北京辽代"首钢"现世记：被发现竟源于一次"意外"

　　考古发掘现场

　　3号冶铁炉的结构

　　水泉沟居址遗迹

　　水泉沟遗址地形

　　水泉沟冶铁场的四座冶铁炉

　　◎郭京宁

　　时隔二十四年，北京再次当选中国考古界的“奥斯卡奖”，相当于挖出了辽代的“高新技术开发园区”。

　　2015年4月9日下午，北京国谊宾馆贵宾楼，随着中国考古学会会长、中国社会科学院学部委员、考古研究所所长王巍先生宣布，北京延庆大庄科辽代矿冶遗址群等10项考古发掘项目，从25项终评入围项目中脱颖而出，当选为2014年度中国十大考古新发现。

　　这是北京自1990年金中都水关遗址后，时隔24年后再次当选这一中国考古界的“奥斯卡奖”。多年后的再次入选让人倍感珍贵，也不禁让人好奇：这处辽代矿冶遗址群是怎样被发现的？它凭借什么可以入选“全国十大考古新发现”？“新”发现的“新”在何处？发掘中，又有哪些有意思的事？

　　无心插柳

　　重大发现源于一次“意外”

　　任何重要发现都不是简简单单取得的，如同陕西临潼的几位农民打井时意外发现了兵马俑，大庄科辽代矿冶遗址的发现也伴随着这样的“意外”。2006年9月的一天，延庆县文化委员会的工作人员前往大庄科乡水泉沟村的怀九河大峡谷。当地的村支书听说这里面有文物干部，便随口提及家里盖房子时曾发现过一座“窑”，但不知是烧啥的。这座“窑”有2米多高，残破的只剩剖面。文委的工作人员随即把村里村外都转一遍，又发现了七八座同样的“窑”。有人猜测它是用来烧砖的，也有人说是用来炼铁的，还有人说是用来烧炭的，但都不确定。

　　回去之后，工作人员查阅了相关资料，因为大庄科有明代长城遗址，便推断这些“窑”可能是专门为修长城锻造铁器的高炉。于是，在《北京日报》上发表了《延庆发现8座明代冶铁高炉遗址》一文，各大媒体纷纷转载。

　　水泉沟冶铁遗址发现后，北京科技大学冶金史研究所的专家给延庆文委打来电话，说看到了新闻，希望能到实地看看情况。因大雪封路，又拖了一段时间后，北京科技大学与北京大学的几位专家才得以对这一区域进行田野调查和实验室分析工作。没想到，收获相当丰富——不但确定了水泉沟村的冶铁炉，还在大庄科乡其他地区发现了不少冶铁遗迹和矿产遗迹，并且认定该遗址是燕山地区规模较大、保存最为完整的辽代冶铁遗址，这样一处遗址应当通过发掘来进行进一步研究。至此，大庄科的古代矿冶群揭开了神秘的面纱。

　　有了严密前期论证的大庄科辽代矿冶遗址群自然顺利通过了国家文物局的批准，2010年，该遗址群被列为国家文物局重大文化专项“指南针”计划研究课题。以此为契机，工作人员对大庄科开展了系统、科学的调查工作。

　　2011年至2014年，北京市文物研究所联合北京科技大学、北京大学对整个遗址群进行了多次调查与三次发掘工作，成果十分丰硕：发现矿山5处：榆木沟、东三岔、香屯、东王庄、慈母川；冶炼遗址3处：水泉沟、汉家川、铁炉村（由村名即可见这个地方冶铁历史由来已久）、慈母川；居住及作坊遗址3处：水泉沟、铁炉村、汉家川。这其中，水泉沟的生产链条较为齐备，在遗址群中居于核心的位置。

　　此外，考古人员在冶铁炉的地层中，发现了大量辽代瓷片，与北京门头沟区龙泉务窑辽代瓷片相同，还有“开元通宝”、“至道元宝”、“景德元宝”、“祥符元宝”等唐宋钱币，又对冶铁遗物进行了碳十四测年。两者结合，判断出这些冶铁高炉的年代距今已有900-1000年。

　　所以，虽然评上的是2014年度“新发现”，但其实前前后后的准备工作已经经过了十年的时光。十年磨一剑，大庄科矿冶遗址群的工作也证明了考古工作者科学、严谨的态度。

　　辽代“首钢”

　　先进工艺印证《天工开物》

　　水泉沟冶铁遗址共发现辽代冶铁炉7座，其中发掘了4座。它们从类型上可以分为两类：1号和3号炉横截面呈圆形，炉体高大；2号和4号炉横截面呈长方形，炉体略小。

　　其中，3号冶铁炉保存较好，是国内迄今唯一发现的具有完整圆周结构的冶铁炉。它采用单风口倾斜向下鼓风，炉身内收明显，有明显炉身角、炉腹角，其收口式结构符合常规设计。同时由于炉身的收缩程度明显大于辽代之前的夯土竖炉，可以起到更好的保温作用。

　　这种圆形竖炉可以在尽量低能耗的条件下，通过受控的炉料与煤气流的逆向运动，高效地完成还原、造渣、传热及渣铁反应等过程，得到化学成分和温度较为理想的生铁，供下一步工序（铸造、炼钢）使用。一座3号炉，展现了炉型设计、科学配料、鼓风技术和炉内气流控制的完美结合。

　　如果按照辽代炉容×单位炉容产量的方法计算，3号炉可日产铁约1.2吨。年产量以连续顺产5个月计，约180吨。

　　此外，2号炉的双鼓风口结构也是首次在考古中发现。已发掘的4座炉子，炉内结构完好，鼓风口清晰可见。它们丰富了古代冶铁竖炉炉型体系，在中国古代冶铁高炉的炉型演变过程中起到了承前启后的关键作用。

　　在水泉沟遗址中，专家还发现了两种炒钢炉。一种是在3号冶铁炉后直接炒钢，将炉渣入炒钢炉，这样就近炼钢可以减少能源和物料消耗，是一种先进的炒钢工艺。在水泉沟的这项考古发现之前，这种钢铁联合生产的最明确证据来自明末宋应星《天工开物》中的记载。这一发现从实物角度将中国的钢铁联合生产至少提前了约500年。还有一种是独立炒钢，即把铁渣运至远一些的炒钢炉再炒钢。

　　辽代设“五京”，北京是其中之一的“南京”。从此，北京从中原王朝的边疆重镇一跃成为北方游牧民族王朝的陪都，揭开了它历史上崭新的一页。大庄科矿冶遗址群所在区域历史上是宋辽之间的战场前沿地带。这些遗址既可能是生产兵器等军用产品，也可能生产生活用具。它们还是冶铁技术自中原地区向边远地区传播的证据之一。辽灭国以后建立的西辽国，是中国古代生铁技术向西方传播的重要力量之一。所以这项发现必将深化冶铁技术交流与传播的研究。

　　《辽史·食货志》中记载：“太祖征幽、蓟，师还，次山麓，得银、铁矿。命置冶”，意思是：辽太祖到幽州、蓟州（今北京）打仗，班师的途中，在山根下面发现了银、铁矿，便命人开发。这也和大庄科的情况高度一致。因为大庄科处于燕山余脉中，且也发现了银矿。《辽史》素以简略著名，但近年来的多项考古发现证明，虽简可信。所以，虽然不能说《辽史》上的记载就一定是大庄科，但可以说大庄科辽代矿冶遗址群的发现印证了文献上的记载。

　　试想900多年前，在辽代的大庄科地区到处高炉林立，人们繁忙地拉着风箱，冶炼出一炉炉铁水，再运到别的地方，铸造出一批批的兵器和马具，维系着辽王朝统治。其地位一点也不亚于今天已迁出北京的首钢公司。

　　科技应用

　　现代科技在考古中的全程参与

　　不得不提的是，这次发掘工作的一大亮点就是现代自然科学技术和方法在考古中的全程参与——在冶金考古领域，首次开展了基于三维激光扫描的炉型复原、引入专业软件对炉内冶炼工艺进行数值模拟辅助分析和冶铁实验考古。

　　专业名词高冷不好懂？其实不难弄明白：例如，“专业软件对炉内冶炼工艺进行数值模拟辅助分析”就是用计算机对竖炉内部状态进行数值模拟，包括均等透气性条件下的三维模拟、考虑软熔带整流后的全炉流场二维模拟、炉内温度场模拟等。此前这项技术只有一位英国学者实践过，因此不仅是国内首次，也是亚洲首次。

　　而“冶铁实验考古”则是根据3号炉的数值，按比例在山西复建了一座冶铁炉，并进行了冶铁实验。真刀真枪炼了几把铁，同时对炉内温度、鼓风、煤气实时监测。

　　此外，还进行了矿石的科技分析、通过炉渣分析看冶炼技术等。这些结果表明辽代工匠已经有了很好的耐火技术和渣铁分离技术。

　　对地层孢粉的分析说明，辽代的大庄科广种栗树。这些栗树并不是为了吃果实，而是在冶铁过程中可以提供充足的燃料。从孢粉分析还可以看出，辽代之前，这里的主要树木是冷杉。而栗树比冷杉燃烧时火力更猛，更适于做燃料。大庄科的植被茂盛恐怕是它能成为冶炼遗址的重要原因。根据推算，当时每产1吨铁需要燃料木炭6-8吨。而日后这处遗址的凋零，可能也和燃料用尽有关。

　　获选理由

　　系统、完整展现了辽代冶铁工业生产情况

　　辽代的采矿遗址不是第一次被发现，炼铁炉也不是第一次被发现，但从采矿、冶炼，到工匠们工作、居住场所的“一条龙”遗址群，大庄科乡可以说是独一份，不仅反映了辽代冶铁制钢工艺的流程，也展示了当时冶炼业生产生活的组织管理情况。此次能够入选“全国十大考古新发现”，各路专家们也是看中了他的全面性和系统性。

　　大庄科矿冶遗址群能够入选“十大”，除了他的全面性和系统性，也与近年来社会和学界对手工业考古越来越重视息息相关。而且冶炼与制陶等手工业有着明显不同，抛开后来大规模生产的制陶业不说，最初诞生的手工制陶全套过程都可以由一人完成，去山上挖筐土就是原料，手捏就可成型，院子里点一堆火就能烧成。但一枚不起眼的铜片、铁片背后，就是一个完整的产业链，从最初矿料的开采，到矿料的加工冶炼，再到浇筑成型，直至最终产品运输，进入使用环节，每一步都要耗费大量的人力物力，需要强有力的机构进行组织协调。随着考古学研究的深入，学者们不再满足于对器物进行分析，而是想要更进一步探寻人类社会发展的内在规律，冶金考古也正是在这样的背景下日渐兴盛。由于钢铁在整个冷兵器时代都享有极高的地位，换句话说，就像现在的钛合金或超轻碳纤维之类的，属于高新技术产业，所以对钢铁冶炼的研究也成了冶金考古研究中的重中之重。

　　据《金史》记载，此次大庄科矿冶遗址所处的辽代“以镔铁为号”，更是将钢铁作为了一朝的象征。创立辽代的契丹族原是游牧于辽水之上的民族，本就好打猎之类的活动，而且辽宋长期对立，对铁箭镞、铁刀等武器的需求量特别的大，发现这一时期的冶铁遗址又怎能不重要。大庄科矿冶遗址群就相当于挖出了辽代的“高新技术开发园区”，为我们完善古代冶铁技术体系打造了重要的一环。

　　故宫博物院前院长、著名考古学家张忠培教授一直关心这项发现，他评价，“大庄科矿冶遗址群不是仅仅发掘了几座冶铁炉，而是发现了从采矿到冶炼的遗迹，并且找到了冶铁工匠工作、生活、居住的地方，遗址类型比较系统、丰富，取得了重要成果，填补了辽代冶铁史的空白，具有重要意义。”

　　本版供图/郭京宁（本文作者系北京市文物研究所副研究员，2011年、2012年水泉沟考古发掘工作领队）