科普| 北宋“中华第一铁花”：从熔铁到溅落的科学解读

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摘要：本文以国家级非物质文化遗产“打铁花”为研究对象，首先介绍其起起源，最初为铁匠祭祀火神仪式，如今凭借震撼视觉效果在与短视频平台走红的背景。接着从科学与工艺角度，详细剖析打铁花的核心环节：在熔化铁水环节，阐述以焦炭为燃料的原因、铁的熔点及焦炭燃烧的相关化学反应；讲解盛放铁水容器的特性、名称、形态与特殊设计；揭示铁水溅射呈现绚丽效果的焰色反应原理及铁元素电子跃迁过程；还说明炉渣安防方面的安全防护措施（如“花勺”材质选择、避免铁水接触水分的原因及相关反应）与炉渣成分、处理反应。旨在探寻这一古老技艺的门道，展现其蕴含的古人智慧，以及传承至今并焕发新生的奥秘。

关键词：打铁花国家级非物质文化遗产焰色反应

一、引言

近年来，一项被誉为“中华第一铁花”的古老技艺——打铁花，凭借其震撼人心的视觉盛宴再度火遍大江南北，不仅频繁亮相于各大文旅盛会，更成为短视频平台上动辄百万点赞的“流量密码”。这项起源[1]于北宋的民间绝技，最初是铁匠们祭祀火神、祈求平安的仪式，如今已被列入国家级非物质文化遗产名录。

当1600℃[2]的铁水被匠人奋力泼洒向夜空，瞬间化作万点金星，如烟花般璀璨[3]却更添一份刚劲雄浑。这背后既蕴含着古人对高温物理的朴素认知，也凝结着代代相传的勇气与智慧。那么，这项看似惊险的技艺究竟有何门道？它又是如何在千百年的时光中传承至今并焕发新生？接下来，就让我们一同探寻打铁花的独特魅力。

图1 打铁花图片（图源于抖音）

二、“铁花”是如何形成的

2.1熔化铁水

（1）铁的熔点

传统打铁花通常采用焦炭（主要成分为碳）作为燃料，这是因为焦炭在燃烧时能够释放出大量的热量（热值高），而且其燃烧温度可达到 1800 ～2000℃，远远高于铁的熔点（1538℃）。

通过控制焦炭的投放量，能够对炉内的热量输出进行调节：投放量越多，燃烧就越充分，单位时间内释放的热量也就越多，铁水升温的速度就越快。

图二高炉炼铁图片（图源于豆包AI生成）

（2）铁与氧气的反应

燃烧过程需要氧气参与，借助风箱或者鼓风机向熔炉内部鼓入空气，以此增加氧气的供应量[4]，能够促使焦炭充分燃烧，进而释放出更多的热量。主要反应如式（1）所示：

倘若减少氧气供应，焦炭容易出现不完全燃烧的情况，导致热量输出降低。工匠可以通过调节鼓风的强度，精准地控制炉内的温度。主要反应如式（2）所示：

图3 氧化铁四氧化三铁图片（豆包AI生成）

2.2盛放铁水

打铁花中用于盛放铁水的容器，堪称这项古老技艺的“关键搭档”。它的核心特性在于耐高温、抗冲击，既要承受上千摄氏度铁水的炽热炙烤，又要便于艺人进行快速操作。这看似普通的容器，实则凝聚着古人在材料与工艺方面的智慧。

打铁花中盛放铁水的容器并无统一的学名，民间大多称其为“铁水瓢”“铁水罐”或“火瓢”[5]。其形态会因地域技艺的不同而略有差异，但核心结构相似：

主体：呈敞口的碗状或罐状，容积较小，方便艺人用单手或双手端持。

把手：多为长柄，材质与主体相同，或经过额外加固处理，以避免艺人的手部直接接触高温的主体部分。

特殊设计：部分容器的内壁会特意做得粗糙，防止铁水因内壁过于光滑而快速滑落，从而便于艺人控制倾倒的速度。

图4 容器图片（图源于1688阿里巴巴批发网）

2.3 铁水溅射

（1）焰色反应

打铁花产生绚丽的焰火的原理：高温火焰使铁发生原子化，金属原子的电子受高温火焰的激发而跃迁到高能级轨道上，当电子从高能级轨道返回到低能级轨道时，就会依据两轨道间的能级差大小发射出具有一定波长的光，从而使火焰呈现出特征的颜色。

图5 焰色反应图片（图源于https://www.bilibili.com/opus/181008566307497464）

（2）铁元素的电子跃迁

高温使铁原子外层电子从基态跃迁至激发态，激发态电子不稳定，迅速回基态时释放能量，以光的形式呈现[6]。不同能量光对应不同波长（可见光范围），形成璀璨的光。

图6可见光范围图片（豆包AI生成）

2.4 炉渣安防

（1）安全防护

舀取铁水的“花勺”常用耐高温的黏土或石墨制成：石墨熔点达3652 ℃，化学性质稳定，不易与铁水反应；黏土中的硅酸盐（如SiO2、Al2O3）具有高熔点，可抵抗高温侵蚀。

铁水接触水分会引发危险反应：水遇高温铁水汽化，生成的氢气与氧气混合可能爆炸；因此工具需彻底干燥，场地避免潮湿。

水蒸气与高温铁反应如式（3）所示：

生成的氢气与氧气混合爆炸如式（4）所示：：

（2）炉渣污染物

打铁花过程中产生的炉渣主要成分为：二氧化硅（SiO2）、氧化钙（CaO）、氧化镁（MgO）等金属氧化物，来自铁水杂质氧化及燃料灰分；

若铁水中SiO2较多，可加入碱性氧化物（如CaO），发生反应如式（5）所示：：

（5）

生成的硅酸钙（CaSiO3）是炉渣的主要成分，漂浮在铁水表面，便于清除。

三、结论

打铁花，这一传承千年的非遗技艺，背后藏着诸多科学奥秘。从铁水熔化时焦炭燃烧的化学反应，到铁水飞溅时焰色反应带来的绚丽光芒，再到盛放铁水容器的巧妙设计等，每一处都凝聚着古人的智慧。它不仅是视觉盛宴，更是科学与文化融合的典范。我们应重视并保护好打铁花，让这份蕴含科学与文化价值的非遗[7]，在时代长河中持续闪耀，被更多人了解与传承。

参考文献

[1] 崔瑞华. 打铁花，传承千年的浪漫（英文）[J].疯狂英语(新悦读),2025(4):50-51，77-78.

[2]常彦东. 文旅融合视角下打铁花的传承与发展研究——以陕西省米脂县为例[J].时代报告(奔流),2025 (5):91-93.

[3]张曦.河头老街“新”意满满[N].唐山劳动日报,2025-09-08(001).

[4]打铁花的人为啥不容易被烫[J].检察风云,2023,(21):7.

[5] 张凤.河南省确山“打铁花”民俗文化研究[D]. 西宁：青海师范大学,2018.

[6]任丽雪,宋娟娟.基于STEAM教育理论的高中化学教学设计研究[J].云南化工,2025,52(9):142-147.

[7]崔艺馨.《打铁花》及其创作阐释[D].沈阳：辽宁师范大学,2020.

作者：周雨桐，陈宇萱，高月然

作者单位：河北师范大学汇华学院

作者邮箱：smilingraintung@qq.com

审稿人：洪标

编辑：朱真逸

审核：佘婉宁

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