龍泉寶劍古法煉鐵爐的復原試驗

胡小軍

劍作為一種兵器，在我國的古代戰爭中曾經發揮了十分重要的作用。但是，隨著人們文明的進步和戰爭方式的改變，其逐步退出了戰場，轉入到宮廷和民間廣泛使用，并且在中國傳統文化的熏陶和影響下逐漸確立了獨具自身特色的價值與意蘊。經過漫長的發展和演變，劍文化也已經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、等級和外交等方面的性質和象征。時至今日，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力、身份和地位的標志性符號，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，是鋼鐵最早運用到武器的代表。它始制于春秋晚期，距今2600多年。據《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。”龍泉原名龍淵，因劍得名，現在很多游客到龍泉，在當地摸一摸寶劍稱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著復原祖先完整鑄劍技藝流程的重大責任。當然，這個責任不是社會強加在我們身上的，而是作為鑄劍之道傳承人的內心熱忱。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——復原龍泉豎爐冶鐵，并取得了一定的成果，引起了社會各界的廣泛關注和鼓勵，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原試驗進行相關論述。

鐵是人類社會用途最廣、用量最多的金屬之一，其制造技術和產量是一個社會物質文明發展水平的重要標志。我國最早發明的生鐵冶煉技術，可以高效、大規模地獲得鐵制品，是古代文明最重要的發明之一。根據目前的考古發現可知，我國至遲在公元前6世紀就開始采用豎爐冶煉生鐵，到公元1世紀左右形成了以生鐵為基礎的制鋼技術體系，為中華文明的繁榮與延續提供了堅實的物質基礎。豎爐冶鐵是一項復雜的工藝，具有豐富的技術內涵、較高的工藝要求和嚴密的管理機制，具備了工業化生產的雛形。現當代學者主要從鐵器和爐渣等冶煉遺物的角度對古代冶鐵技術進行研究，對冶煉過程、工藝及技術特征等問題有了一定的認知，但對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，龍泉劍村刀劍研究院聯合北京科技大學冶金與材料史研究所合作，先后調查發掘了30余處古代冶鐵遺址，獲得了關于古代豎爐爐型、冶煉遺跡現象的豐富資料，開展了爐型復原研究，對冶鐵爐的類型和演變有了基本認識。在此基礎上還對豎爐冶鐵進行復原，并開展冶鐵模擬實驗，即從實證的角度對各種遺跡現象解讀出的技術特征開展研究，這無疑具有重要的意義。

2019年春，龍泉劍村刀劍研究院與北京科技大學冶金與材料史研究所攜手在龍泉劍村進行了古代冶鐵豎爐的復原和模擬試驗。該項目以北京延慶水泉溝遼代冶鐵遺址3號爐為原型，參照同時代其他冶鐵爐遺址進行爐型復原，選用砂巖、頁巖及黏土石英砂構筑爐體，專門燒制符合冶煉需求的木炭，同時在龍泉甌江采集符合古代冶煉品位需求的鐵砂，并設計鼓風系統進行冶煉，制定上料、裝料、送風等方案。試驗中還使用熱電偶、紅外熱成像儀、熱線式風速計、壓力變送器、無紙記錄儀等多種現代技術手段，對冶煉過程進行全程監測并收集數據。冶煉結束后，對爐體解剖，作圖像文字記錄，并取樣分析。復原試驗獲得了大量的豎爐冶煉數據，為開展下一步研究奠定了良好的基礎。

一、試驗設計

該試驗設計遵循以下基本原則：

第一，按照考古發現設計冶鐵試驗內容，即使某些技術環節不夠合理、先進，也以考古發現為標準。

第二，在實際的冶煉操作中，盡可能依照古代條件執行。遇有特殊情況可能對試驗造成重大影響時，則利用現代技術方法扭轉爐況，待好轉后，再恢復到古代條件狀態下進行冶煉。

該試驗使用石英巖及黏土石英砂構筑爐體建立了古代爐型，采購高品質木炭，并在當地購置了符合古代冶煉品位的赤鐵礦，設計了鼓風系統進行冶煉。我們與多位經驗豐富的師傅共同制定了上料、鼓風方案。

試驗使用熱電偶、紅外熱成像儀、熱線式風速計、無紙記錄儀、紅外測溫槍等多種現代技術手段對冶煉過程進行全程監測，自動記錄與人工記錄同時收集數據。

冶煉結束后，對爐體進行解剖，進行圖像文字記錄，并取樣分析。

二、試驗數據

1.出渣出鐵狀況（圖1）

冶煉開始鼓風后約5小時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，平均每兩小時開鐵、渣口1次，每隔2個小時開一次口。

2.鼓風監測數據

此次試驗若使用木扇鼓風，需4個人同時驅動，1晝夜3個班次，共計12人，成本非常高。對此，該試驗使用了三相電力離心式中壓風機鼓風，設計風壓為2000±500Pa、風量為9±5 m3/min，通過調節進風口和放壓閥將鼓風性能參數控制在古代木扇性能參數范圍內。

為了實時監測和記錄鼓風性能，在連接風機與爐體風道之間的鋼管上安裝了熱線式風速計，自動測量、記錄風速與風量。

此次試驗測量記錄風量、風速（表1、表2）、風溫等鼓風參數。其中風量利用手動方式共記錄了2組，重點關注夜間出渣鐵過程中強化鼓風的數據。

正常冶煉情況下，風壓數據主體部分保持在1000Pa—2000Pa 之間，風量基本保持在6m3—8m3/min。由于風機連接處、風嘴處存在漏風情況，管道風量損失約30%，即入爐風量約4.2m3—5.6m3/min，單位爐容風量約4.2m3—5.6m3/min，冶煉強度較高。

3. 溫度檢測數據

試驗分為溫度測量和鼓風系統測量兩大部分。第一部分采用S型、K型熱電偶來測量煉鐵爐底部及內部的溫度變化（圖2）。

對檢測設備誤差分析結果如下：

S型熱電偶誤差：±0.25%×電偶實測溫度。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，相對誤差為±1.5℃;375℃以上，相對誤差為±0.4%×電偶實測溫度，上限1300℃。

補償導線誤差分析普通級的允差為±2.5℃，無紙記錄儀誤差分析預設通道進行冷端補償，誤差1%以內。

正常冶煉狀態下，各層熱電偶（自下向上）采集的爐壁溫度數據，見表3、表4。

三、結果分析及討論

爐體解剖結果如圖3。

整體來看，本次模擬試驗在設計、建爐、選料和冶煉等各個環節都盡了最大的努力，按古代條件進行，最大程度地模擬了古代豎爐冶鐵過程。

冶鐵豎爐正常運行時，渣鐵口能夠正常打開，有一尺多長的火苗有力噴出，液態渣鐵先后流出，爐缸部位經常發出“嗡嗡”的氣流聲，說明爐缸處于活躍狀態，能夠正常工作。這反映出單風口鼓風是可行的，風道角度設計適應了冶煉需求，爐腹角順應了爐內氣流方向，同時起到了匯聚冶鐵渣鐵和保溫的作用。

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

此次模擬試驗比較全面、真實地反映了古代冶鐵爐的冶煉狀況，對宋元豎爐冶鐵技術有了深入認識，基本達到了此次試驗的預期目標。

這次復原試驗是一次有目的地進行學術研究的實驗考古活動，也是一次冶金考古、傳統工藝和現代煉鐵生產多方面合作碰撞的一次非典型實踐活動，值得記錄下來。做出這次冶煉試驗的紀實性報告，旨在通過實證方法揭示中國古代冶鐵技術的內涵，進而展現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，無疑具有劃時代的意義。

（本文的表格數據、配圖由龍泉劍村刀劍研究院提供）