科学技术文化城 - 中华之光
 
中科城总体规划图及文(张一平)

 

古代科技文化景区 文字说明(九)

   金属矿藏的开采、冶炼、铸造,为中国的青铜文化、铁器文化以及金碧绿辉煌的金属工艺的发展打下了良好的基础。
   中国古代称矿物为“金石”,对“金石”的开采有着悠久的历史。早在新石器时代晚期人类活动的遗址中,就发现有利用自然铜制作的红铜工具。商代曾大量开采铜矿和炼铜。在江西瑞昌曾发现商代铜矿遗址,从中发掘出有一定规模的井巷设施和铜矿石孔雀石,商代采矿技术已达到一定的水平。
   西周、春秋时期,中国铜矿开采技术又有较大提高。在湖北大冶铜绿山,安徽铜陵、南陵等地,都发现了这一时期的古铜矿遗址。1974年在湖北大冶铜绿山春秋时期的古矿井遗址中,共清理出8 个竖井和一个斜井,发掘出较完整的支护设施,并出土有采矿用的铜斧、铜锛、木锤、木铲、竹篓等工具。此外还发现多座春秋时期的古炼炉,这是目前已知最早的炼铜竖炉。竖炉由炉基、炉缸和炉身组成。在炉的前壁下部设有金门和出渣、出铜的孔洞,炉侧还设有鼓风口,整体结构已相当先进。
   在铜绿山还发现有属于战国时期的铜矿遗址。遗址中不仅发现竖井、斜井,而且有能扩大采掘面的平巷。井巷支护技术提高,安全有了保障。战国采矿遗址中出土了铁斧、铁锤、铁砧、木锤等开采工具,还出土有竹篓、竹筐、藤篓、木辘轳等装载提升工具和水槽、木桶等排水工具。这些遗物的发现,说明两千多年前的战国古铜矿井有效地采取了竖井、斜井、平巷相结合的开拓方式,并解决了井巷支护、井下通风、排水等一系列复杂的技术问题。
   商代大量开采铜矿并冶炼铜。为青铜器具的大量铸造成打下了坚实的基础。铸造是人类掌握较早的一种金属热加工工艺。夏代已铸造成青铜器,山西夏县东下冯夏代遗址中出土有铸铜器的石范,河南偃师二里头遗址中出土有夏代时期的铜爵。商代,青铜铸造业进入全盛时期,河南郑州出土的乳钉纹铜方鼎,是商代早期的大型铸件。商代中晚期,青铜大量铸造成,在河南安阳殷墟等地发现有种类繁多、造型复杂、花纹繁缛、技术高超的青铜铸件。体魄硕大的司母戊鼎,重达832.84公斤,是目前已发现的最重的青铜器。四羊尊、龙虎尊、虎食人卣等,把人与动物形象塑造的栩栩如生。商代青铜铸件举不胜举,它反应了商代青铜铸造业的生产能力和技术水平。
   青铜器的镶嵌装饰工艺在商代已开始出现,发现有镶嵌绿松石铜戈、嵌绿松石铜钺等。红铜镶错技术也曾有所使用。春秋时期,嵌红铜技术又有所发展,嵌红铜器物多次出土,河北唐山贾各庄出土的嵌红铜狩猎纹铜壶即其中之一。春秋时还出现了错金银的技术,青铜器栾书缶就是最著名的一件,在其上腹部有错金铭文40字。
   鎏金技术是一种涂抹金汞齐法的镀金工艺,起始于战国时期而兴盛于西汉。器物涂抹金汞齐后,经烘烤使汞自然挥发,黄金则保留于器物表面,经压光后完成鎏金全过程。鎏金后的器物金碧辉煌,且长久保持色泽不变。鎏金鸟兽纹奁,是西汉永光三年制作的鎏金器,它是西汉鎏金兴盛时期的代表作之一。
   商代的青铜器多为陶范铸造。其工艺是先雕刻器物原型,再分别翻制内范、外范,最后熔铜浇铸。方铸范是在河南安阳殷墟遗址中发现的较完整的铸范,它反映了商代制范的工艺技术水平。
   现代的熔模铸造在中国古代称之为失蜡铸造,它是中国古代铸造技术的一大发明,对世界铸造技术作出重大贡献。最迟在春秋时期,中国已开始采用失蜡铸造技术,河南淅川楚墓出土的铜禁就是由失蜡法铸造而成的。
   将多件铸范逐层叠装的铸造技术称为叠铸。中国的叠铸技术开始於春秋时期,山西侯马晋国铸铜遗址曾出土最早的此类铸范。战国至汉代多有叠铸范发现,河南温县东汉烘范窑出土的车马器和权的叠铸范500多套,可见东汉时叠铸技术的成熟和生产规格。由于叠铸一次可得众多铸件,大幅度地提高了工效。
在人类发展史中,铁的发现和作用,有着极重要的地位和作用。冶铁术的发明是人类历史上划时代的重大事件。中国早期的铁文化就是以铸造文化为主的文化。
   早在三千多年前的商代,中国先民已开始使用自然铁,北京市平谷出土的铁刃铜钺,其刃部就是陨铁,近年来,在多处地方发现春秋时期的铁器,其中不仅有工具、兵器,还有礼器。河南省三门峡出土的铁刀,陕县出土的金镡金首铁剑是较有代表性的铁器。湖南长沙发现的铸铁鼎,则是目前发现的最早最完整的铸铁礼器。
   战国时期,铁范铸造已十分兴旺,河北兴隆出土了一批铸范,其中包括锄范、镢范、镰刀范。尤其是当时铸铁柔化技术已很成熟,经检测,许多铁农具都经过了柔化处理。
   西汉时期,冶铁与制铁成为******的手工业部门,考古发现的汉代铁器,几乎遍及全国各地。汉代画像石展示了冶铁工具和鼓风设施的情况。汉代冶铁技术已很成熟,竖炉是冶炼铁的重要设施。河南巩县铁生沟、古荥遗址都发现有炼铁竖炉。它由炉基、炉缸和炉身组成,大型炉的直径已达1.8米。东汉的椭圆形炉缸长轴长达4米,炼炉高达5 — 6有效容积多至50立方米,日炼铁可达1吨。
   汉代的冶铁遗址中还发现有炒铁炉,炒铁技术开创于西汉末期,先将生铁捶成碎片,与木炭一起放入经预热的炉膛内,当生铁加热到半熔融状态时,通过搅拌增加铁和氧的接触面,从而使铁中的碳氧化。随着碳的降低,铁的熔点增高,凝聚成疏松的团块,经锻打挤渣成为铁料获得熟铁或钢。炒铁工艺操作简便,生产率高,可廉价获得优质的钢铁料。炒铁料经反复锻打,每加热锻打一次称为一氵柬。当时已有三十氵柬 及五十氵柬制成的刀剑。
   南北朝时期出现了炼钢新技法灌钢法,即用生铁与熟铁合炼成钢。北齐人綦母怀文采用此法造成宿铁刀。此后历代皆采用灌钢法,但不断地改造炉体。宋元时的蒸矿炉,炉口缩小以减少热量损失;炉膛加大便于炉料顺行,防止悬料;炉的下部收缩,形成炉缸,能集中热量有利于金属熔化。这种炉子每炉可化铁1 — 2万斤。鼓风设施也有大的改进。宋元时采用木风扇鼓风,加大风量风压,提高了炉温,产量也相应提高。这一鼓风技术比欧洲早五百多年。在明代时,又将木风扇改进为往复推拉活塞式木风箱,它比欧洲的活塞式鼓风早了一百多年。

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