矿石可炼,青铜可铸
2019年7月22日 信息来源:丁洁 目前浏览:716次

——2019北大冶金考古实验班学习心得


2019年7月8日—14日,北京大学2019年实验考古暑期班在湖南省桂阳县举行。本次活动参加者来自国内外40所高校及研究单位,近百名相关专业的教师和学生,研究领域涉及考古学、历史学、材料学、文物与博物馆学、文物保护、科学技术史等学科。

本次课程主要由两个阶段组成,第一阶段以学术讲座和实地见习的形式展开,此阶段学习了冶金考古的理论知识并参观了桐木岭遗址、古村落及多个博物馆。第二阶段为实验考古,包括生铁制钢、灰吹法炼银、块炼法制铁、打制银器、坩埚炼铅和青铜熔炼铸造。此次主要从下三个方面进行总结:


一、实地见习——阳山古村

7月9日我们对阳山古村进行了考察,该村落始建于明朝弘治年间,现存古建筑60余栋。古村青山环绕,秀水萦回,特别是村落在布局上讲究天人合一,结构上体现儒家“中和”思想,是民俗文化与古典建筑的完美结合。阳山古村既不是官人建村,也不是商人建村,而是典型的文人村落(图一)。


图一   阳山古村远景

伴着夏雨游历于古建筑间还有些许凉意,穿过天井照下来的微光与古建筑内的昏暗,形成了明暗交织的画卷,真叫人忍不住按下快门。文官府邸不仅在建筑风格和雕饰上讲究,最重要的是,这里大部分的房子还住人,是一个“真实”而“活着”的古村落,不是“标本”,家族的文化传承也令人钦佩。无意间走进一户人家,家里有一对年迈的夫妻,本来觉得打扰到他们的生活颇不好意思,但是老人家热情的迎接了我们,尽管岁月带给老人眼疾,他已经看不清门楣、窗棂上的那些雕饰(图二),但是却把这些清晰的刻在了脑海中,饶有兴致的给我们讲起家族历史、家风、家规,我想传承家风大概就是这样(图三)。


图二  老人讲述家族历史


图三  图窗棂雕饰


二、实验考古——地炉炼铜、青铜冶铸

青铜器文化的繁荣发展,必然根植于矿业、冶炼、铸造工艺的不断进步,所以了解青铜器的“生前事”对于我们这些从事青铜文物修复工作的“身后人”来说大有裨益。此次试实验主要以地炉炼铜和青铜铸造两个方面,从整体工艺流程来看可分为备料、制炉、制范、冶炼、铸造。

1、备料

①碎木炭:要将大块的木炭粉碎为3—5厘米左右的小块,我们先对其进行踩踏破碎,初步破碎之后,找砖块垫在地上,用石头或砖头硬碎木炭,然后拣选3—5厘米的木炭装进塑料袋,每袋装1公斤(图四)。虽然踩踏破碎效率高,但是碎屑多后期利用率不高,手动破碎效率低,但是大小可以自己把控,炭的特定尺寸要求是为了使燃料更充分有效地燃烧而不完全阻隔炉内氧气。


图四  木炭拣选

②选矿:本次地炉炼铜实验的铜矿石为蓝铜矿,矿石质地坚硬,破碎工具我们选择铁锤。先将铜矿石砸成1厘米左右的小块,再挑选铜矿较多的矿石(图五)。这样做一是为了适应炉体大小,二是便于分选出品位更高的矿石。


图五  铜矿石分选


2、制炉

制炉子之前需要多种材料的准备,主要包括泥料、鼓风管、坩埚、鼓风机等。

①建炉泥料:泥料是用细砂、红土(比例为8:3)水和干草段和成草拌泥(图六)。泥料在此实验中主要用于砌炉时填补建炉砖块之间的缝隙,以及阻隔炉底的湿气。耐火材料是用白干土、细砂(比例为8:3)、水、干草段混合而成,主要用来制作炉壁、鼓风管和坩埚。


图六  和泥料

②制作坩埚:先将耐火材料揉搓成一个圆饼,然后往下拗成碗状,再将坩埚周围整理平整,坩埚不能太大,壁的厚度要均匀(图七)。


图七  坩埚制作

③制作鼓风管:将耐火材料糊在竹管上,然后从下面开一个孔,将泥拖出来,形状不能变,管体也不能裂(图八)。


图八  制作鼓风管

④制炉:制炉时为阻隔地下的潮湿,首先在地面上铺上沙子,再挖出一个小坑及放置鼓风管的小通道。在此基础上撒上石灰、砂子、泥料。在坑的四壁糊上耐火材料,接着将泥料、方砖砌在炉口沿,防止填砂部分坍塌,然后与鼓风机相连,最后加入木炭对炉壁进行烘烤,在烘炉的同时将坩埚、鼓风管放置在炉子周围烤干,增加其硬度(图九)。


图九  烘炉同时烘烤鼓风管、坩埚


3、制范

本次是采用墨鱼骨制范,首先找一块合适的平面对墨鱼骨进行打磨(图十),打磨平整后在墨鱼骨1/2处进行分割,分割后描绘纹饰(图十一),墨鱼骨外壳坚硬而内部较软容易塑形,由于其自身有纹理加之内部软也比较容易刻坏。由于太为精细的铜器无法铸造,故此次实验大家普遍制作了单面范,在一面范上雕刻纹饰,另一面上抠出浇注口。我先在一侧范上刻出浇注的形状(思路为制作摆件,镂空设计的双五角星,中心五角星为实心,图十二),然后刻出浇注口的位置,最后合范(图十三)。


图十  打磨墨鱼骨


图十一  描绘纹饰


图十二  剔刻型腔


图十三  合范

本人的经验之谈,在制范过程中,浇铸口开口处要尽可能大一点,将浇铸口设计成上宽下窄的形态,浇道也尽量长一些。这样便于铜液进入范时集中,更重要是产生较大压强使溶液可以充分流动至范内各角落,达到理想的铸造效果,此外也可以防止熔液冲毁造型。在合范时便要检查两片范是否打磨平整,能否对合紧密,如果留有小空隙,可将两片墨鱼骨内侧对内侧进行打磨。另外,要用铁丝对范进行加固,并用泥料将范的左右两侧和下面进行粘固,防止浇铸时铜液外流或两范开裂。

4、地炉炼铜

先将炉子烘热到1000℃左右,再将烘干的坩埚放入地炉中,接着盖上木炭,然后把选好的铜矿石加入炉子中,紧接着在铜矿上加入木炭,铜矿石加热后可见焰色反应(图十四),此后分两次加入铜矿石和木炭,大概持续燃烧25分钟使得铜矿充分燃烧。此时冶炼出来的不是纯铜其中还夹杂着木炭等杂质,于是采用物理方法将渣、还原物与铜分离。此次实验共用5公斤碳0.9公斤铜矿石,0.9公斤铜矿共炼出200多克铜(图十五)。鼓风管只在鼓风口有被烧琉的现象,坩埚基本完整,几乎没有被影响(取铜时被破坏)。第一次实验后对地炉进行修缮,增加了地炉的高度,地炉炼铜实验共两次,两次实验均成功。


图十四  铜矿石加入后可见焰色反应


图十五  纯铜(铜矿石冶炼)


5、青铜铸造

前两次实验由于温度未达到青铜熔点宣告失败,在此基础上我们加装了一个鼓风管,并且将白干泥制作的坩埚换成石墨坩埚,熔融材料由红铜丝和黄铜锭改为熔点更低的青铜锭,由于青铜铸造采用石墨坩埚熔融,所以特意加高、加大了地炉,也提高了鼓风管的位置,这样做便于提升炉地温度。第3次试验,我们在石墨坩埚中放入5块铜锭放入炉中加热,再将小坩埚盖在石墨坩埚上,接着持续加碳,温度达到1100℃左右取出坩埚开始浇铸墨鱼骨(图十六)。将铜液倒入备好的墨鱼骨范中进行浇铸,待铜液冷却后打开范,便得到成型的青铜器物。(图十七)


图十六  青铜浇铸


图十七 浇铸成品

通过几次浇铸实验,发现浇铸失败的主要原因分为以下几点:1、前1—4个浇铸的墨鱼骨范成功率较低(制范成功的情况下),其原因是青铜溶液温度高,墨鱼骨范内侧干燥易燃,所以当二者接触时会产生火焰,导致浇道烧毁(图十八)。2、浇铸时由于未完全将炭渣过滤,炭渣堵塞浇道或浇铸口。3、雕刻的纹饰较为复杂,且未设置排气通道,导致溶液不能填满型腔。


图十八  浇道烧毁


图十九  炭渣堵塞浇道


三、模拟考古

本次课程的最后一天,我们将要对4个冶炼炉进行解刨,解剖由4位考古老师边讲解边带领我们操作。我主要参与的是地炉的解剖,在操作前要对整个场地进行航拍、测量、打点检测(图二十),并且还要详细记录冶炼场地的功能分区,地炉内不同部位炉料的分布情况、炉壁的烧灼程度以及炉壁周围土壤颜色变化与烧结情况,解剖发现炉壁内侧有不同程度的侵蚀,其中鼓风管口侵蚀、烧琉情况最重,对多种冶金遗物以及炉壁进行了取样,并一起讨论如何在考古发掘中辨认相关遗物与遗迹现象(图二十一)。此前我从未参与过田野考古,这次的模拟考古实验让我对田野考古有了更进一步的认识,对遗物的现场提取流程有了更深刻的体验。


图二十  打点检测


图二十一  地炉剖面


四、总结与思考

青铜冶铸实验,有助我们深入探索古人生产生活方式和思维过程,让从理论走向实践,切身体验了青铜器冶炼与浇铸的整个过程。在这次实验中,多次失败的冶铸经历,让我深知制作一件青铜器要经历多少繁复与辛劳,也深刻认识到了每一个阶段和环节都会影响到最终的结果。此次我们铸造的青铜器都为小件,中间却存在这么多的困难,想想那些精美的青铜器,其中又凝聚了古人多少的辛劳与才能。

由于自己是名文物医生,所以我更能理解这些匠人的不易。一个看似普通的工种,日复一日做着简单、枯燥、机械的劳动,其中却凝聚了工匠们的心血与睿智。冶铸和修复都是特别缜密精致的过程,他要求操作者具有极大的耐心和毅力,如今大家都提倡“工匠精神”,但这种工匠精神,可能没有我们想的那么“美好”、“闲适”。那些看似 “美好”的背后必定凝聚着匠人们的智慧、技艺和汗水。

当我再次接触待修青铜文物,面对这些精美的器物有了更多感触,关注点不仅仅是停留在器物造型、纹饰、年代、出土地,还会自然而然的从冶炼、铸造的角度审视它,最大限度还原专属于它的时代魅力。


冶金考古实验班成员合影

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