解开一千八百年前铸铁成钢之谜（考古进行时）

官田遗址出土的称量铁器的陶权。 　　莫林恒供图

　　官田遗址的发掘，不仅解决了汉晋时期武陵山区铁工业技术、作坊布局、产品类型等具体问题的考古，更为认识汉晋时期南方地区郡县乃至乡亭冶铁手工业生产提供了宝贵资料

　　冶炼铸造，是中国古代社会繁荣的经济与技术基础之一。秦汉时期，中国独特的生铁冶炼技术和管理制度，奠定了秦汉帝国在世界文明中的领先地位。在位于湖南省张家界市桑植县澧源镇朱家坪村的官田遗址，考古工作者发现了南方地区目前已知规模最大的汉晋时期铸铁作坊。这表明，当时先进的冶炼和铁器制造技艺不断从中原向周边区域扩散。

　　官田遗址约有1800年历史。2015年，官田遗址首次发掘550平方米，发现存在生铁铸造活动。2020年至2022年，为配合地方建设，湖南省文物考古研究院联合四川大学、北京大学再次进行发掘，揭露面积3500平方米。本次发掘新发现了多种类型的加工炉遗迹、加工作坊遗迹，还发现铸范、炉渣、坩埚、铁屑、陶权等一系列冶铸遗物。

　　通常的遗址发掘，发现房址、墓葬后，即可较为准确地判断其遗迹功能结构。但在冶金考古中，面对残缺的遗迹，要获知其具体性质，还需要专业的冶金知识以及多学科检验手段。“边发掘、边检测、边探讨、边实验”的理念，在此次冶金考古中得到很好的贯彻。

　　官田遗址出土了大量铁器，有铁刀、铁锸、铁斧、铁条等，保存程度不一。我们挑选了部分残碎铁器送往四川大学进行检测，发现绝大部分铁器都经历过生铁脱碳工艺。这说明，遗址出土的“铁刀”已经是钢制品了，它们实际上是“钢刀”。铁器实为钢器，暗示遗址上或许存在将生铁变为钢材的退火脱碳工艺。

　　为进一步判断遗址的性质和内涵，我们先后挑选了铁器、炉渣、石料等各类标本寄往北京大学、北京科技大学、湖南文物保护重点实验室等多个实验室进行检测。结果显示，炉渣均经过熔炼，并发现了熔炼用的坩埚材料，但没有发现经过冶炼的炉渣和铁矿石。据此可以判断，遗址应存在熔炼、铸造生产工艺，但并不存在冶炼工艺。

　　碳14的测年数据显示，遗址的主要存续年代为东汉至三国两晋时期，与遗址中出土的陶瓷器年代相对应。通过对遗址中植物遗存的分析，我们了解到：当时人们的粮食以小米为主，其次是水稻；当时利用的树种有多种，如竹类、榆木、椎木等。这些信息让我们进一步了解了当时的生产、生活环境。

　　“现场模拟实验”，是官田遗址考古发掘的一大特色。发掘过程中，我们随时通过实验对新发现进行验证。遗址发现的长方形地穴加工炉，我们猜测其为生铁熔化的加工炉。为“复刻”生铁熔化的过程，我们决定砌筑一个竖炉，特意邀请拥有20余年冶炼经验的当地老工匠主持实验。从竖炉的高度和空间设计、砌筑材料的选择到燃料的投放、鼓风、温度控制，都严格遵循本地传统工艺要求。竖炉确实将生铁块熔化成铁水了。然而，由于熔炉容积过大，筑炉材料不佳，火力过猛导致炉壁破裂，温度无法再加高，铁水熔化量不足。后来我们吸取教训，将炉型改为一种小的圆形熔炉，通过鼓风机鼓风，将温度提高到1300摄氏度以上。持续20分钟后，坩埚内的生铁块顺利熔化成液态。随后，我们用铁钳夹出坩埚，将铁水倒在事先准备好的范具之中，铸成铁器。实验过程中，一些小铁珠滴落在浇铸现场，这与遗址上采集的小铁珠形状、大小都接近，由此证明，遗址上确实存在着铸造工艺。

　　此外，我们还做了锻打、熔炼、烧制木炭、石块破碎、退火脱碳等一系列模拟实验，这对于判断各种遗迹的性质、提高对冶金工艺流程的认识，都起到了非常重要的作用。

　　官田遗址的发掘，不仅解决了汉晋时期武陵山区铁工业技术、作坊布局、产品类型等具体问题的考古，更为认识汉晋时期南方地区郡县乃至乡亭冶铁手工业生产提供了宝贵资料。从更大的视野来看，也对研究古代钢铁技术传播乃至中华民族多元一体格局演进具有一定价值。