自然科学史研究201402-从文献记载追溯坩埚炼铁的源流_刘培峰

《自然科学史研究》第33卷第2期（2014年）：216—222

No．2（2014）StudiesintheHistoryofNaturalSciencesVol．33

从文献记载追溯坩埚炼铁的源流

刘培峰李延祥潜伟

（北京科技大学冶金与材料史研究所，北京100083）

通过文献考证与技术类型分析相结合的方法对清代坩埚炼铁法的

传播和演变进行归纳总结。成书于康熙四年（1664）的《颜山杂记》是目前所见最早记载坩埚炼铁技术的文献。山西阳泉地区两步法坩埚炼铁技术有两种：第一种（两步全用坩埚）在康熙年间传入山东博山，并吸收了当地焦炭冶炼琉璃的技术，形成了以焦炭为燃料的坩埚炼铁技术；第二种技术（第一步用坩埚，第二步用竖炉）于清初传入东北地区，并与传入该地的炼焦、炼铁技术相结合形成另一种以焦炭为燃料的坩埚炼铁技术，在这种技术不断的发展过程中，煤炭（无烟煤）逐渐取代焦炭作为燃料。

关键词坩埚炼铁源流焦炭

中图分类号N092∶TF-092

文献标识码A文章编号1000-0224（2014）02-0216-07摘要

目前学术界对于坩埚炼铁的源流还没有一个较为统一的看法，关于此问题的研究，基本上分为以下三种情形。第一种是根据自己的研究经验进行推测。如李约瑟在分析中国

［1］最早炼出生铁的可能原因时就提到坩埚炼铁的优势。杨宽认为坩埚炼铁是从坩埚炼

［2］铜继承下来的，所以其时代应该是战国。这些观点具有很大的启发性，但是缺乏足够

的证据。第二种是根据考古出土遗物进行推断。何堂坤对洛阳吉利工区出土汉代坩埚进

［3］行了科学检测，认为在汉代可能就有了坩埚炼铁技术。也有学者通过对几个有坩埚出

［4］土的汉代遗址进行总结，断定中原文化区在汉代已发明了坩埚炼铁技术。这样的观点

都有一定根据，但是，还需要确认一点，出土的坩埚是否是用来炼铁的，目前还没有令人信服的证据，需要进一步深入研究。第三种是一些学者在无法考证其源流的情况下，往往避

《青州府志》开这一问题，以咸丰年间对坩埚炼铁的记载来引出下文。其实，在现有文献

中隐含着一些坩埚炼铁技术源流方面的内容，只是鲜于梳理。有鉴于此，本文试图在文献整理、考证和解读的基础上结合技术分析来探讨坩埚炼铁在清代的源流。

收稿日期：2013-07-26；修回日期：2014-05-28

1978年生，1962年生，作者简介：刘培峰，山西代县人，博士生，主要从事中国古代冶金史研究。李延祥，辽宁

1972年生，铁岭人，教授，主要从事冶金史与冶金考古研究。潜伟，江西赣州人，教授，研究方向为科学技术史。

2期刘培峰等：从文献记载追溯坩埚炼铁的源流2171关于坩埚炼铁的最早记载

《青州府志》，上文所提咸丰年间的被部分学者称为迄今所知关于坩埚炼铁最早的文

［5］献记载。其他学者在引用这一文献时也默认了这一记载的历史地位。近代学者对坩埚炼铁技术的部分调查与文献中所记载的内容基本一致，因而更加肯定了这段内容的历史和文献价值。然而，就文中所述康熙二年（1663）坩埚炼铁法从山西传入山东博山而言，由于是孤证，说服力并不强。

《青州府志》查阅原文献可以发现，咸丰在卷23中介绍该府下属各县的物产，其中博

“铁”中有那段被众多冶金史家广泛引用的关于坩埚炼铁法的文字。原文山县的物产

如下：

铁：铁出黑山下，熔石可作铁。县志：其始，乡之人不知也。康熙二年，孙廷铨召山西人至此，得镕铁之法。凿取石，其精良为驩石，次为硬石，击而碎之。和以煤，盛以筒，置方爐中，周以礁火。初犹未为铁也。复碎之，易其筒与爐，加大火攻其下。每

［6］为生铁。石得铁二斗，

“县志”从以上引文中可以发现两字。在古代，编修方志时，一般是上一级行政单位

。“县志”也就是说府志会引用县志中的内容两个字会引用下一级行政单位编撰的志书，

可以表明其出处，那么，修于乾隆十八年（1753）的《博山县志》中应该有更早的记载。查阅这本目前所见关于博山地区最早的县志可以找到如下记载：

颜山记，采石黑山，铸而为铁，百石之垆，三合之屑，火烈石礁，风生地穴，清气如珠，玄精为液，得柔斯和，过刚或折，作为剑器，蛟龙可截，以钢性易脆，生不若熟也。考石可作铁，其始，乡之人不知也。康熙二年，孙文定公召山右人至此，乃得熔铸之法。凿山取石，其精良者为驩石，次为硬石。击而碎之，和以煤，盛以筒，置方罏中，周以礁火。初犹未为铁也。复击之碎之，易其筒与罏，加大火。每石一石得铁二斗，为

［7］生铁。

首先看引文的后半部分，并没有标明出处，应该是县志编修者所写。把这一部分与咸《青州府志》丰的记载相对比可以发现，主要内容基本一致，只有个别字句略有不同。府

“孙廷铨”“孙文定公”，志中的与县志中的是同一个人，因为孙廷铨赐谥“文定”世称“孙。府志中是“山西人”，，文定公”县志中则为“山右人”这是因为以太行山为中心，坐北朝南，则太行山右侧为山西省，故山西也称为山右，这种称呼在明清文献中比较常见。府志

“方爐”，“方罏”，中称炼铁炉为县志中则为这应该是通假用法，与后代学者调查中提到的

坩埚炼铁方炉是一样的。由此可见，被众多冶金史家广泛引用的关于坩埚炼铁法的文字，

《博山县志》，其实最早记载在成书于乾隆十八年（1753）的而不是比它晚106年成书于咸

《青州府志》。丰九年（1859）的

《博山县志》“颜山记”———《颜山以上引文的开头有三个字，是指博山最早的地方志

［8］杂记》，这是前半部分内容的出处。如果把前后两部分内容进行比对，就会发现其中的

。《博山县志》（以下简称县志）中把坩埚炼铁的炉称为“方罏”，《颜主要技术点基本相同

（以下简称杂记）中为“百石之罏”。方炉是坩埚炼铁炉的常用名称，山杂记》在杂记中没

218自然科学史研究33卷“方”“百石”有字，但是意指炉子能装一定数量的炉料，这正符合方炉坩埚炼铁的特征，因为方炉是一次性装炉的，有一定的限度，不像竖炉那样可以连续上料冶炼。在县志中把凿

“驩石”“硬石”，“和以煤，，和都击碎盛以筒”杂记中把这三种物质统称为“三合山所取的

。虽然杂记中没有提到坩埚的同义词“筒”，之屑”然而一个“屑”字透露出坩埚炼铁的技术特征，因为往竖炉中添加的炉料是块状的，而加入坩埚中的是粒度为0～2.5厘米的矿

“礁火”，“火烈石礁”，石块、屑混合物与煤屑。县志中记载燃料为杂记中为都指以焦炭为

“考石可作铁，燃料。另外，正如县志中记载其始，乡之人不知也。康熙二年，孙文定公召

”山右人至此，乃得熔铸之法。当地人之前并不会炼铁，是孙廷铨于康熙二年从山西引入

《颜山杂记》了这项技术。而是孙廷铨于康熙三年（1664）因病罢官回到颜神镇（即现在山

，8］，，《颜山病情好转而“聊疏乡里间事”数月而成（［序）。也就是说东淄博博山）之后，

是记录孙廷铨家乡（博山县颜神镇）的事物，两者相符也就不足为奇了。杂记》

综上所述，在目前可见古代文献中，成书于乾隆十八年（1753）的《博山县志》是最全面、最准确记载坩埚炼铁法的文献，而成书于康熙四年（1664）的《颜山杂记》是最早记载

，《青州府志》、《博山县志》坩埚炼铁技术的著作。而且和《颜山杂记》三篇文献相互佐

可以证康熙二年坩埚炼铁技术从山西传入山东博山的史实。证，

2坩埚炼铁技术从山西传入山东

从19世纪70年代李希霍芬对坩埚炼铁技术的调查起，中外学者完成了不少关于这

可以从冶炼过程的角度把坩埚炼项技术的珍贵记录。结合这些文献记载和笔者的调查，

铁技术大体分为两个类型，即一步法和两步法。一步法是在坩埚中一次性从铁矿石中还原出较为纯净的铁。装满矿石和煤面的坩埚放入炉中，坩埚下部和周围都是用作燃料的煤炭，自燃和鼓风冶炼相结合一天之内可以在坩埚底部炼出块状铁。两步法则需要进行两次冶炼，在不同的炉和坩埚中完成从矿石到铁的还原过程。两步法中具有代表性的操作方法是先把装有矿石和煤末的坩埚放入下部铺有炭块的炉中，再让炉在不鼓风的情况

冶炼出渣、铁混合物，然后再把其中的海绵铁放入坩埚下自燃一段时间（一般三到七天），

或竖炉中进行熔炼。这种方法又可细分为两种，两种的第一次冶炼都是用坩埚，区别在于第二次熔炼用坩埚还是用小型的竖炉。从传统工艺调查来看，一步法和两步法的分辨还体现在地域分布上，一步法主要集中在山西的晋东南地区（今山西晋城市和长治市），两步法则以山西阳泉地区为主要集中地。

《博山县志》“考石可作铁，从上文中其始，乡之人不知也”可知在康熙之前的博山地

区还不知怎样用坩埚炼铁，而且康熙二年从山西传入山东博山的是两步法的坩埚炼铁技术。由此推断，很可能是山西阳泉地区的工匠把坩埚炼铁技术传入了山东博山。需要注意的是，山西阳泉地区的坩埚炼铁技术原本有两种类型（第二次冶炼用坩埚或竖炉），传

即两次冶炼都使用坩埚。入山东博山的只是其中的一种，

《博山县志》“周以礁火”从燃料的角度来看，上文所引中说明此处的坩埚炼铁是以焦

［9］炭为燃料。有学者据此认为，山西在明末清初就发明了焦炭炼铁技术，并传入了山东。

然而，目前所见的各种记载中并未提到山西有以焦炭为燃料的坩埚炼铁技术，而且我们在

2期刘培峰等：从文献记载追溯坩埚炼铁的源流219山西进行传统冶炼工艺的调查中也未发现这种方法。因此，以焦炭为燃料炼铁技术从山西传到山东的可能性不大。

，《物理小识》从山东博山地区来看中就记载该地用焦炭来冶炼琉璃，但这并不是最早

《青州府志》：“琉璃器，的，早在嘉靖四十四年（1565）成书的物产中就有如下记载出颜神镇，

以土产马牙紫石为主法，用黄丹、白铅、铜绿。焦煎成珠，穿燈、屏、棋局、帐钩、枕顶類，光莹

［10］《物理小识》可爱”。这里的记载要比崇祯癸未（1643）编成初稿的早78年。考古证据不仅验证了以上记载，还把时间提的更早。1982年发现的位于博山大街北首路西的元末明

［11］初玻璃作坊遗址中有焦块和焦煤，而且遗址发掘者认为当时作为燃料的焦炭，为附近

山中出产［12］。还有学者认定遗址南侧的长方形炉坑是烧炼焦炭的设施［13］。

该玻璃作坊遗址出土的坩埚分为两种，一种是硝礶（炼玻璃的坩埚），高33厘米、口

12］，腹径28厘米、底径17厘米；另一种坩埚是直筒状，圜底，残高16厘米（［径18厘米、

534页）。前者因口径比腹径小而更像罐，而且还有盖，炼铁坩埚中从未见过这种结构。后者则与普通炼铁坩埚一样，只是尺寸大小不同而已，如盂县的炼铁坩埚高110厘米，内

［14］［15］径12厘米，外径14厘米；阳城的坩埚高60～100厘米，直径20～25厘米。总体来

两者的形制相似，虽然大小不同，用途却近似，同样是把炉料放入坩埚内，再把坩埚放说，

入炉中通过炉内燃料加热进行冶炼。炼琉璃的炉与坩埚炼铁炉也有同样的用途，不同的

［16］博山传统的玻璃炼炉只能放一个坩埚，而坩埚炼铁炉中可以同时放几十个甚至更是，

多数量的坩埚。总之，从考古证据和传统工艺调查两方面都说明古代博山炼玻璃采用坩埚内部放炉料，外部以燃料加热的熔炼技术，这也与《颜山杂记》中“硝，柔火也，以和内；

（［8］，7页）的记载相印证。原理和工艺上的共同性促使技术上礁，猛火也，以攻外”卷4，

的学习和借鉴，山西的坩埚炼铁法在传入山东博山之后，与当地的坩埚炼玻璃技术相结合，因焦炭各方面的性能优于煤，所以焦炭取代了原来的煤作为燃料，产生了以焦炭为燃料的坩埚炼铁技术。

3坩埚炼铁技术传入东北

坩埚炼铁技术在东北地区也有很长的历史，目前所见文献中对于该地区冶铁技术的来源主要有两种说法。李希霍芬认为东北地区的冶铁技术来自于山东，因为辽东的居民多半是来自山东的移民［17］。这种推测合乎常理，而且东北地区民间也传述着山东工匠在

［18］当地从事矿冶的回忆。日本相关人员在进行调查时，当地工匠都说坩埚炼铁是清初由

［19］山西工匠传入的。这种说法在笔者的调查中也得到了印证。由于缺乏确切的文献，很

难断定其真正的来源。

近代学者对东北地区冶铁技术的调查记录，主要集中在本溪地区。1870年前后李希霍芬在调查本溪地区时较为详细地记载了当地的坩埚炼铁技术，该技术是两步法坩埚炼

18］，96页），第一步使用坩埚，所用的燃料是焦炭（［第二步使用竖炉。几年之后，王铁，

正辅通过调查描述了竖炉的尺寸和效率。丁格兰在《中国铁矿志》中认为，李希霍芬和王正辅的调查内容之间已经间隔了一次技术变革，两个人所记的不是同一种技术。实际上两个人所记的是同一种技术，王正辅对竖炉的描述是两步法坩埚炼铁的第二步而已，这让

220自然科学史研究33卷丁格兰以为之前的坩埚炼铁技术已经不存在了。由于缺乏对冶炼技术的全面了解，丁格兰对王正辅关于当地冶铁效率的记录表示怀疑，因为王正辅记载，在竖炉中焦炭和矿石的

［20］而这种比率即使现代高炉也达不到。实际上，王正辅所记的应该是坩埚炼比例是2∶1，

铁第二步中焦炭与渣、铁混合物的比例，熔炼渣、铁混合物比冶炼矿石节省燃料。1910年左右日本相关人员所做的调查中非常详细地介绍了本溪地区的坩埚炼铁技术，与李希霍

20］，133页）。芬的记录的不同之处是第一步冶炼所用燃料是煤炭（［

从这些对技术的调查记录中可以看出，本溪地区的冶铁技术是典型的两步法，先用坩埚冶炼出渣、铁混合物，再用竖炉熔炼出较纯净的生铁。通过将技术分析与民间记忆相结合可以判断其来源，因为清前期的山西和山东都有这种两步法坩埚炼铁技术，但是山东博

而阳泉的两步法在第二步可以用坩埚也可以用竖炉，所以，本溪地山的两步法全用坩埚，

区的坩埚炼铁技术应该是从山西阳泉地区传入的。

清代，不仅山西铁器大量输入东北地区成为当地铁器的一个主要来源，而且山西的冶

：“凡铁工匠也把坩埚炼铁技术带入当地。本溪湖畔慈航寺道光七年（1827）的碑刻记载

”：“山西太原府盂县清池村张聚武施，我溪湖，铁矿、梅窑，利益无穷。该碑文末有正中黄

［21］。这说明当地的冶铁与山西人有紧密的联系，银十四两”而且碑中所提及锻帐幔一联，

的盂县也正好属于现在的阳泉地区。在阳泉地区也有多通碑刻反映两地之间的互动和交

如现存阳泉市郊区冶铁集中地荫营镇三都村寿圣寺的嘉庆九年《募化碑记》中就有：流，

“本溪湖张凤鸣施银二十两，。张添富施银三十两”

但是如果从燃料的角度来看，东北地区的坩埚炼铁技术还吸收了山东坩埚炼铁的技术要素。山西阳泉的两步法坩埚炼铁在第一步冶炼时坩埚外面加热所用的燃料是煤炭，而山东博山用的是焦炭，李希霍芬记载中本溪炼铁所用的燃料是焦炭。也就是说，冶炼方法来自山西，使用燃料的技术则可能来自山东。这应该是山西的坩埚炼铁技术在传入东北之后与传入东北的山东炼焦、坩埚炼铁技术相融合而产生的。而到了日本相关人员调查的时候，第一步冶炼所用的燃料则是煤炭，这时对煤炭的应用也进行了区分，碎块的烟煤与矿石相混合放入坩埚内，坩埚之外加热用的燃料则是无烟煤。这种变化可能是因为

省去了炼焦的过程，节约炼铁工匠在发现和掌握了当地无烟煤的特性之后用它代替焦炭，

了能源。然而，使用焦炭的技术因素也没有完全消失，当地的工匠有时也在坩埚内添加一些焦炭碎末。

以本溪地区为代表的东北冶铁是以山西阳泉地区传入的两步法坩埚炼铁技术为主体，同时在燃料方面吸收了山东炼铁的技术因素，并在实践中与当地资源相结合不断地发展和改进。

4结论

成书于康熙四年（1664）的《颜山杂记》是目前所见最早记载坩埚炼铁技术的著作。该书中所记山东博山炼铁技术是康熙二年由山西阳泉地区传入的，传入之后吸收了当地焦炭冶炼琉璃的技术，形成了以焦炭为燃料的坩埚炼铁技术。成书于乾隆十八年（1753）《博山县志》的全面、准确地记载了这项技术。

2期刘培峰等：从文献记载追溯坩埚炼铁的源流221传入山东博山的炼铁技术是山西阳泉地区两步法坩埚炼铁技术两种类型中的一种，即两步都使用坩埚。同样是在清初，阳泉地区的另一种两步法坩埚炼铁技术（先用坩埚

并与来自山东的炼铁技术因素相结合形成当后用竖炉）传入以本溪为代表的东北地区，

地的冶铁方法，这种方法在与当地资源相结合的过程中不断地发展、进步。

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222自然科学史研究33卷

TracingBacktotheOriginandDevelopment

ofCrucibleSmeltingThroughDocumentaryＲecords

LIUPeifeng，LIYanxiang，QIANWei

（InstituteofHistoricalMetallurgy＆Materials，UniversityofScienceandTechnologyinBeijing，Beijing100083，China）AbstractBymeansofthetextualresearchesofmathematicalliteraturesandtechnologytypeanalysis，thisarticlesummarizesthetransmissionandevolutionofcruciblesmeltinginQingDynasty．ThispaperarguesthattheworkYanshanZajiisthefirsthistoricalmentionofthecruciblesmelting．TherearetwokindsofcruciblesmeltingintheYangquanareaShanxiprovince．Oneofthem（theuseofcrucibleintwosteps）spreadtoBoshan，andassimilatingthewayofcokesmeltingglass，thetech-nologybecomecokecruciblesmelting．Anothertechnology（theuseofcrucibleinthefirststep，shaftuseinthesecondstep）spreadtonortheastChinaintheearlyQingDynasty，whichintegratingthetechniqueofcokingfromShandonggrewupintoanewcokecruciblesmelting．Intheprocessofcon-tinuousdevelopment，anthracitereplacedcokeasthefuelinthistechnology．

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