钢与铁中的辉煌文明：最早的中国铁器

90年代初，曾经热播过一部引进的动画片，名叫《降魔勇士》。在这部片子里，主角亚汉和他的战友们跟魔界展开殊死的战争，一般的钢铁武器对妖魔怪兽无效，必须用一种神奇的“星星铁”做成武器才可以。相信今天30岁左右的朋友们，一定对这个动画片还有印象。这里的星星铁，就是陨铁。其实，陨铁做的兵器，还真的存在过呢。

1977年，北京市平谷县出土了一件商代的青铜钺。这件器物看上去有些残破，样式也很普通，但器身上除了常见的青色铜锈外，还出现了另一种铜器上极少见的土色锈，经过详细检验，才发现它的刃部为铁，而且是稀有的陨铁（因为内含少量镍的成分，这是人工冶炼的铁所无的），也就是把铁陨石直接加工成了铁刃。

在其他古文明地区，也发现过陨铁制作的器物（古埃及的陨铁物件，美洲古文化多见的陨铁箭头、小刀等），两河流域的苏美尔人直接把陨铁称为“天降之火”，但这些器物大多属于单纯的铁器，而商代的铁刃铜钺以锻、铸工艺使铜和铁结合成型，较为特殊。在此之前，学者们一向认为中国到春秋时期才有铁器，而它的出现将中国用铁的历史推前近千年，意义非凡。

陨铁毕竟是天外来客。1990年，一件玉柄铁剑在河南省三门峡市虢国墓地被考古学者们发掘，这柄西周晚期的宝剑虽已残断，甚至落魄得有点像废铁，但可以确定是目前我国出土的最早人工冶炼铁器物之一，比以前将中国冶铁技术定论为春秋晚期至战国早期（即公元前五世纪）的结论，也提前了近三个世纪，现为河南博物院镇院宝藏之一。

玉柄铁剑

中国冶铁技术的起源，很可能是受到了西方影响， 但是由于中国青铜冶炼技术的登峰造极，人们从中不断借鉴，触类旁通地点开了更多的冶铁炼钢的科技树分枝。到了春秋时期通过铁矿石冶炼铁的记载便已层出不穷:《孟子·许行章》中有“许子以铁耕乎”的问话;《吴越春秋·阖闾内传》中也有“采五山之铁精，六合之金英”，“鼓橐装炭”终于制作出干将和莫邪两把宝剑的描写……及至战国时代，块炼渗碳钢（百炼钢）、铸铁（生铁）、韧性铸铁均非罕见之物，为冶铁炼钢手工业在秦汉及后世的大发展打下了坚实基础。

干将莫邪雕像

化学小常识：

都知道熟铁、钢、生铁，其实就是材料中因为碳元素含量不同而出现的不同的形态。一般来说，含碳量超过2%的是生铁，含碳量低于0.05%的是熟铁，含碳量介于0.05%~2%之间的，就是钢。熟铁太软，生铁太脆，都不适合制作武器，做刀剑矛戟，还是得用钢材。根据科技工作者对出土古代铁兵器的检测，大多数也是钢。

最原始的冶铁法——块炼法

人类最早的冶炼法就是把铁矿石放进小而矮的炉子，用木炭做燃料，在较低温度（约1000℃）下，还原出固态铁。

铁矿石

但这个时候炼出的铁结构疏松，常和炼渣及未被还原的铁矿石混在一起，呈海绵状，故称海绵铁（经锻打、挤渣后成为熟铁）。不但如此，这种块炼法反应速度慢（炉子温度低，通风量不足），导致产量低，费工多（还得额外锻打，挤渣），为了取出产品，还得直接把炉子拆了。古代西方长期悲催地原地打转，处在低温炼铁的初级阶段，一呆就是2500多年，而中国很快通过炉膛改良，鼓风升级走进了生铁时代（比西方早1900多年）。

利用皮橐鼓风冶铁

水排示意图，水流带动水轮，进而通过连杆拉动或推进皮橐，向最左侧是高炉里鼓风

在汉代，已经出现非常接近现代冶炼的大型竖炉，由石块砌成，不断可以保证冶铁所需高温，更可以让铁矿石和还原剂木炭充分接触，得到质地匀净，杂质较少的液态生铁，用于直接浇铸铁器或者铸成锭块供再炼钢。同时，人们不再采用早期的皮橐鼓风，不但有牲畜发力的马排，更有使用水力的水排。先进的生产方式不再需要停炉毁炉，生产效率大增，使铁走进千家万户，在军用（兵器铠甲）和民用（农业，工业）大放异彩。

四川大学历史文化学院、成都文物考古研究联合举办的汉代冶铁实验，模仿汉代的高炉，再现汉代人冶铁的流程