摘要：为加深对先秦青铜熔炼技术的认识，本文采用金相显微观察、扫描电子显微镜及能谱分析法对安阳殷墟孝民屯出土的两类熔铜器具进行化学成分分析和显微组织观察，初步考察这两类熔铜器具的材质、工艺和用途。分析结果表明，坩埚是小型的、敞口式的熔铜器具，而熔炉是大型的竖炉，是孝民屯主要的熔铜器具；不同大小的熔铜器具可以适用于不同大小青铜器的铸造。
关键词：殷墟；熔铜技术；坩埚；熔炉
商周青铜器主要用于制礼作乐和征战防御，以陶范铸造成形为主，其数量之大、器类之多、分布地域之广，在世界古代青铜文明中独树一帜。自20世纪上半纪在河南安阳殷墟发现铸铜作坊以来，已经发掘多处先秦铸铜遗址，如河南偃师二里头、郑州商城（早商）、河南安阳殷墟（晚商）、河南洛阳北窑（西周）、陕西周原（西周为主）、山西侯马（东周）、河南新郑郑韩故城（东周）等。这些铸铜遗址出土了大量用于铸造青铜器的陶范，由于陶范对研究青铜器的铸造工艺有着非常重要的作用，故陶范的科技研究已开展较多；这些遗址还发现了用于熔铜和鼓风的熔炉、坩埚、鼓风管等，但多不完整，且这些考古材料尚未得到系统的整理和研究，使得先秦青铜熔炼技术的复原相当困难。
本文拟采用金相显微观察、扫描电子显微镜及能谱分析法对安阳殷墟孝民屯出土的两类熔铜器具进行化学成分分析和显微组织观察，初步考察这两类熔铜器具的材质、工艺、用途等，以期更科学地复原殷墟的熔铜技术，并且有助于加深对先秦青铜熔炼技术的认识。
一、两类熔铜器具的特征及争议
殷墟是近代中国考古学的诞生地，也是最早发现商代铸铜遗址的地方。殷墟铸铜遗址主要包括小屯东北地、苗圃北地、孝民屯东南地、孝民屯村等，以孝民屯村铸铜遗址规模最大。此外，在薛家庄、小屯西北地、小屯南地、大司空南地和王裕口东南地等遗址中，也出土少量陶范。2000、2001年春季，在孝民屯村东南地发掘5000余平方米，出土有烘范窑、铜绿硬面等遗迹，以及陶范、模、芯、熔炉、坩埚、陶管、磨石、刻刀等遗物，出土的陶范多用于浇注礼器，大部分属殷墟后期，有些可晚至商末周初。2003～2004年，在孝民屯村南部发掘6000余平方米，遗址的主体均在殷墟三、四期，有少量二期遗物。重要的遗迹有范土备料坑、范泥陈腐坑、陶范或模制作场所、范块阴干坑及与铸铜活动有关的祭祀坑等，出土陶范、模、芯、烧土块、熔炉、坩埚、磨石、刻刀、陶拍、刻针、骨锥等遗物。陶范除礼器外，还包括少量兵器、工具、车马器范。该遗址出土的铸铜遗物，数量之多，种类之全，为其它铸铜遗址所不及，可以很大程度上反映当时的生产流程。
早在1958～1961年，在苗圃北地就曾出土过两类熔铜器具。一类是熔炉的炉壁残块，有5000余块，内表面有烧流现象，有的粘有铜渣和木炭，发掘者推测熔炉的结构有两种：一种是盘筑的土炉式，一种是内部涂抹的土坑式，直径都在1米左右。另外一类是陶质熔铜器皿（《殷墟发掘报告》称其为“坩埚”）的残片，有90多块，一种是粗砂硬陶，一种是细砂泥质陶，内表面普遍沾有铜渣，这些残片都不能复原，根据一件口沿标本推测直径为34厘米左右。华觉明考察了苗圃北地出土的熔炉残块，并做了成分分析，发现内表面的烧流层有多量的铜，确定其用于熔铜。 域名库
2001～2004年，孝民屯东南地和孝民屯村铸铜遗址都发掘出土了类似苗圃北地的两类熔铜器具，发掘者认为这两类熔铜器具都为内燃式的熔炉。
一类为炉衬表面不见或极少见铜液的熔炉（图一）。孝民屯东南地和孝民屯村铸铜遗址各出土3000余块，基本都是熔炉被熔融到炉子报废程度而拆除废弃的残块。它们大多为炉，极少数为砂质炉。炉又可分为条筑式炉和堆筑式炉两类，以条筑式炉为数最多。条筑炉的炉壁由里及外共分四层：炉衬层，基体层，壳层，加固层，由于加固层温度低，见水即溶，不易保存，故发现极少。受热的程度由于加热的位置不同而有较大差异，
可以根据其表面烧灼的程度判断它的位置，炉衬表面有少量裂纹或者裂纹稍微熔融的残块多靠近炉口，而炉衬表面陶化层已熔融，且向下流动的残块多数靠近炉底。炉衬多呈浅灰，熔融部分“发亮”，基体和层多呈黑灰。有些炉衬已脱落，暴露出基体泥条部分。此类熔炉依其口径的大小，又可分为大（直径1米以上）、中（直径0.5～1米）、小（直径0.5米以下）型炉，中型炉居多。砂质炉多为大型炉。有的熔炉残片发现有多层炉衬，证明其多次维修和使用。少量炉衬表面粘有铜液和木炭颗粒，有的还有木炭压痕，说明木炭和铜块是放在一起的，属内燃式炉。刘煜等曾经检测过孝民屯遗址东区出土的炉壁，结果显示炉壁可能取自当地的原生土，背面层可能均添加大量的羼和料，一块炉壁上附着的炉渣经检测含铜、锡、铅，推测熔炉内的合金为铜锡铅三元合金。
出租车计价器传感器 另一类为炉衬表面普遍粘有铜液的熔炉，即《殷墟发掘报告》中所谓的“坩埚”。两处铸铜遗址各出土百余块，它们多数为砂质炉，少数为草拌泥炉，出土时均为小片，不能复原。均内凹，推测应是圆形或椭圆形，直径略等于或小于小型炉。此类熔炉多数有数层衬面，每层衬面均粘有铜液，证明它多次修缮和使用。炉衬表面与铜液接触部分呈灰绿，且多已烧成了小孔蜂窝状。基体部分多呈红。较大的一块“坩埚”残片（t2812③：01），上部外侈，为口沿部分。呈红褐，内侧为砂质，沾满铜渣；外侧有草拌泥，大部分已经脱落。
弦长11厘米，弦高1.4厘米，直径，厚薄不一，最厚处可达1.4厘米（图二）。
划线仪 这两类熔铜器具到底与青铜熔炼是何种关系？巴纳（n.barnard）曾提出熔铜炉是从陶窑发展而来的，并设想在陶窑里放置很大的外燃式的坩埚，出铜时坩埚壁被木棍捅破，铜液流出进入沟槽中（图三）。华觉明质疑其坩埚尺寸过大，不能保证合金熔融完全，一捅就破的坩埚壁在熔化过程中很容易熔穿，而且在考古发掘中从未发现过这类遗迹。究竟殷墟出土的这两类熔铜器具是“坩埚炉”的组成部分？还是两类独立使用的熔铜器具？目前为止只有华觉明和刘煜等对殷墟炉壁残块的初步分析，还没有对坩埚残块的科学检测。因此，很有必要对孝民屯出土的熔炉和坩埚残块进行更为深入、系统的科学分析，以揭示这两类熔铜器具的使用方式。 二、分析结果
由于较大的坩埚和熔炉残块不能取样，本文所取的样品是一些较小的残片，共选取了5块坩埚样品、5块熔炉样品、2块熔渣样品（表一），对其分析同样能反映熔炉和坩埚的制作和使用情况。另外，还选取了陶范、将军盔、灰陶和硬陶各1块做比较研究。
切割所取样品的一小部分，用环氧树脂镶嵌样品，经过多道打磨和抛光，在金相显微镜下观察样品，所用的显微镜是北京大学考古文博学院科技考古实验室的leica dm4000m型金
相显微镜。样品经喷碳处理后，用扫描电子显微镜观察物相和作半定量分析。所用扫描电子显微镜为中国社会科学院考古研究所考古科技实验研究中心fei公司quanta 650型扫描电子显微镜及牛津公司生产的能谱分析仪，分析条件为加速电压20千伏。
用扫描电子显微镜和能谱仪（sem-eds）对坩埚、熔炉和其它陶制品的陶质材料做三次面扫后取平均值，可获得这些样品的主量成分（表二）。从表中可以看出，孝民屯坩埚、炉壁、陶范的成分比较类似，sio2多在70%～75%之间，al2o3在10%～14%之间，feo在3%～5%之间，na2o、mgo、k2o和cao多在1%-3%之间，tio2和p2o5都在1%以内。值得注意的是有两个坩埚样品（ax04-2和ax09）有较高的cao（8%～9%）和其它陶制品，将军盔、灰陶和硬陶成分各有差别，其中硬陶比较特殊，有较高的sio2和al2o3含量（75.5%和17.7%），而na2o、mgo、cao和feo等熔剂成分含量较少。
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以下分述各类样品的分析结果：
1.坩埚残片
样品ax02是坩埚残片表面粘有的铜渣层（图四）。从剖面上可以观察到，铜渣有分层现
象，即一层铜渣（绿、黑）和一层耐火材料（砖红）交替出现，共可见5层耐火材料（a，c，e，g，i）和5层铜渣（b，d，f，h，j）。这表明该坩埚至少经历过4次修补、5次使用。每层铜渣都含有较高的铜和铅含量，在j层还残留一块含少量砷的铜铅合金块，表明该坩埚多次熔炼的都是铜铅合金。在这几层耐火材料层中，最外层（a层）是由较多的粉砂级别的颗粒组成，黏土很少，孔隙很多，通过扫描电镜能谱分析可初步判断这些粉砂颗粒多为石英、长石，以及少量云母，有些颗粒开始熔融；c层的组成类似，但是熔融程度高，玻璃态开始填充孔隙；e层已经完全熔融，只残留有较为耐火的石英，孔隙被含铜、铅的硅酸盐或铜的氧化物填充；g和i层已与铜渣融合，不易分辨。
样品ax03和ax04-1内部粘有较多铜渣，背部为红褐的草拌泥，呈红褐，部分脱落，草拌泥中植物可长达2～3毫米（图五）。耐火材料层以粉砂为主、黏土较少、孔隙较多，不过粉砂颗粒较ax02小。ax03有二次修补，从外侧到内侧烧结程度提高，孔洞越来越大。这两个样品内附铜渣都是铜铅合金的熔炼渣，ax04-1的熔炼渣中存在较多铜铅合金块，铅含量不一。
样品ax04-2和ax09都为坩埚的口沿，内侧粘附铜渣，不过ax04-2的耐火材料层和其它坩
埚残片一样为红褐，表明其曾暴露在空气中，经历了氧化气氛，而ax09的耐火材料层为灰，表明其处于相对封闭的环境中，经历的是还原气氛（图六）。耐火材料层以粉砂为主，还有不少较大的砂粒（最大的可达0.5毫米），黏土很少，孔隙很多，烧结程度低，用手触摸即有粉末脱落。ax04-2所熔炼的是铜铅砷三元合金，而ax09所熔炼的是铜锡铅三元合金。
2.熔炉残块
样品ax08-1、ax08-5和ax08-6是草拌泥炉壁（图七），厚约3厘米，其中ax08-1和ax08-5都呈灰，而ax08-6内侧呈灰，烧结严重，有大量气孔，含有2.7%pbo（表三），而草拌泥层则呈红褐。草拌泥层含有大量粉砂，黏土较少，但比坩埚中黏土含量较高。
样品ax08-16和ax06炉壁表面的烧结层（图八）。ax08-16从外侧到内侧烧结程度提高，孔洞越来越大。内表面呈玻璃态，含少量合金成分（5%pbo，0.6%cuo），比耐火材料含更高含量的cao（高达21.6%），mgo和p2o5（表三），表明这是燃料灰和炉壁反应形成的烧结层，其所含的铅高于铜表明有可能并没有直接接触炉料，而是铅较易挥发、易与炉壁反应。ax06是1块较厚的草拌泥炉壁的表面烧结层，表面的玻璃态烧结层含有7.9%cuo
和15.7%pbo（表三）。
3.熔渣
样品ax05和ax08是2块熔炼渣（图九）。ax05含有1块长近4毫米的木炭和锈蚀的厚1毫米多的含少量铅的红铜片。ax08是铜锡铅三元合金的熔炼渣，残留部分熔融的耐火材料，渣中还发现有二氧化锡（sno2）晶体。
4.其它对比陶瓷
陶范axm的面料以粉砂为主，孔隙较多，而背料有较多的粉砂和细砂，孔隙也较多（图一?）。将军盔ax10有较多粗砂和特粗砂，这些砂粒以石英、钾长石为主，基体主要是黏土，有少量粉砂（图一一）。灰陶axg为泥质陶，含有较多的黏土和粉砂，黏土基体已烧结。硬陶axy烧结程度较高，粉砂颗粒已经部分熔进周围的玻璃态基体里，有较多的小孔洞（图一二）。
中频加热>风叶
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