中国能炼“生铁”原因：考古取得重大发现，难怪中国长期世界第一

所谓“生铁”，就是含碳量比较高的铁（熟铁含碳量最低，钢的含碳量介于熟铁与生铁之间），特性是硬而脆，但有一个优点，就是冶炼出的生铁是液态，可以浇在模具中塑形成器，14世纪前欧洲是块炼铁，得到的是一种半融化的海绵铁，需要锻打成器。因此，只要掌握生铁冶炼技术，就能较低成本的批量铸造铁器，块炼铁远做不到这一点。

春秋时期，还没有生铁韧化与炒钢等技术时，由于生铁虽硬但脆，不太利于战场厮杀，因此就被用于农业，国语中“美金（青铜）以铸剑戟，恶金（铁）以铸鉏、夷、斸，试诸壤土”即是如此。大量铁制农具出现，导致农业生产力大幅提升，于是农田变多、粮食增多，进而井田制崩溃，以及战国战争规模越打越大。

战国秦汉，中国发明了生铁韧化与炒钢等技术，让铁制兵器整体性能逐步超越青铜兵器，于是汉朝以铁制兵器为主。因为兵器优势，所以汉朝才有“一汉敌五胡”之说，比如汉朝陈汤说过“夫胡兵五而当汉兵一，何者？兵刃朴钝，弓弩不利。今闻颇得汉巧，然犹三而当一”。

总之，中国春秋时期出现的生铁冶炼技术，无疑是革命性的划时代的发明，对世界历史与文明进程的推动作用可能不下于蒸汽机的出现。

问题在于：为何中国能发明生铁冶炼技术，而中国以西却只能使用原始的块炼法冶铁？对此，现代考古破解谜团，中国发明生铁冶炼技术可谓水到渠成，是建立在庞大技术体系上的自然而然出现的一个发明，并让中国真正进入“铁器时代”。

烧制陶瓷技术

冶金是制陶的副产品，因为在烧陶过程中，会无意中投入一些含铜含铁等的东西，结果会烧出金属。然后，因为金属更硬且奇特，会诱使古人继续探索，最终发明冶金术。但这有一个前提，就是要有足够的炉温，不然矿石无法融化或半融化。

距今243万年前，山西西侯度人已经用火。

距今2万年前，江西万年仙人洞人掌握制陶术。

距今万年左右，中国浙江上山文化烧出彩陶，炉温在800度左右。

距今5000多年前，湖北屈家岭文化的黑釉陶，山东大汶口文化黑陶，都表明当时炉温达到1000度左右。

接下来，再想大幅提升炉温，其实已经很难了，除非增加鼓风设备，或改进燃料，或改进炉窑。上图，夏代已有鼓风设备的证据之一。

孙淑云主编的《中国古代冶金技术专论》和李延祥等的《牛河梁冶铜炉壁残片研究》中提到：距今4000年内，夏代时的辽宁凌源县牛河梁夏家店下层文化遗址，考古发现冶金遗址中的鼓风孔，推测是人力通过吹管鼓风；随后在内蒙古赤峰林西县大井古铜矿，夏家店文化上层，相当于夏代中晚期，又发现非人力的鼓风吹管。从人力到非人力的鼓风吹管，这显然是技术演进。

除了鼓风，在炉窑设计上也有进步，从新石器时的横穴窑、竖穴窑，演进到商代的龙窑。

总之，技术进步使得炉温提升，直接的结果是夏代时期已能烧制“原始瓷器”，即炉温硬性要求在1200度以上。关于原始瓷器，福建泉州永春县“苦寨坑窑夏代遗址”出土过，商代时期出土就更多了。

铁的熔点较高，但加了碳之后，熔点会降低，含碳量为4.3%左右时的熔点约为1148℃，低于或高于这个比例时熔点会增高。也就是说，夏代能烧瓷，就意味着当时炉温能冶炼出生铁。

能够烧出瓷器，是不是意味着立即就能大规模炼生铁？当然不能。除了冶铁技术之外，还涉及到成熟掌握相关炉温，以及炉温技术普及。毕竟，当时没有标准化、没有科学检测设备等，很难一直得到高炉温。很多专家学者都忽视掌握技术成熟与普及问题，只要西方有某个先进孤品，就认为怎么样怎么样，缺乏基本常识，后续没有普及或说明是偶然得到，或说明技术存在严重缺陷。

青铜冶炼技术

相比冶铁，青铜冶炼炉温要求要低得多，虽然铜的熔点为1084度，但加了“砷”或“锡”之后，熔点降低到900度左右。早期青铜主要属于砷青铜，夏代之后中国是锡青铜。也就是说，将制陶技术拿过来适当改造，可以比较轻松的适应青铜冶炼。

但光有这些技术，可以制造少量的或小型的青铜器，如果制造大量且大型青铜器，肯定就不行了，这需要能够承受高温铜液的容器——坩埚，铜液制器工具——模具等。而在这些方面，中国龙山时代到夏商时全部解决。

首先，坩埚看似貌不惊人，但却是金属冶炼中的重要工具，因为必须要能承受高温，否则铜液、铁液往哪放？中国夏代之前已有坩埚，但起初承受温度不高，后来夏商周逐步改进，才逐步提升承受温度。东周之后，采用陶瓷土与石英砂混合制成陶瓷坩埚，可承受1200度高温，已经可以承载生铁了。

其次，制陶需要相应陶窑，炼铜也需要相应铜炉。一般来说，有两种炼铜办法，即坩埚炼铜（受限于坩埚，属于小规模炼铜，也可以坩埚炼铁）和炉窑炼铜。上个世纪，在湖北大冶铜绿山古铜矿遗址出土的春秋早期炼铜炉，经过整体复原之后将近4米高，与春秋秦汉冶铁高炉基本一样，冶金专家李延祥指出“考察它的结构，证明其完全符合现在高炉冶炼的要求。”

需要注意的是，汉代高炉一炉就能炼一两吨生铁，产量非常巨大，远非国外能够相比。块炼法冶铁一炉只有几公斤到上百公斤，两者产量根本无法相提并论。

第三，在液态铜液的基础上，中国很早就发明了陶范铸造技术，就是将液态青铜浇铸到陶范里成器。因此，只要做好陶范，就可以铸造出各式各样的青铜器。生铁也是液态，完全可以将这一套技术平移过来使用。目前，考古发现的最早生铁制品，是2700年前山西曲沃“曲村-天马遗址”发现的两件铸铁器残片。

总之，在烧陶过程中，中国解决了炉温问题，青铜时代解决了坩埚、冶铁炉、铸造方法等问题，在这些技术基础上，自然就能实现冶炼生铁，这是水到渠成的。因为铁总体性能超过青铜，兼之铁矿居多且需求驱动，最终战国秦汉逐步解决铁制兵器不足，之后铁器真正成为主流。

相比之下，虽然西方人说冶铜、冶铁技术都起源于西亚，但可以肯定的是，中国以西没有生铁冶炼与液态生铁浇铸的铸造技术，史记记载“大宛以西至安息不知铸器”，后来汉人教会他们铸器，欧洲是14世纪后才学会冶炼生铁、才有铸造铁器之说。至于西方有没有青铜铸造技术，以史记说“不知铸器”看，当时估计依然没有，或者说即便有，也是规模极小的炼铜铸器，技术不成熟不普及。

上文可知，使用生铁可以批量铸造的铁器，虽然较脆，但却可以运用到农业等很多地方，至于兵器等铁器，战国到秦汉就发明了生铁韧化、炒钢、灌钢等技术。也就是说，不同的应用场景，都有对应的技术解决方案，这就让铁器真正普及，但欧洲与中国存在本质差别。

因此，中国是真正进入铁器时代，铁器进入社会方方面面，普通人也能拥有铁器；同时，战国秦汉之后中国进入中央集权时代，可以组织大规模冶铁（生铁冶炼需要组织大量人力）........总之无论铁器质量还是产量，都远非中国以外的国家所能相比，中国自然就能长居世界第一。

当然，通过丝绸之路等方式，中国这些技术也不断向西扩散，推动全世界真正进入铁器时代。不过，因为除了中国之外，鲜有中央集权国家，而大规模生铁冶炼需要组织大量人力，所以长期以来，其他国家铁器相对中国来说依然不够普及，考古出土的铁器数量即是明证。

参考资料：《光明网——李延祥：钢铁冶金与秦汉时期中华文明的发展》等