1、138doi:10.3969/j.issn.1007-7545.2024.02.019有色金属（冶炼部分）（http：/y s y l.b g r i m m.c n）2024年第2 期河北平山战国冶铁遗址初步调查袁浩铭1，李永春，黄全胜1（1.广西民族大学科技史与科技文化研究院，南宁530 0 0 6；2.广西壮族自治区博物馆，南宁530 0 2 2)摘要：平山战国冶铁遗址位于河北省石家庄市平山县北白家岸村西侧，面积约47 0 0 0 m。2 0 2 2 年7 月对该遗址进行田野调查并获取炉渣、炉壁等冶金遗存。采用X射线荧光光谱分析仪（EDX）、扫描电镜及能谱分析（SEM-EDX)、金（矿）
2、相观察等科学试验方法，对10 个炉渣等样品进行检测分析，结合炉渣的化学成分和显微组织讨论该遗址的冶炼性质与技术特征。结果表明，该遗址为治铁遗址，技术类型为生铁冶炼，炼铁渣属于钙硅铝系高钙炉渣。关键词：战国；生铁冶铁遗址；炉渣；平山地区中图分类号：K871.41Preliminary Investigation on Iron Smelting Site in Warring States文献标志码：APeriod in Pingshan,Hebei Province文章编号：10 0 7-7 545（2 0 2 4)0 2-0 138-0 6YUAN Haoming,LI Yongchun,H
3、UANG Quansheng(l.Institute for History and Culture of Science&.Technology,Guangxi Minzu University,Nanning 530006,China;2.The Museum of Guangxi Zhuang Autonomous Region,Nanning 530022,China)Abstract:Pingshan Warring States Iron Smelting Site is located on the west side of Beibaijiaan village,Pingsha
4、n county,Shijiazhuang city,Hebei province,covering an area of about 47 000 m.In July 2022,field investigation was carried out on the site and metallurgical relics such as slag and furnace wall were obtained.10 samples of slag were detected and analyzed by means of X-ray fluorescence spectrometry(EDX
5、),scanningelectron microscopy(SEM),energy spectrum analysis(SEM-EDX)and metallographic(mineral)observation.The smelting properties and technical characteristics of the site were discussed based on thechemical composition and microstructure of the slag.The results indicate that the site is an iron sm
6、eltingsite,with a technical type of cast iron smelting,and the iron smelting slag belongs to the Ca-Si-Al seriesof high calcium slag.Key words:Warring States Period;cast iron smelting site;slag;Pingshan area物局的考古工作者对此冶炼遗址进行调查与清理。1遗址概述调查得知，此处有一处铸铁铸铜遗址，并发现在该遗河北平山战国遗址位于河北省石家庄市平山县址南相邻一处烧陶遗址。铸铁遗址位于北白家岸村北
7、白家岸村区域，2 0 世纪7 0 至8 0 年代，河北省文西，面积约47 0 0 0 m。根据遗址内出土遗物的类型收稿日期：2 0 2 3-10-17基金项目：国家自然科学基金资助项目（517 6 40 0 4）；科技部基础资源调查专项（2 0 2 2 FY101505-02）作者简介：袁浩铭（19 9 8-），男，硕士研究生；通信作者：黄全胜（19 6 9-），男，壮族，博士，教授，博士生导师2024年第2 期学分析，该遗址年代为战国1。冶炼类型为炼铁，但其冶炼性质还不明确。在前辈工作基础上，作者于2 0 2 2 年7 月对平山战国冶铁遗址进行初步实地田野调查，平山战国遗址位于北白家岸村边缘
8、（图1），经GPS数据测定，遗址中心地理坐标为38 33 6 4 N，1142 4 0 5 E，海拔约134m。该地域地势平缓，遗址位于平山县和灵寿县交界处。在遗址附近有水库以及由水库产生的河流。田野调查时间为夏季，植被、农作物较为繁密。遗址所处地现已变为农田（图2），在地表发现较小炉渣，并未发现大块炉渣、炉壁残块或铸造所使用的模范。为了确保样品的普遍性，随机采集了分布在遗址地表的炉渣和炉壁残块等遗存。采集到的多数炉渣颜色为深褐色，质量较轻，坚硬且有空洞，空洞较大；少数采集到的炉渣为浅褐色，质量相较深色炉渣重一些，空洞小且多；炉壁残块表面呈黑黄白三色，白色疑似为未溶解的助燃剂,表面有黏着的砂砾
9、（图3）。遗址地层部面散落少许周代陶片，底层出土有二里头陶片一片（陶片年代由北京联合大学张登毅博士和国家博物馆崔春鹏博士告知）。古中山陵图。平山治铁清地北白家洋村平山县图1平山冶炼遗址地理位置Fig,1 Location of Pingshan iron smelting site图2 平山冶炼遗址遗存发现处Fig.2Remains of Pingshan iron smelting site有色金属（治炼部分）（http：/y s y l.b g r i m m.c n）ZSG-6ZSG-9图3炉渣样品Fig.3Slag samples2冶金遗物的分析仪器与方法从采集到的炉渣样品中按比例随机
10、抽取炉渣，进行清洁、截取、镶样，完成样品的制作，随后将样品置于磨抛盘上，依次使用10 0 目到2 0 0 0 目的砂纸进行打磨，随后使用抛光布和抛光剂进行抛光，然后利用光学显微镜观测样品划痕情况，以判断是否需要重新磨抛，至样品表面平滑无划痕即可。样品制作完成后在广西民族大学科技史与科技文化研究院科技考古实验室进行检测分析，使用能量色散型X射线荧光光谱仪EDX-8100对样品进行面扫，获得其炉渣渣体的基本成分；金（矿）相观察和拍照使用蔡司Axioscope5金（矿）相显微镜。在广西博物馆灵寿县实验室使用TESCANVAGE4扫描电镜检测样品的微观组织，测定不同相的成分并进行拍照。图例牛城乡一铁路
11、乡村陵园冶铁遗址L1km139ZSG-1ZSG-2ZSG-5ZSG-73冶金遗物检测与分析该遗址该批次样品共计10 个，制备10 个试验样品，炉渣样品共计8 个，炉壁样品共计2 个。样品编号分别为ZSG-1、ZSG-2、ZSG-3、ZSG-5、ZSG-6、ZSG-7、ZSG-8、ZSG-9,炉壁样品编号分别为ZSG-4-1、ZSG-4-2。10 个样品均采集于地表（图3）。成分分析结果（表1)显示未发现铜、铅、锌、银成分。但是ZSG-4-1、ZSG-4-2 号样品在EDX单质扫描中发现硫，本文不展开讨论。8 个炉渣中的含钛量为0%1.38%,FeO、A l,O 3、Si O 2、K,O、T i
12、 O z、Ca O 的平均值分别为9.38%、11.9 6%、49.6 3%、4.0%、0.8 2%、13.35%。炉壁ZSG-4-1、ZSG-4-2 中的含钛量分别为 2.11%和 1.6 1%,FeO、A l,O 3、Si O 2、K,O、T i O 2、Ca0的平均值分别为7.16%、17.6 7%、6 8.9 9%、2.96%、1.8 6%、0.8 2%。同时还检测到各样品中含有痕量Mn。ZSG-3ZSG-85cm140：炉渣样品中Al2O:、Ca O、Si O z 主成分平均值之和为7 5%，属于硅钙铝系炉渣。将经过磨抛之后的样品置于光学显微镜下，可以观察到大部分样品存在大小不一的圆
13、滴状铁颗粒,其中在ZSG-6中的铁颗粒较多，少部分较大铁颗粒直径在2 535m图4)。对金属颗粒A进行电镜扫描，其全铁含量为9 8.9 6%；对金属颗粒B进行电镜扫描，其全铁含量为9 1.1%；其余亮相为金属铁颗粒,灰黑相C为炉渣基体。其他部分样品包含金属铁颗粒，较大金属铁颗粒直径在3050m，较小金属颗粒在5 15m。炉渣基体显微组织主要含有Si十Ca十Al+K+Mg的硅酸盐玻璃相。在个别样品中发现大量锆颗粒（图5），来源不明。Mag332xA、B一亮相为圆滴状生铁颗粒；C一大面积灰黑相为玻璃相。图4炉渣样品ZSG-6背散射图Fig.4Back-scattered electron imag
14、e of slag sample ZSG-6AA一亮相为锆颗粒，成分Zr25.45%、0 2 0.9 4%、Si 7.2 3%、Rb 2.15%、P 1.2 6%;B一灰黑相为炉壁基体；C一黑相为空隙。图5炉壁样品ZSG-4炉壁基体矿相图片Fig.5Optical image of furnace sample ZSG-4有色金属（冶炼部分）（http：/y s y l.b g r i m m.c n）样品编号FeOAl203SiO2K20TiO2CaoZSG-18.4320.0652.572.281.8012.38ZSG-24.38 3.1136.792.020.1446.04ZSG-34.
15、4410.194.074.07 0.891.24ZSG-521.4619.6642.621.74 1.3811.36炉渣ZSG-6ZSG-7ZSG-8ZSG-9平均值9.3811.9649.634.00 0.8213.35ZSG-4-17.9117.5568.063.12 2.110.85炉壁ZSG-4-2平均值7.1617.6768.992.961.860.82注：n.d为未检测到该成分。经检测确定平山冶炼遗址为钙硅铝系，其基体B成分为以 SiO2、A l2 O 3、C a O 为主，结合古代文献记载，实验室数据分析以及国内外炉渣研究现状，判断FoV200m632um16.36mm2024年
16、第2 期4讨论4.1对炉渣性质的讨论基于对8 个炉渣样品 SEM-EDX的检测（表1)，并未发现Cu、A g、Pb、Zn 等有色金属元素成分，且未发现Cu、A g、Pb、Zn 等元素的残存金属颗粒。根据学界已有的研究成果进行判断2-5,排除炉渣为炼铜渣、炼铅锌银渣等有色金属的可能性。表1炉渣炉壁基体成分EDX分析结果Table 1Results of EDX analysis of the basiccomposition of slag samples名称19.528.3854.963.710.3216.185.8212.6471.876.790.722.785.0811.8765.343.
17、761.326.435.929.8068.817.646.4117.7969.932.801.610.798个炉渣为炼铁炉渣，平山冶炼遗址为平山冶铁遗址。平山治炼遗址的样品Fe/Si的平均比值为0.24,冶铁工艺相对成熟。炉渣碱度CaO/SiO2为0.27,(MnO+CaO+K2 O)/(SiO2+Al2 O3)为0.28，炉渣属于酸性炉渣，且高钙低锰。尽管炉渣为酸性，但从矿相观察有玻璃态，流动性较好，是典型的生铁冶炼渣。助熔剂为石灰石。根据发掘报告，B该遗址二号铸铁炉作业坑旁堆放不少废骨料和部分制作中废弃的骨器半成品6 。曹迎春7 指出，灵寿城铸铁炉边骨料的发现，证明中山国的匠人已经在实践中
18、掌握了冶炼时加人骨料来降低熔点的技术。平山冶炼遗址发现的废骨料和废弃的骨器半成品是50um否是用作助熔剂，还需进一步考证。结合炉渣基体成分判断，平山冶炼遗址所用技术为典型的高钙生铁冶炼技术。4.2软融温度为了大致推断该遗址的冶炼温度，根据EDX能谱分析仪样品分析，选取SiO2、A l2 O 3、C a O 的平均/%n.d10.372024年第2 期主成分分别为49.6%、12.0%、13.3%，因三种化合物的成分含量近八成，所以选用SiO2-CaO-Al2O：三元渣系图（图6）较为合适，从图6 可判断该冶炼遗02U201600有色金属（冶炼部分）（http：/y s y l.b g r i
19、m m.c n）.141址的软融温度大致在117 0 140 0。但炉渣中含有少量K,O、C a O 以及过热等因素，综合判定该遗址此类炉渣的冶炼温度大致1.40 0 以上。Sio,1725100Si681345A:A,O3C:CaoS:SiO,80号406080Cao1000CaoFig.6 Distribution diagram of cast iron slag compositions at Pingshan smelting slag(SiO,-CaO-Al,O,)4.3冶炼燃料及原料该遗址炉渣平均含钾量为4%，样品中并不含硫。基本可以排除使用煤作为燃料的可能性。钾含量相比于其他以
20、木炭为燃料的相邻地区的同类型渣型生铁冶炼遗址较为接近。例如，山东临淄故城遗址南部含钾量为3.3%8 1，故城遗址东北部含钾量为4.8%。综合推断平山冶炼遗址使用木炭作为燃料和还原剂。距平山冶炼遗址10 2 0 km的西北、西、南部地区均有小型铁矿的存在，而且发现在其附近还发现一些战国至汉代的炼铁遗迹6 了343。由地图可知，601307512131612651310131514001500139013855451C,AS5901512380145513501470000133520C3A图6 平山冶炼遗址炉渣成分分布图（SiO,-CaO-Al,O,）CAS1555114600091485552
21、1500133560Ci2AAl0,1%本冶炼遗址靠近太行山南侧。通过地质报告可知，太行山南侧含有平顺铁矿和邢邯式铁矿10-1。这两处铁矿可能为平山冶炼遗址冶治炼过程的原料来源。4.4关于炉壁材料的讨论中山国灵寿城的发掘报告记录了两处铸炉遗址，但原貌不清，只能看见红烧土以及黑炭灰等遗物。根据刘海峰的研究可知，战国汉代时期的冶铁炉主要使用了夯土和黏土胚作为炉壁材料，是为单一黏土质炉壁材料体系12-13。结合平山冶炼遗址炉壁残块的成分分析数据以及外观的观察，初步判1525CAA,S200L00880CA220006AL,03CA40100AL,O142：定平山冶炼遗址的炉壁残块为黏土质炉壁材料。4
22、.5冶铁技术的比较公元前38 0 年，中山恒公复国，迁都灵寿。在此之前，魏国魏文侯派太子继位中山君。据考古资料，该冶炼遗址为战国时期中山国灵寿城内冶炼遗址。灵寿城作为中山国都城，其政治经济地位十分重要。战国中山国作为鲜虞族从陕西迁徙到河北后的定居地，其治炼技术并未发现其作为少数民族所表现出的特点，定居地又处在中原地区。所以和中原地区其他同时期冶铁遗址进行技术比较具有十分重要的意义。河北邯郸固镇冶炼遗址使用的燃料和还原剂应为木炭，冶炼过程中添加有碳酸钙，炉渣属铝硅钙系，炉渣主要成分为钙长石，该遗址西北3km有小型矽卡岩型铁矿14。古荥遗址使用的燃料为木炭，加入石灰石作为碱性溶剂15。望城岗遗址使
23、用的高品位铁矿石以纯铁氧化物矿石和含有SiO2、Al,O的铁矿石为主，含SiO2、A l,O 的铁矿石通常还有一定量的TiO2；炉渣均属于硅钙系玻璃态炉渣；在同一地区的黄楝树遗址炉渣成分与望城岗遗址相同16 。铁山庙、许沟、挡赵、翟庄、酒店、何庄这些遗址中的炉渣为玻璃态硅酸盐，炉渣成分以硅钙系为主，使用木炭作为燃料，石灰石作为助燃剂的可能性较大17。而岭南地区的生铁冶炼体系与中原地区并不相同，广西兴业龙旗顶古代铸造遗址发现的生铁铸造炉渣为高铁炉渣，炉渣成分为铁硅锰磷多元系炉渣，其矿料为就地取材18 。与龙旗顶古代铸造遗址相近的胜果寺古代铸造遗址，其炉渣为高锰型锰硅铝系炉渣，以锰矿为助燃剂，矿料
24、选自当地盛产的铁锰共生矿矿砂19 。广东罗定船步铁炉村遗址的生铁炉渣是铁硅铝系高硅低铁渣，没有添加石灰石或锰矿作为助溶剂的明显证据2 0 。反映出中国古代生铁冶炼多元化的发展路径。平山冶炼遗址的炉渣经SEM-EDX背散射检测可知,其炉渣基体为玻璃态硅酸盐。根据学界已有的结论7 以及已有样品成分数据得知，平山治炼遗址加人骨料可能是降低矿石的熔点及增加炉渣的碱度。平山冶炼遗址与固镇冶炼遗址、望城岗遗址、铁山庙遗址、许沟遗址等遗址的冶炼技术水平相近。5结论平山冶炼遗址为炼铁遗址，采用的技术类型为生铁冶炼。炉渣为高钙型，属于钙硅铝系，以木炭作为燃料和还原剂。结合此前考古工作者对该遗址的调查，综合判断其
25、年代为战国。平山冶炼遗址矿料有色金属（冶炼部分）（http：/y s y l.b g r i m m.c n）2005:37.7曹迎春，中山国经济研究M.北京：中华书局，2015:52.CAO Y C.Economic research of Zhongshan StateM.Beijing:Zhonghua Book Compony,2015:52.8杜宁，李延祥，张光明，等.临淄故城南部炼铁遗物研究J.中国矿业，2 0 12，2 1（12）：115-12 0.DU N,LI Y X,ZHANG G M,et al.Study on ancientiron smelting relics i
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