山西的坩埚冶炼

山西似乎是天然为铁工业而设的，拥有世界上最大的煤炭储量、相当可观的铁矿石储量、耐火粘土、石灰石，此外便没有多少工业原料了。而且农业条件不佳，土壤贫瘠，气候干燥。因此，至少在过去几个世纪里，铁工业一直是主导性的经济活动。对很大一部分农民人口来说，采煤和铁生产是副业，但似乎也有大片的地区以铁生产为唯一生计。在荫城——一个有大约5000人口的小镇——1898年一位外国访客问当地人没有农业如何生活时，得到的回答是：“我们吃铁”（Shockley 1904: 850）。

山西所特有的“坩埚冶炼”技术最早的描述来自斐迪南·冯·李希霍芬（Ferdinand von Richthofen）1870年的记载。将矿石与木炭的混合物装入密封的坩埚中，以煤为燃料加热至约1200°C持续数天。矿石中的铁的氧化物被坩埚中的煤还原为金属铁。这种技术没有显著的规模经济效益，正如李希霍芬所指出的，所有铁厂都非常小。刘培峰等（2017）收集了所有关于坩埚冶炼的文字记载，并撰写了一份非常有用的报告，包含大量技术细节。

关于坩埚冶炼的最早记载见于1753年出版的《博山县志》。博山在山东，文中称坩埚冶炼技术是1663年由孙延铨从山西引入此地的。孙延铨在其1664年完成的《颜山杂记》中收录了一首关于炼铁的诗。这首诗难以解读，但似乎描述的是坩埚冶炼（刘培峰等 2014）。

1870年山西年产铁约13万吨。这是一个巨大的数字，超过当时我们所知的中国其他地区的总和。（必须记住，在整个中国，无疑有许多供当地消费的生产是我们完全不了解的。）但该产业已在衰退，正如李希霍芬所观察到的：

采煤、制铁以及将两者运往市场，雇佣了大量的人和牲畜。但尽管资源丰富，这个地区却很贫穷。利润被压到了最低限度……在其他地方日薪200到300文的地下矿工，在这里只能满足于100文的工资。然而矿主也是穷人。这一地区显然曾有过更好的时代，这一点可以从大量建造豪华、装饰以精美雕刻的房屋中推断出来。

与外国贸易的竞争是[该省]财富衰落的另一个原因。如果我们从针这样的小商品说起，山西的制针业几乎已被进口的更好更便宜的外国货所消灭。不久之后，枪支和钢制器具也将如此；毫无疑问，外国竞争的有害影响已严重影响到山西的铁贸易。作为该省唯一值得注意的出口商品，销量减少和价格降低加剧了居民的贫困。（Richthofen 1903: 31, 38）

到1898年，山西的铁产量已降至每年约5万吨。一战期间略有回升，1916年达到7万吨/年，但到1950年已降至不足2万吨/年。一本画报中的照片很好地展现了1945年该产业的状况（Anon. 1945）。

山西的钢铁产品从很早的时代起就以高品质著称。唐宋诗人杜甫、卢纶、陆游、周邦彦和姜夔都曾提到山西著名的剪刀。许多个世纪以来，中国使用的针也有很大一部分来自山西。

1870年李希霍芬对这里生产的铁大加赞赏，实际上写道它优于欧洲的铁，但后来大多数见证者报告说山西铁品质相当低劣，含硫量过高。1911年分析的12个样品显示含硫量在0.13%至0.64%之间（Read 1911: 27）。即使是最低的数值也高于打铁匠所期望的水平，例如用这种铁制造针会非常困难。1958年大跃进期间，该工艺被认为不可用，基本被废弃。

有趣的是，坩埚冶炼技术在1908年被瑞典的赫加奈斯（Höganäs）公司采用，在那里它的特殊优势是能够使用质量较差的瑞典煤，而这种煤不能用于高炉。似乎相当确定的是，赫加奈斯工艺的“发明”直接受到了山西工艺的启发，通过瑞典工程师新常富（Erik T. Nyström）——他从1902年起在太原的山西大学堂教授化学和地质学多年。

赫加奈斯的实验表明，通过在坩埚炉料中添加少量石灰石（CaCO₃），并结合在1200°C左右的精确温度控制，可将所产铁的含硫量控制在0.01–0.03%（Sieurin 1911: 458–459）。一个合理的推测是，山西的制铁者此前曾在炼铁中使用石灰石，后来为了降低成本而停止使用。这是20世纪中国为了应对廉价外国铁竞争而出现技术倒退的众多例子之一。

坩埚考古资料介绍

刘培峰

从目前发现的遗迹来看，坩埚炼铁技术在汉代已经广泛应用，如北京清河西汉作坊，呼和浩特二十家村西汉铁工场，洛阳吉利工区汉墓中都出土有冶铸铁用的坩埚。特别是新疆库车县（汉代龟兹都城所在地）等地发现了许多古代炼铁的小坩埚、铁渣、矿石、陶瓴等。通过对陶瓴的形制分析，推测这是一处汉代炼铁遗址。研究者认为这里的遗迹与《水经注》中龟兹煤炼铁相对应。

何堂坤分析了洛阳吉利工区汉墓中出土坩埚内壁上的一钢块，含碳量为1.21%，属过共析高碳钢，磷含量为0.277%、硫为0.584%，与山西近代坩埚炼铁中曾有过含碳量为1.3%的实例相联系，认为可能在汉代已经掌握冶炼坩埚钢工艺。

从文献记载和考古遗址（如云冈石窟窟顶铸造遗址）分析，由于木炭燃料的不足，宋代北方的竖炉逐渐变少，坩埚冶铸技术在以山西为中心的煤铁资源结合较好的地方进行大规模生产，并一直延续到了民国时期。

山西坩埚冶炼遗址调查

参考文献

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