作者:韩天琪 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2015/4/23 21:55:49
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辽代“首钢”出土记

 

■本报记者 韩天琪

近日,北京市延庆县大庄科乡辽代矿冶遗址群入选“2014年度全国十大考古新发现”。这是继金中都水关遗址入选1990年度中国十大考古新发现后,时隔25年,北京再次有考古项目入选年度十大考古新发现,这使该遗址群再次成为大众关注的热点。人们不禁好奇:这处辽代矿冶遗址群是怎样被发现的?遗址中有哪些考古新发现?

辽代“首钢”重见天日

中国科学院自然科学史研究所博士后黄兴从最初挖掘到后期研究全程参与了该遗址的考古工作。黄兴告诉《中国科学报》记者,大庄科辽代矿冶遗址的发现其实是十分“意外”的。

2006年9月的一天,延庆县文化委员会的工作人员听当地的村支书说,自己家里盖房子时曾发现过一座“窑”。这座“窑”有2米多高,已经残破了。于是,文委的工作人员在当地进行了考察,发现了七八座同样的“窑”。但没有人知道这些“窑”的用途。

之后工作人员查阅了大量资料,因为大庄科有明代长城遗址,便据此推测这些“窑”可能是为修长城而锻造铁器的高炉。于是在《北京日报》上发表了《延庆发现8座明代冶铁高炉遗址》一文,引起了业内专家的广泛关注。

北京科技大学与北京大学的考古专家相继到这一区域进行考察,成果颇丰,在大庄科乡其他地区又发现了不少冶铁遗迹和矿产遗迹,并且认定该遗址是燕山地区规模较大、保存最为完整的辽代冶铁遗址。至此,大庄科的古代矿冶群揭开了神秘的面纱。

黄兴告诉《中国科学报》记者:“北京在辽代以后的大部分时间里是中国的首都,但除了皇家建筑外,目前还没有发现与其首都地位相称的其他产业或居住区的大规模遗址。该辽代矿冶遗址是目前全国范围内发现的矿冶遗址中规模最大、保存状况相对来说也是最完好的。”

辽代设“五京”,北京是其中之一的“南京”。大庄科矿冶遗址群的所在区域,历史上是宋辽战场的前沿地带。这些遗址既可能生产兵器等军用产品,也可能生产生活用具。遗址群表明,宋辽时期冶铁技术已经从中原传到了边远地区,所以这项发现必将深化冶铁技术交流与传播的研究。

我们可以想象一下,900多年前,在辽代的大庄科地区高炉林立,工匠们有条不紊地完成一道道工序,冶炼出一炉炉铁水,铸造出一批批工具,运往全国各地。其地位一点也不亚于今天的首都钢铁公司。

先进的工艺

考古人员在冶铁炉的地层中,发现了大量辽代瓷片,以及“开元通宝”、“至道元宝”“景德元宝”“祥符元宝”等唐宋时期的钱币,又对冶铁遗物做了碳14测年,两者结合,判断出这些冶铁高炉的年代距今已有900年~1000年历史。

北京市文物研究所刘乃涛是该遗址考古发掘工作的领队,他告诉《中国科学报》记者:“辽代矿冶遗址是目前国内已经发现的冶炼遗址中规模最大、冶炼炉数量最多,保存最完整的遗址。”

在遗址中,有全国范围内目前发现的唯一具有完整圆周结构的炉子,其他遗址发现的冶铁炉有的只剩下一半,有的甚至只有炉基。从研究角度来讲,这种保存相对完好的遗址对研究当时的炉形、冶金技术及复原都有相当大的价值,提供了学术价值很高的原始资料。

辽代矿冶遗址目前发现的冶炼遗址中有炒钢炉,但后期加工技术的设备尚未发现。

“与其同时代的宋朝已普遍使用‘灌钢法’,这在《梦溪笔谈》中有详细的记载。”黄兴向《中国科学报》记者介绍道。

要衡量一种冶炼技术在当时的社会条件下是否先进,考虑的因素有产量、能效、产品质量等。由于在遗址现场并未发现冶炼好的成品,考古团队只能从产量和能效两方面来推测辽代矿冶遗址达到的技术水平。

“从冶铁炉的炉门大小、数量可以推测出其产量的大小,从冶炼技术可以推测出当时的吨铁能耗等。”黄兴说,辽代矿冶遗址在当时的冶炼技术上应该属于一流中等的水平,“当时的冶炼技术以中原的宋朝最为先进,目前在河南、河北南部、山东西部发现的遗址中炉址数量非常多,而且炉形非常具有创新性,引领了当时冶铁技术的发展方向。”

使用“生铁制钢技术”

从考古研究中可以推测出当时使用的是“生铁制钢技术”。黄兴介绍,“生铁制钢技术”是中国古代非常了不起的发明,直到现在我们采用的还是两步炼钢法。先在钢炉中将矿石还原为液态铁,冷固之后再加热“炒碳”,将生铁“炒”成钢或熟铁。中国古代有两种炒钢工艺,在辽代矿冶遗址中发现这两种炒钢工艺都存在。一种方法是比较先进的,在高炉旁直接炒炼,炒钢渣重新扔回炉中冶炼,这样不用提高温度重新加热熔化,而且损耗也比较小;另一种方法是将生铁运到其他地方集中炒炼。

黄兴介绍,在辽代矿冶遗址发现之前,一是没有完整的遗址可供研究,二是炉中高温、高压、腐蚀性强的状态没有办法直接观察,而古代的冶铁技术条件与现代完全不一样,考古研究者对鼓风、木炭等等的作用机制不是很清楚。遗址的发现为研究人员提供了很好的实物证据。在研究过程中,考古团队采用了计算流体力学来模拟炉中的环境,另外值得一提的是“冶铁模拟实验”,“我们重新复建了遗址中的冶铁炉,模拟当时的生产过程,真实地‘炼了一把铁’。”黄兴笑着说,“通过这两种方法,我们对古代的冶铁工艺有了非常深入的认识。”

“目前我们在现场已经挖掘出了冶铁厂和居住地遗址,下一步计划对遗址旁河流周围进行挖掘,考察当时的冶炼技术如何利用水利,在目前已挖掘遗址的北边还有一些冶铁炉,这也是下一步的考古挖掘对象。”黄兴说。

 

 
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