我國冶鑄生鐵技術的起源之早、發展之速，在世界冶金史上占據著獨特而重要的地位。追溯其根源，主要得益于青銅時代的技術積淀和鼓風技術的應用。

　　1、青銅時代的技術積淀

　　殷墟的鑄銅作坊分布廣泛，其中較為重要的有三處：小屯東北地鑄銅遺址、苗圃北地鑄銅遺址和孝民屯。這些作坊的遺跡現象復雜，功能分區明確，涵蓋了從原料加工到成品鑄造的完整流程。

　　小屯東北地鑄銅遺址位于殷墟宮殿宗廟區的東北方向。該遺址的遺跡現象較為復雜，兼之發掘年代久遠，學者們對其鑄銅遺址和基址的年代關系存在爭議。岳占偉等學者傾向于認為該鑄銅作坊的主體(大連坑除外)始建年代和鼎盛時期可能早于殷墟時期，很可能屬于洹北商城時期。隨著宮廟基址的建設和擴大，鑄銅作坊逐漸沒落和消亡。

　　苗圃北地鑄銅遺址位于殷墟的中部偏北區域。苗圃北地鑄銅遺址的考古發掘揭示了當時青銅鑄造的多個環節，包括陶模、陶范的制作、熔爐的設置以及鑄造后的加工處理等。

　　孝民屯鑄銅遺址是殷墟最大的鑄銅遺址之一，經過多次發掘，遺址可分為東、西兩區。西區的鑄銅遺址位于孝民屯村西和村址南部，東區的鑄銅遺址位于村東南。遺址內發現的鑄銅遺存以殷墟三期和四期為主，二期較少，一期闕如。孝民屯鑄銅遺址的使用時間較長，出現于殷墟二期，發展和繁榮于殷墟三、四期，消亡于商周更替之際。

　　東、西區的鑄銅作坊在功能上有所分工，西區的制作工序較為完整，而東區可能存在制范(以制陶為主)和鑄造工序(以金屬工藝為主)的分離。在殷末期，鑄造重心由西區轉移到東區。此外，孝民屯鑄銅遺址出土了大量陶范，數量達7萬余塊，這些陶范的種類豐富，涵蓋了當時常見的青銅器類型。

　　這些鑄銅作坊出土了大量與鑄造相關的工具和設備，出土的熔銅工具包括熔爐及配套的鼓風嘴等。這些熔爐殘片表明，當時的熔爐設計合理，能夠承受高溫并多次使用。例如，苗圃北地和孝民屯鑄銅遺址出土的熔爐殘片表面粘有銅液，且多數有數層襯面，每層襯面均粘有銅液，證明其多次修繕和使用。鑄銅工具則包括各種模范，以禮器范最多。此外，還有用于制范及修飾銅器的銅刀、銅錐、骨錐等器物，當時的工匠不僅掌握了復雜的鑄造技術，還能夠對青銅器進行精細的修飾。

　　考古學家陳夢家通過對安陽出土的泥模和陶范的研究，明確指出殷墟時期的青銅器是通過陶范直接鑄造的。這種鑄造方法需要工匠們制作出精美的泥模，并在泥模上刻鏤花紋，再用泥模制作陶范。陶范的接合通常采用榫卯結構（“子母口”），以確保鑄造過程中各部分的緊密結合。

　　殷墟青銅器的鑄造工藝復雜且精細，主要采用陶范鑄造法。出土的陶范根據外觀可分為兩類：I式范背后有一凸棱作為凸榫，需鑲嵌在背范上拼合使用；Ⅱ式范背后存在多個指窩，便于把持和脫模，邊緣有榫卯用于扣合。此外，殷墟出土的青銅器中，許多器物的表面裝飾有精美的紋飾，這些紋飾的制作需要復雜的工藝和高超的技藝。孝民屯鑄銅遺址出土的陶范中，有部分殘片的原料在原生土內加入了砂粒和蚌粉，甚至加入了植物莖葉，以提高其耐高溫性能。

　　以“婦好銅鸮尊”為例，其鑄造工藝極為復雜。該青銅器高46.3厘米，口徑16.4厘米，重16.7千克。鸮尊的造型為一只站立的貓頭鷹，其頭部和身體部分分別鑄造，再通過鑄接工藝連接在一起。鸮尊的表面裝飾有精美的紋飾，包括羽紋、云紋和雷紋等，這些紋飾不僅增加了器物的美觀性，還具有宗教和象征意義。

（婦好銅鸮尊）

　　殷商時期的青銅器主要以錫青銅和三元青銅(銅、錫、鉛)為主，鉛青銅較少。在殷墟出土的青銅器中，錫含量較高，當時的工匠已經掌握了通過增加錫的比例來提高青銅硬度的技術。此外，殷墟青銅器的成分分析顯示，其合金配比已經相當成熟，能夠根據不同用途調整成分。

　　青銅禮器通常使用高錫青銅，錫含量較高，以增強硬度和光澤。殷墟婦好墓出土的青銅器中，錫含量普遍較高。

　　青銅兵器如青銅戈的成分分析顯示，其銅含量在80%左右，錫含量在10%-20%之間，鉛含量較低。這種配比使得兵器具有較高的硬度和韌性，適合實戰使用。

　　青銅工具如斧斤等工具，銅與錫的比例通常為5：1，即銅占83.33%，錫占16.67%。這種配比的青銅工具具有較高的強度和耐磨性，適合砍伐等重體力勞動。

　　通過對殷墟出土的約200件銅器的化學成分分析，發現當時的工匠對青銅合金配比與機械性能的關系已經有了相當深入的認識，并且對操作有嚴格的控制。這種科學的配比技術使得青銅器的性能能夠滿足不同的使用需求。

　　盡管《考工記》中記載的“六齊”(青銅合金的六種配比)是戰國時期的文獻，但其內容反映了中國古代青銅鑄造技術的標準化趨勢。例如，制造鐘鼎的銅與錫的比例為6：1(銅占85.71%，錫占14.29%)，這種配比的青銅器質堅且有韌性，聲音洪亮。類似的標準化配比在殷商時期已經有所體現，說明當時的工匠已經能夠根據不同的用途選擇合適的合金成分。

　　“后母戊大方鼎”是世界上已發掘的最大的一件青銅器，重達875公斤。從鑄造后母戊大鼎這樣的大型青銅器來看，整個生產過程需要130多人同時施工。包括運土、備料、制模、制范、制芯、合范、焙燒、合金熔煉、鼓風、澆注、清理、打磨等多個環節。這種復雜的生產流程，必須依托于嚴格的組織管理，才能完成各個部門之間的協調。

（后母戊大方鼎）

　　2、鼓風技術的早期應用

　　我國煉鐵技術在煉銅技術的基礎上逐步發展起來的。銅綠山古礦冶遺址位于湖北省大冶市城區西南約3公里，是一處西周至漢代時期的銅礦開采與冶煉遺址，總面積約8平方公里。遺址南北長約2公里，東西寬約1公里，遺留的煉銅爐渣40萬噸以上，占地14萬平方米左右。

　　銅綠山古礦冶遺址的礦井由豎井和巷井(平巷)組成，古代工匠用木材制成的方形框架作為井巷的支護，已能承受巷外的壓力，保證豎井和平巷的暢通，使礦工能在距地表40-50米的深處采掘。并巷框架大多用榫卯法，即在四根方木或原木的兩端砍鑿出長榫或榫孔，相互穿接而成。框架之間用木棍、木板或竹索相接，形成一個整體。

　　排水是通過木質水槽把地下水引導儲水井，或利用專門的排水巷道，用木桶將水經豎井提出地面。通風是利用坑口的高低不同產生的氣壓差而形成的自然風。

　　遺址內已清理出各種采礦井巷數百條，生產、生活用具上千件，還有多種形式的煉銅爐，并發現有春秋時期的煉銅爐8座。已發現的采掘工具包括木鏟、木耙、木槌、銅斧、銅鑄、鐵鋤、鐵鏨、船形木斗和轆轤等。

　　銅綠山已經采用了鼓風豎爐煉銅，冶銅溫度為1200℃左右，并已具備連續加料、連續冶煉，間接排放渣液和銅液的功能。冶銅技術在“氧化礦—銅”工藝基礎上，發明了“硫化礦—冰銅—銅”工藝。通過科學檢測，東周時期爐渣平均含銅量0.7%，接近于現代冶銅排渣標準，粗銅純度高達93%以上，這在當時世界上處于遙遙領先的地位。

　　大冶銅綠山古礦冶遺址出土的三座保存完整的煉銅豎爐，展現出當時煉銅設備的先進性。這些豎爐呈圓錐形，由爐基、爐缸、爐身三部分構成，爐基筑于地下，設有通風溝，爐缸架于其上，內外壁用不同材料夯筑，爐身高度經推算可達1.2-1.5米。爐旁還筑有工作臺，用于加料與放置鼓風設備。同時，熔銅設備既有中型、小型坩堝爐，也有大型熔銅爐。

（煉銅豎爐）

　　我國古代的煉鐵爐，在煉銅豎爐與熔銅堝爐的基礎上發展出高爐(豎爐)與坩堝爐兩種主要形式，用于冶煉鑄鐵。

　　高爐的前身是豎爐，這種爐型在春秋戰國時期已經出現。1987年10月29日至11月7日，河南省文物研究所和西平縣文化局聯合對西平縣出山鎮酒店村的治煉爐進行了搶救性發掘。此次發掘清理出了一座保存較為完整的戰國時期冶鐵豎爐。該豎爐呈橢圓形，爐體高大，爐缸較窄，采用水平鼓風。這種設計有利于提高爐內溫度和燃中燒效率，適合大規模生產生鐵。

　　爐子的上部和下部呈喇叭形，中間為細腰，整體結構堅固耐用。該豎爐使用鼓風設備，通過強力鼓風使爐內溫度達到1400℃以上，能夠將鐵礦石還原并滲碳童形成液態生鐵。爐內使用石灰石、螢石等作為助熔劑，與礦石中的二氧化硅生成液態爐渣，渣和鐵在爐缸中自然分層，再從鐵口放出。

　　成熟的高爐在東漢時期已經出現，其結構包括爐體、鼓風設備和出鐵口等部分。高爐通過分層加入碎鐵礦石與木炭，并鼓風燃燒，使鐵礦石在高溫下還原為液態生鐵。高爐的出現極大地提高了煉鐵效率。其連續供料和連續出鐵的方式，使得煉鐵過程更加自動化和高效。

　　坩堝爐是另一種重要的煉鐵爐型，其發展同樣基于早期的熔銅技術。坩堝最早用于熔銅，其歷史可以追溯到商代。商代的坩堝主要由耐高溫粘土制成，用于熔化銅礦石。坩堝爐采用“內加熱”法，將銅料與木炭一同加入爐中并鼓風燃燒，熱效率較高。

　　在春秋戰國時期，坩堝爐開始用于煉鐵。其原理與熔銅類似，通過分層加入碎鐵礦石章與木炭，并鼓風燃燒，使鐵礦石在高溫下還原為液態生鐵。坩堝爐的靈活性較高，適合小規模生產，能夠根據需要調整爐溫和爐內氣氛。

　　湖南長沙楊家山65號墓出土的鐵鼎表明，當時的工匠已經能夠使用坩堝爐鑄造復雜的鐵器。1976年，湖南省長沙市楊家山65號墓出土了一件春秋晚期的鐵鼎。這件鐵鼎是中國迄今發現的最早的鑄鐵容器之一，鐵鼎為敞口、豎耳、圓腹、平底，有短小的蹄足。殘高6.9厘米，足長1.2厘米。經金相學鑒定，該鐵鼎為白口鑄鐵件。

（湖南長沙楊家山65號墓出土的鐵鼎）

　　無論是高爐還是坩堝爐，鼓風技術都是提高爐溫、促進燃料燃燒的關鍵。

　　皮囊鼓風技術是中國古代冶金技術的重要組成部分，其起源可以追溯到殷商時期。這種鼓風設備通常由整張皮革制成，兩端收緊，中間鼓起，通過人力操作，將空氣壓入冶煉爐中，從而提高爐溫。這種技術的應用，使得青銅器的鑄造成為可能，因為青銅的熔點約為1000攝氏度，沒有鼓風設備，很難達到如此高的溫度。

　　洹北商城的鑄銅遺址是近年來殷墟考古的重要發現之一。考古學家在該遺址發現了6件陶質鼓風嘴，這些鼓風嘴長約5厘米，一端與皮囊連接，用于往窯爐里鼓風輸氧，以使燃料加速燃燒增加爐溫。這些鼓風嘴表面粘有銅渣，它們曾用于鼓風以輔助銅器鑄造。此外，該遺址還發現了熔銅坩堝殘片、銅器碎片及打磨銅器的圓形礪石等重要遺物。

（洹北商城鑄銅遺址陶質鼓風嘴）

　　隨著冶鐵技術的發展，特別是鑄鐵技術的發明，對爐溫的要求顯著提高。鑄鐵的生產需要更高的溫度，以使鐵礦石充分熔化并形成液態鐵。傳統的鼓風設備主要由皮囊(橐)和鼓風管(籥)組成，這種設備雖然能夠提供一定的風量，但存在明顯的局限性。

　　首先，皮囊鼓風的風量有限，且風壓較低，難以滿足大型煉爐的需求。其次，傳統鼓風設備的效率較低，需要大量人力操作，如《吳越春秋》記載，吳王闔間鑄造“干將”“莫邪”兩把寶劍時，曾使用“童男童女三百人鼓橐裝炭”，當時煉爐上使用的橐數量眾多，且需要大量人力操作。

　　為了滿足更高的爐溫需求，春秋戰國時期的鼓風技術進行了多項改進。《老子·道經》記載：天地之間，其猶橐（tuó）龠（yuè）乎，虛而不屈，動而愈出。這是目前所見關于“橐龠”的最早記載。橐是用牛皮制成的大袋，兩端收緊，中間鼓起。

　　《墨子·備穴》記載：具爐橐，橐以牛皮。爐有兩瓿，以橋鼓之。百十每，其重四十斤，然炭杜之。滿爐而蓋之，毋令氣出。當時的鼓風設備采用了兩個皮囊交替鼓風，通過牛皮制成的風箱(橐龠)和杠桿(橋)的作用，提高了鼓風的連續性和效率。此外，《管子·揆度》中提到：搖爐橐，而立黃金也。當時的冶煉金屬已經普遍使用皮橐鼓風，通過風通過皮橐小孔上安裝的“籥管”壓入冶鐵爐，使燃料燒得更旺，從而提高爐溫。

　　3、漢代冶鑄生鐵技術的普及

　　從現有資料來看，戰國時期冶鐵遺址的大規模系統發掘尚不充分，但大量出土的生鐵鑄件足以證明，當時生鐵已成為冶鐵業的主流產品。據文獻記載，戰國、秦、漢時期，冶鐵業已普遍采用鼓風冶鐵爐冶鑄生鐵。《史記·貨殖列傳》中記載的卓氏、孔氏等大商人，憑借冶鐵技術積累了巨額財富。

　　卓氏的祖先本是趙國人，當秦攻破趙國時，卓氏被遷到了臨邛，在臨邛“即鐵山鼓鑄”，富到有僮(奴隸)一千人。卓氏利用當地的鐵礦資源，通過鼓風冶鐵技術，大規模生產鐵器，積累了巨額財富。孔氏的祖先原是魏國人，當秦征伐魏國時，孔氏被遷到了宛，因在那里“大鼓鑄”，富到有幾千金的家產。

　　漢代歷史文獻中，提及冶鐵多稱“冶鑄”或“鼓鑄”。例如，《漢書·張湯傳》中提到趙國以冶鑄為業。《漢書·徐偃傳》記載徐偃矯制鼓鑄鹽鐵。漢武帝元狩四年(公元前119年)，西漢政府將鹽鐵業收歸官府經營。次年，任用大商人東郭咸陽與孔僅管理鹽鐵業。東郭咸陽和孔僅奏請漢武帝在法律上規定：“敢私鑄鐵器、鬻鹽者欽左趾，沒入其器物。這一法律條文的制定，從側面反映出當時鐵器主要由生鐵鑄造而成。

　　漢昭帝始元六年(公元前81年)，西漢政府召集了天下的開明紳士所謂“賢良”和讀儒家書的所謂“文學六十多人來到京師，和御史大夫桑弘羊辯論鹽鐵和酒的官營政策。桑弘羊提到官府里有“卒徒作鑄鐵器”。他還提到過去豪強大家“采鐵石鼓鑄，煮海為鹽”。此外，桑弘羊還提到由官府“鑄農具”，可使人專心本業，不經營未業。而賢良們則認為官府“鼓鑄鐵器”，大都是大器，不適合民用)。從這些辯論中，也可以清楚地看到當時鐵器主要用生鐵鑄造。

（鹽鐵論）

　　東漢時期，生鐵與熟鐵的名稱與應用已見諸文獻。這些文獻記載不僅反映了當時冶鐵技術的發展水平，還揭示了生鐵與熟鐵在社會生活中的廣泛應用。

　　東漢時期，生鐵的名稱已經明確。《淮南子·修務篇》中提到“苗山之鋌，羊頭之銷”，東漢許慎注解“銷”為生鐵。這也就意味著生鐵在東漢時期已經廣泛應用于鑄造和工具制作。生鐵不僅用于鑄造，還被用于藥用。《神農本草經》將生鐵列入藥用材料，記載其性寒及主治功效。

　　最古老的醫書《素問》中，也提及用生鐵落治療“陽厥”病”，這進一步證明了生鐵在東漢時期的藥用價值。東漢時期，熟鐵的名稱也已明確。許慎在《說文解字》中解釋“鎩”為鐵之滅，即軟鐵，也就是熟鐵。

　　東漢時期，炒鋼技術的出現標志著煉鋼技術進入了一個新的階段。炒鋼技術是一種將生鐵加熱后進行炒煉的工藝，通過將生鐵加熱至半熔融狀態，溫度約為1200攝氏度。在半熔融狀態下，通過不斷攪拌，增加氧氣與鐵的接觸面積，使鐵中的碳氧化。隨著溫度升高，鐵中的碳含量逐漸降低。通過控制攪拌時間和溫度，可以將碳含量降低到所需的水平。脫碳后的鐵或鋼通過反復鍛打，去除雜質，提高材料的均勻性和強度。

　　1974年，在河南南陽東郊出土的一件鐵刀，其刃部是用高質量的炒鋼鍛接而成。這把刀寬11.2厘米，長約17厘米，刀背厚約0.5厘米，形制較特殊。刀身有一道平行于刃部的鍛接痕跡，其刃部是用高質量的炒鋼鍛接而成。

　　1974年，在山東蒼山縣漢墓中出土的一把環首鋼刀，刀身刻有隸書銘文：永初六年(公元112年)五月丙午造卅湅大刀，吉羊(祥)宜子孫。這把刀是用“卅煉”工藝制成的。經鑒定，刀身含碳量在0.6%到0.7%之間，是用炒鋼鍛制而成。這種工藝不僅提高了刀的質量，還使其具有較高的硬度和韌性。

（漢環首鋼刀）

　　1978年，在江蘇徐州銅山縣駝龍山漢墓出土的一把鋼劍，劍把正面刻有銘文：建初二年(公元77年)蜀郡西工官王愔造五十湅孫劍。經金相分析，劍體是由珠光體和鐵素體組成，層次分明，各層的含碳量存在差異，最高為0.7%，最低為0.4%。這種工藝使得劍身各部位的含碳量根據實際需求而有所不同，因此劍身柔軟且劍刃鋒利，屬于高級階段的百煉鋼。

　　由于炒鋼技術的提高，東漢時代出現了“百煉鋼”。所謂“百煉鋼”，即將炒鋼反復鍛打，每加熱鍛打一次稱為一“煉”，通過多次加熱、折和鍛打，使鋼材的組織更加致密，碳含量更加均勻。每次鍛打后，鋼材中的雜質被進一步去除，最終形成高質量的鋼，這種工藝不僅提高了鋼材的強度和韌性，還減少了鋼材中的夾雜物，使其更適合用于制作兵器。

　　東漢時期的百煉鋼技術不僅在中國廣泛應用，還通過貿易和文化交流傳播到了周邊國家。1961年，在日本奈良縣天理市東大寺山的一座古墳中，出土了一把帶有“中平年號”的鋼刀，刀長103厘米。銘文顯示其為“中平口年五月丙午造作伎，百練清剛。上應星宿，下辟不祥”。其中，“中平”是東漢靈帝的年號，時間為公元184年至189年。