往往成为权力、身份和地位的标志性符号，更拥有了浪漫侠义的彰显、精益求精的典范、正义之气的化身等文化内涵。

而在中国的宝剑序列中，龙泉宝剑无疑是一类很特殊的存在，其历史悠久、驰名中外，是钢铁最早运用到武器的代表。它始制于春秋晚期，距今2600多年。据《越绝书》记载：“欧冶子、干将凿茨山、泄其溪、取铁英，作为铁剑三枚，一曰龙渊，二曰泰阿，三曰工布。”龙泉原名龙渊，因剑得名，现在很多游客到龙泉，在当地摸一摸宝剑称得上是旅行的必备了。

作为一名传承古法铸剑技艺的铸剑师，笔者和其他同道的肩上背负着复原祖先完整铸剑技艺流程的重大责任。当然，这个责任不是社会强加在我们身上的，而是作为铸剑之道传承人的内心热忱。多年来，我们积极致力于挖掘最核心、最原始的炼铁铸剑技艺——复原龙泉竖炉冶铁，并取得了一定的成果，引起了社会各界的广泛关注和鼓励，让我们更加努力前行。

本文在此就龙泉宝剑古法炼铁炉的复原试验进行相关论述。

铁是人类社会用途最广、用量最多的金属之一，其制造技术和产量是一个社会物质文明发展水平的重要标志。我国最早发明的生铁冶炼技术，可以高效、大规模地获得铁制品，是古代文明最重要的发明之一。根据目前的考古发现可知，我国至迟在公元前6世纪就开始采用竖炉冶炼生铁，到公元1世纪左右形成了以生铁为基础的制钢技术体系，为中华文明的繁荣与延续提供了坚实的物质基础。竖炉冶铁是一项复杂的工艺，具有丰富的技术内涵、较高的工艺要求和严密的管理机制，具备了工业化生产的雏形。现当代学者主要从铁器和炉渣等冶炼遗物的角度对古代冶铁技术进行研究，对冶炼过程、工艺及技术特征等问题有了一定的认知，但对于反映冶铁工艺核心的竖炉冶铁的研究尚有待深入。

近年来，龙泉剑村刀剑研究院联合北京科技大学冶金与材料史研究所合作，先后调查发掘了30余处古代冶铁遗址，获得了关于古代竖炉炉型、冶炼遗迹现象的丰富资料，开展了炉型复原研究，对冶铁炉的类型和演变有了基本认识。在此基础上还对竖炉冶铁进行复原，并开展冶铁模拟实验，即从实证的角度对各种遗迹现象解读出的技术特征开展研究，這无疑具有重要的意义。

2019年春，龙泉剑村刀剑研究院与北京科技大学冶金与材料史研究所携手在龙泉剑村进行了古代冶铁竖炉的复原和模拟试验。该项目以北京延庆水泉沟辽代冶铁遗址3号炉为原型，参照同时代其他冶铁炉遗址进行炉型复原，选用砂岩、页岩及黏土石英砂构筑炉体，专门烧制符合冶炼需求的木炭，同时在龙泉瓯江采集符合古代冶炼品位需求的铁砂，并设计鼓风系统进行冶炼，制定上料、装料、送风等方案。试验中还使用热电偶、红外热成像仪、热线式风速计、压力变送器、无纸记录仪等多种现代技术手段，对冶炼过程进行全程监测并收集数据。冶炼结束后，对炉体解剖，作图像文字记录，并取样分析。复原试验获得了大量的竖炉冶炼数据，为开展下一步研究奠定了良好的基础。

一、试验设计

该试验设计遵循以下基本原则：

第一，按照考古发现设计冶铁试验内容，即使某些技术环节不够合理、先进，也以考古发现为标准。

第二，在实际的冶炼操作中，尽可能依照古代条件执行。遇有特殊情况可能对试验造成重大影响时，则利用现代技术方法扭转炉况，待好转后，再恢复到古代条件状态下进行冶炼。

该试验使用石英岩及黏土石英砂构筑炉体建立了古代炉型，采购高品质木炭，并在当地购置了符合古代冶炼品位的赤铁矿，设计了鼓风系统进行冶炼。我们与多位经验丰富的师傅共同制定了上料、鼓风方案。

试验使用热电偶、红外热成像仪、热线式风速计、无纸记录仪、红外测温枪等多种现代技术手段对冶炼过程进行全程监测，自动记录与人工记录同时收集数据。

冶炼结束后，对炉体进行解剖，进行图像文字记录，并取样分析。

二、试验数据

1.出渣出铁状况（图1）

冶炼开始鼓风后约5小时40分钟开始出冶炼渣。冶炼过程中，共出渣5次，加上3次掏灰，平均每两小时开铁、渣口1次，每隔2个小时开一次口。

2.鼓风监测数据

此次试验若使用木扇鼓风，需4个人同时驱动，1昼夜3个班次，共计12人，成本非常高。对此，该试验使用了三相电力离心式中压风机鼓风，设计风压为2000±500Pa、风量为9±5 m3/min，通过调节进风口和放压阀将鼓风性能参数控制在古代木扇性能参数范围内。

为了实时监测和记录鼓风性能，在连接风机与炉体风道之间的钢管上安装了热线式风速计，自动测量、记录风速与风量。

此次试验测量记录风量、风速（表1、表2）、风温等鼓风参数。其中风量利用手动方式共记录了2组，重点关注夜间出渣铁过程中强化鼓风的数据。

正常冶炼情况下，风压数据主体部分保持在1000Pa—2000Pa 之间，风量基本保持在6m3—8m3/min。由于风机连接处、风嘴处存在漏风情况，管道风量损失约30%，即入炉风量约4.2m3—5.6m3/min，单位炉容风量约4.2m3—5.6m3/min，冶炼强度较高。

3. 温度检测数据

试验分为温度测量和鼓风系统测量两大部分。第一部分采用S型、K型热电偶来测量炼铁炉底部及内部的温度变化（图2）。

对检测设备误差分析结果如下：

S型热电偶误差：±0.25%×电偶实测温度。工作温度：下限为200℃，上限包括长期1400℃、短期1600℃。

K型热电偶误差：375℃以下，相对误差为±1.5℃;375℃以上，相对误差为±0.4%×电偶实测温度，上限1300℃。

补偿导线误差分析普通级的允差为±2.5℃，无纸记录仪误差分析预设通道进行冷端补偿，误差1%以内。

正常冶炼状态下，各层热电偶（自下向上）采集的炉壁温度数据，见表3、表4。

三、结果分析及讨论

炉体解剖结果如图3。

整体来看，本次模拟试验在设计、建炉、选料和冶炼等各个环节都尽了最大的努力，按古代条件进行，最大程度地模拟了古代竖炉冶铁过程。

冶铁竖炉正常运行时，渣铁口能够正常打开，有一尺多长的火苗有力喷出，液态渣铁先后流出，炉缸部位经常发出“嗡嗡”的气流声，说明炉缸处于活跃状态，能够正常工作。这反映出单风口鼓风是可行的，风道角度设计适应了冶炼需求，炉腹角顺应了炉内气流方向，同时起到了汇聚冶铁渣铁和保温的作用。

冶炼过程中也出现了炉料偏行、炉壁侵蚀、木炭粉化等现象，这些都为分析研究竖炉冶铁提供了重要的线索和依据。

此次模拟试验比较全面、真实地反映了古代冶铁炉的冶炼状况，对宋元竖炉冶铁技术有了深入认识，基本达到了此次试验的预期目标。

这次复原试验是一次有目的地进行学术研究的实验考古活动，也是一次冶金考古、传统工艺和现代炼铁生产多方面合作碰撞的一次非典型实践活动，值得记录下来。做出这次冶炼试验的纪实性报告，旨在通过实证方法揭示中国古代冶铁技术的内涵，进而展现中华先民的卓越智慧，完整地展示龙泉宝剑锻造技艺的全流程，无疑具有划时代的意义。

（本文的表格数据、配图由龙泉剑村刀剑研究院提供）