湖北水窑家湾遗址出土陶范的调查与研究

湖北水窑家湾遗址出土陶范的调查与研究

2006年3月，范铸遗址在黄疸区瑶家湾村发现。经过调查发现,窑家湾遗址面积,约有2万平方米。在周围2平方公里的范围内,还调查发现了同时代、同性质的铸造作坊遗址3处,有的地方文化层的堆积厚度达10米多。发掘9个方后,取回各种陶范1万多件。从文化层的属性及共存物看,该遗址的时代应为北宋至明代中期。经数年来对该遗址出土陶范的研究,认为大多是铸造容器的范。窑家湾遗址发掘标本的主体是锅范、锅芯,型制接近,但尺寸不同,复原后的成品锅直径约从16厘米～64厘米不等,总量占出土遗物总数量的95%以上。经对陶范表面进行化学成分分析后得知,是铸造铁器的范。据县志记载,北宋时因巴河中产铁沙,当地人在巴河中淘沙炼铁铸锅。考古调查发现,至今巴河中仍产铁沙,仍有人淘沙炼铁。经研究认定,该遗址为北宋至明代的铸铁遗址。现根据看到的当地遗址状况,以及出土陶范的状况,作如下分析与研究。一、水陶范的焙烧工艺在当地的发掘现场可以看到,破碎的陶范及相关陶质遗物堆积较厚,深处可达10米。在方圆10万平方米的农田范围内,基本是随处可见到陶范及其与之相关的遗物。从8个探方中挑捡回约1万件陶范计算,只这一处遗址的地下陶范数量,估计会远超过100万件以上。宏观上看,其规模十分壮观。从出土陶范的几何形状看,绝大多数陶范的器形象锅。又据县志记载,当地在北宋时期大量铸造铁锅,因此,可以将这个遗址认定为一个大型的古代铸铁范铸遗址。从遗址的文化层堆积看,陶范基本没有完整的。从残存的形状看,多是用于铸造圆形如锅或盆状的器物。从几何形状看,绝大多数陶范的范面为圆形的凹面,范面基本都存在黑灰层。从基本都有黑灰层看,这些陶范绝大多数都应是浇铸过金属液的陶范残块。在山西侯马、陕西周原、河南殷墟等铸造遗址中出土的陶范表面,多存在一层黑灰层,说明这些陶范是经过了浇铸的,但这层黑灰层的厚度非常薄,这一现象说明,这些范是经过了铜液的一次性浇铸。而在浠水遗址中出土的陶范,其范面的黑灰层却较厚,可看到有5mm以上,甚至还有更厚的约10mm,一般最薄的也有2mm。从范的焙烧工艺角度看,如果是在氧化焰的氛围中烧造,烧成陶范的内外面都应是红色。如果是在还原焰的氛围中烧造,烧成陶范的内外面则都应是灰色或黑色。浠水出土的陶范型腔面为黑灰色,而范的背面(外面)则全部为红烧土的本色。这一现象说明,浠水陶范刚从窑中焙烧好后取出来时,其范的型腔面与范的背面都应是红色,但浇铸过一次后,范的型腔面就会成为黑灰色,而范的背面仍然会保持本来的颜色。其范面黑灰层能有如此的厚度,说明浠水遗址中出土的陶范,绝大多数是经过了多次浇铸反复使用的结果。在范面可以看到,黑灰层的泥料十分细密,背面红色的泥料却十分粗糙,两个面形成了鲜明的对比。这一现象说明,制范时使用了两种泥料,即面层使用了细泥料,背层使用了粗泥料。在陶范的两个面,具有两种完全不同的颜色,范面为黑灰色,范的背面为红色。新制出泥范时,不可能形成如此大的颜色差异,都应是当地的泥土色。因泥范含有大量的水分,经阴干后必须在窑内进行焙烧,焙烧后的陶范应该两个面都是红色。一旦进行了浇铸,凡接触过铁液的面就会变成黑灰色,没有接触到铁液的背面,始终保持了原来的红烧土色。在商周遗址中出土的陶范,其表面黑灰层的厚度都非常薄,几乎用常规的量具难以量出厚度。商周青铜器的器形都相对复杂,一般是只浇铸一次后,由于陶范与青铜器之间产生负压,取出青铜器后,陶范多破碎了,没有机会浇铸第二次。由于多是一次性浇铸,造成商周陶范表面的黑灰层一般都较薄。而浠水遗址出土的陶范,只要表面留下了黑灰层,其厚度都在数毫米以上。这一现象在古代的范铸遗址中是十分少见的,其形成的原因,应是反复浇铸使用所致。从浠水遗址中出土陶范的范面几何形状看,绝大多数为素面的弧形器,即锅的形状,其器形十分简单。由于其斜度大,制范后十分容易脱模,浇铸后的铸件又十分容易脱范,反复浇铸使用是完全有可能的。直至上个世纪的七十年代,民间尚有走街串巷的工匠采用“硬型浇铸”的方法铸锅,其型属于永久性型腔,可反复使用。在陕西的周原遗址、安阳的殷墟遗址、洛阳的北窑遗址等这些商周范铸遗址中出土的陶模及陶范,皆是多种多样的,特别是在侯马的铸铜遗址中,出土陶模陶范的器形及品种更是数不胜数。而在浠水遗址中出土陶范的形制,基本全是铸造锅形器的范,只是尺寸上的差异。当然,在该遗址还见到有其它一些明显不是锅型的范,但其数量较少,大量生产的还应该是锅。因此,锅是该遗址的主要产品。二、陶范、封规范、照明、排水工段浠水县窑家湾遗址除大量出土了具有黑灰层的陶范残块外,还出土了有足范、陶拍、浇口范、铁水堵头、球形支垫、犁铧范及一些暂不能识别用途的陶范遗物。下面,针对遗址出土与铸锅直接相关的陶范,及一些相关的遗物进行工艺上的分析。1.足模上的不同除有弧形的锅范外,还出土各不相同的足范,有粗细长短之分。图一为足范中较细较小的足范,可看到范内安置有泥芯,说明是要浇铸空心足。在见到的足范中,多为完整的红色足范,皆是未浇铸过的双合范。所谓双合范,即两块范对合成为完整型腔的范。由于足的形状不是直桶形,是上粗下细的兽足形,足蹄部位外撇,两块范必须是反向对称,这就需要在两个反向对称的足模上分别制范。在出土的各种陶范中可看到两种现象,凡没有直接与附件如足、耳等连接的陶范残块,绝大多数具有较厚的黑灰层;凡与足范、耳范等附件直接连接的陶范残块,皆是没有黑灰层的残块。从范铸逻辑而言,凡经过铁液浇铸过的范面,必然会在范面留下明显的黑灰层;凡经过铁液浇铸过有足的锅范,开范取锅后,足范及与足结合部位的腹部范,都会破碎而难以保持完整。所以,在我们所看到出土的完整足范中,都是没有经过浇铸的足范,其范面都没有留下黑灰层,而都是未经过浇铸的陶范本身的红色。2.挡墙堵头的措施遗址出土了许多用于堵熔炉金门的堵头,圆柱形,长约20多mm,一头粗一头细,两头为平面。根据遗址的面积及出土陶范的数量看,其规模相当大,而铸锅的泥范造型相对简单,又是连续使用,这就要求有相当多的熔炉化铁浇铸,才能与范铸规模相配套。一般而言,熔炉很少有一次性使用的,多是可以进行连续化铁的熔炉,包括古代也是一样,其工作的原理是边化铁边放铁水,只是中途需要将熔炉下面放铁水的孔堵住。直至今日,一般铸造厂的三节炉(小型冲天炉)化铁时,为防止逐渐熔化的铁液流出,先将炉下面的放水孔用泥料堵着。当需要放铁水时,再将堵在放水孔中的泥料捅破,使铁液流出。当将铁液放到适当的量时,再用新的泥堵头将放水孔堵住。正常开炉情况下,铸造厂都会提前制作出一堆泥堵头,放在化铁炉边随时待用。这些堵头都是一次性使用,一旦堵入放水孔中,堵进去的部位就会被烧结,捅开放水孔时,泥堵头就会破碎。所以,每开炉化铁必备一堆泥堵头随时待用。古代熔炉的金门,即是现代熔炉的放水孔。在浠水范铸遗址中出土了相当数量的堵头,就不足为怪了。由于堵头使用一次就会破损,所以,我们在遗址中看到的堵头,都是还没有使用过的完好堵头。图二是该遗址出土的金门堵头,一头大一头小形成楔形。可看到在堵头的中部糊有一周泥料。当铁被熔炼好后,需要从金门释放出来浇铸,释放完或释放到一定的量时,需要再将金门堵住。金门的孔径不等于堵头的直径,金门的孔径只会大于堵头前端的直径,小于堵头后端的直径,当堵头堵入金门的孔后,不可能如现代机械中的公差配合那么严实,应有许多缝隙。为防止铁液流出,最省事也是最有效的方法,就是用稀泥将缝隙糊严实。所以,在出土的这个堵头上糊泥的部位,正是堵熔炉金门孔的部位。3.范面的修补遗址中出土了相当多的陶拍,圆形,直径约6～8cm不等。图三为一个陶拍的两个面,可看到左边是正面为微凸的面,背面有三个凹坑,人的母指食指及中指正好可以将其捏起来使用。前面提到该遗址出土的范多属于可以反复使用的锅范,当合范铸锅时,是范与芯之间的空间为锅体的型腔,铁液的浇铸温度一般会在1400℃左右,充型过程中总会将范面的个别部位烧结。当铁液充满型腔后,在凝固的过程中,由于铁锅的体积会出现收缩,会出现范面的个别部位被锅表面带破。为了可以继续浇铸出无铸造缺陷的锅,就必须将范面被粘破的部位修补完整。修补范面十分简单,只需要在破损处敷上一些土料,将敷上的土料压平与范的弧面平行即可。由于范面是凹形的弧面,这就需要有一种凸形的工具。在遗址中大量出土的陶拍,正适合用于范面的修补。所以,这种陶拍应是修补范面破损处最好的实用工具。4.泥芯的厚度和厚度从青铜时代至今,凡铸造空腹器,都需要泥芯来完成。如青铜时代的鼎、簋、尊、爵、斝等,皆是靠在范腔内安置泥芯来实现空腹,又如现代铸造管状器、桶状器、机械设备等所有的空腔器,也都需要在砂型中安置泥芯来完成铸造。凡锅皆为空腹,也必须在范腔内安置泥芯,才能铸出空腹的锅。在遗址中,还出土有几何形状类似模但也象泥芯的遗物,经研究后认定,此物应为泥芯。从几何形状而言,锅的模与泥芯一样,其区别只是在尺寸上的大小。模的尺寸稍大,芯的尺寸稍小。在模上制出范后,范内安置的泥芯尺寸必须小于范腔的尺寸,范腔与泥芯的尺寸差,就是锅的厚度。在图四中,上面为遗址出土的泥芯(陶质,习惯称为泥芯),在两个白色箭头所指之间,是一周芯头。从上个世纪50年代生活过来的人们都见到过铁锅,锅的口沿都是到右边的箭头为止,所以,箭头以外的部位为芯头。芯头的作用,是在范包中顶着范的芯座,使得范与芯都得到定位,泥芯就不会出现偏心,从而保证了锅的厚度均匀。在芯头以外的一周,可看到全是破碎了的创伤面,说明芯头以外本有个分型面被破碎了。下面的线图,是根据上面泥芯的几何形状绘制的完整泥芯复原图。图中的数字1为锅的内腔形状,数字2为芯头,数字3为底平面,同时又是合范的基准面。将范的底面落到泥芯的这个平面上就被平面顶住了,再不可能低于这个高度,从而保证了范与芯之间的间隙。又有芯头控制着范的位置,从而保证了范与芯之间的空腔不会偏心,这就保证了铸出锅的厚度均匀。从出土泥芯的几何形状看,其芯头及分型面的设置,对于铸锅质量的保证,是至关重要的。5.浇口杯补缩在遗址中还出土有专门制作的浇口杯范,圆形,圆桶状,上粗下细似漏斗形,长约10cm。在青铜时代及现代的铸造工艺中,都会使用浇口杯。使用浇口杯有三个作用,其一是为了减少范的厚度,其二是提高了金属液的浇铸高度,其三是增加了金属液的补缩压力。假设没有浇口杯,又需要有足够的浇铸高度及补缩压力,就只有增加范的厚度到要求的厚度。如果范的厚度增加了数倍,即增加了泥料、增加了重量,又增加了制范时间,更增加了泥范阴干的时间及焙烧的时间,这是一般铸造工艺设计都会尽量避开的工艺。解决这些问题最有效的方法,就是制作出浇口杯,浇铸时,将浇口杯叠压在陶范的浇口上,就彻底解决了以上的诸多问题。所以,从青铜时代至现代的铸造工艺中,始终都在使用浇口杯工艺进行浇铸。在浇铸过程中,当金属液充满型腔后,由于金属液是膨胀过体积的物体,在凝固过程中,其体积必然会还原到没有膨胀的体积。当将金属液浇满型腔时,其体积是膨胀的,是暂时的,是要收缩的。在不断收缩过程中,就需要有更多的金属液来进行补缩。如果没有补缩的来源,必然会在铸件上出现明显的铸造缺陷,因铸件本身必然会经过收缩过程。因此,一般都会将浇口设置成上粗下细,其目的是叫下面的金属液先进行收缩,上面粗凝固的慢就可以给下面的金属进行补缩。一般铸件的壁厚尺寸都会小于浇口的直径,都会比浇口先期凝固,由于重力下沉原理,从上向下进行补缩,这就是在范外叠压一个浇口杯起到的作用与功能。图五为浠水遗址出土的一个浇口杯的两个面,左边为浇口杯的上面,右边为下面。可看到,上面的口径大,下面的口径小。从上面口沿的破损处可以比较看出,上下两个面都是原始的造型面。在浇口杯下面的圈外糊了一层泥料,显然是为了防止在浇铸时金属液从浇口杯的底部溢出。这种在浇口杯底部糊泥的方法,在至今的铸造工艺中也仍在使用。6.泥芯的透气性和浇口杯根据对以上遗址出土各种范铸遗物的分析研究,可以推断出其铸锅的范包结构。对于铸造锅这样的几何形状而言,只需要一个范扣着一个泥芯即可浇铸。铸造锅一般都是底朝上在锅底部的中心设置浇口,由于锅外多是圆形且多是素面,其拔模斜度大,不存在范脱不了模的问题。所以,造型时多是只用一块范,就可将整个锅的外部型腔都造在了范中。而锅内腔的几何形状与锅外部是平行的,铸造时是靠泥芯完成锅内腔的形。因此,只需要一个范及一个芯的配套组合,就可铸造出完整的锅。图六为复原的铸锅范包结构剖面的推想图,在图中,最下面为泥芯,中间为锅范,最上面为浇口杯。因从出土的泥芯上看到背面并不厚,因此知道泥芯下面为空腔。在现代铸造工艺中,浇铸时讲究型腔的透气性,因现代多用砂料当耐火材料,砂型往往含水,而浇铸时水份遇到高温的金属液就会立即膨胀体积,根据温度的高低,水的体积可从数倍瞬间膨胀至数千倍,并将金属液排齐出型腔,这样就造成了废品。因此,铸造用的型腔是讲透气性的。青铜时代的铸造用的是范铸工艺,是在陶模上夯制出泥范,经阴干后,还需要在窑中再经约1100以上温度焙烧成陶范,待冷却后才能浇铸。如果说只是为了烧干,在300度以内就能达到目的。显然,烧成陶范的目的是为了彻底脱水,即将范体内泥料中的结晶水全部分解释放掉,因结晶水需要在1000度以上才能彻底分解完。在这个前提下,只要不把陶范烧结,烧得温度越高及时间越长,陶范的脱水就越彻底,浇铸时的成品率就会越高。浠水遗址的陶范与青铜时代的陶范性质是一样的,也是用泥料制的范及芯。所以,浠水遗址的陶范及泥芯也都经过了高温焙烧。不论是范还是芯,只要有足够的机械强度,其厚度越薄越容易被烧透,浇铸时的透气性也越好。所以,浠水铸锅的泥芯内部为空心就不足为怪了。由于泥芯与范的厚度都较薄,范的厚度不足以浇铸后的补缩,就需要增加浇铸的高度。在范的上面加一个浇口杯,即解决了浇铸高度,又加大了补缩的压力。因此,在浠水的铸铁遗址中出土的浇口杯,正符合浠水遗址这种较薄的陶范及泥芯的浇铸工艺使用。这种在范的上面增加浇口杯的方法,早在商周时期的范铸工艺中就已经在使用。在山西侯马的东周铸铜遗址中,就曾出土有专门制作的浇口杯,其形状及尺寸,都与浠水出土的浇口杯相近。浇口杯有两个作用,其一,在器物的范上开设的浇铸口一般口径都不大,浇铸时铜液不容易对得准确,而浇口杯的口可以尽量加大,以便于浇铸铜液。其二,由于器物陶范的厚度有限,浇满后铜液在浇口中的存量有限,不足以补缩,增加浇口杯后,等于提高了铜液的水位,既增加了压力又增加了铜液的补缩量。所以,在锅范的外面是有必要增加浇口杯的。7.刮板造型的技术特点如果说,铸造行业中的工匠都有雕塑的技能,这似乎不大可能。所以,用雕塑的方法来塑造模具,其可能性不大,采用机械式的操作方法制模,应是一般普通人都可以进行操作的。在遗址中出土的范不可能是手工雕塑的,都应是从模上翻制出来的。那么,翻范用的陶模又是怎么制作出来的呢?任何一种铸件都有个从零开始制模的过程,对于大型铸锅遗址而言,其铸造的锅型并非一种,更应该从制模开始。在浠水遗址出土的模、范及芯的表面,都能看到与口沿平行规整的弦纹,说明这些弦纹是车出来的,不是靠手工雕塑出来的。中国的青铜范铸技术,是从更为古老的制陶技术发展过渡而来,并且始终与制陶技术共存。在制陶技术中,常有用刮板造型的工艺制造器物。如自古以来至上个世纪的70年代以前制作房上的瓦,就是在一个木桶外面糊上泥料后,用一个刮板就可刮出4块瓦的一个圆形泥桶,等阴干后摔开就成为4块瓦。刮板技术不但只用在制瓦上,其应用十分广泛,如制作种花的陶盆、装粮食的陶瓮等,也都是采用了刮板技术制作而成。在这些产品的表面,也多能找到刮板留下的痕迹。这种刮板技术在现代的铸造工艺中,被称之为车板造型。在浠水遗址中出土陶范表面的弦纹,正是刮板造型时留下的痕迹,说明这里的陶模是采用了刮板技术制模无疑。而范表面的弦纹,则是从模上带出来的,因模与范本来就是一个几何形状的传递关系。根据范的几何形状及表面的弦纹,绘制了刮板造型的制模原理推想图。在图七中,1为木质的刮板,刮板的刮刀形状,制作成欲制作的锅形的剖面边沿的形状。2为经刮板刮出的泥形,即锅的为模。3为垫板。4为工作台。其工作原理,是在工作台上放置一个圆形的垫板,垫板的直径即是模的直径,将炼制好的泥料堆在垫板上,用刮板进行周而复始地刮削。由于刮板的底面有工作台的面顶着,刮板的形再不可能底下来;又由于有垫板顶着刮板,在刮削泥料的过程中,刮板也不可能刮到垫板的直径里面去。因此,不需要在能够转动的陶车上进行刮削,只需要有一个平面的板料作为工作台就行。不论这个工作台是石质还是木质,都可以顺利地进行刮模的操作。如果需要刮出弦纹,只需要在制作刮板时,在刀口上多留出或少留出一个点,刮削时就很容易在泥模的胎上留下规整的凸弦纹或凹弦纹。8.看模、写范的方法模是阳型,是用与制范的,无法用于浇铸。范是阴型,是用于浇铸的型腔。所以,必须用模制作出范才能进行铸造。当泥模制作完成后,必须经过阴干及焙烧成为陶模后,才能用于制作呢范。如果不经过烧制,在泥质的模上翻范时,当泥料敷满模面后,模表明的泥层会很快吸入水分而被沾粘,范从模上脱开时,会将沾粘的部位带下来而损坏模面。如果只铸造一件铸件,就不需要烧成陶模了,制好模后进行翻范即可。如果大量铸造同一铸件,就需要将模烧成陶质模,翻范后就再不需要修整模具。当将模烧成陶质后,再在模上夯范就不会出现沾粘现象了。制范本来就比制模省事得多,又由于锅的几何形状十分简单,制范就更显得容易。只需在模的顶部安置一个浇铸口形的圆木棒,用泥料敷在模表面,将浇口形的木棒一起包裹并夯紧实后,拔出浇口棒时,在范的最高处就会形成一个浇铸口。将范从模上取下来,经阴干及焙烧,使范彻底脱水后,配上泥芯就可以用于浇铸了。仔细观察浠水陶范可以发现,范的表面泥料细腻,范的背面泥料粗糙,说明翻范时使用了两种不同的泥料,有面料与背料之分,即面料细背料粗。范的面层涉及到铸件表面的光洁度,制范时是先在模面敷一层十分细的面料,然后再加入较粗的背料。这种作法与商周时期范铸青铜器的工艺中用料是相同的工艺思想,细的面料是为提高铸件表面的光洁度,而背料则是为提高范体的透气性。这就是说,我们现在只看到了遗址中保存下来的陶模、陶范,而那些淘洗泥料的工艺过程,却是我们无法看到的。这种面背分料的制作方法,几乎贯穿着整个铸造发展史,在直至今日的砂型铸造工艺中也是如此。9.碳酸铁的制作在浠水遗址中出土的泥芯,如果其表面有黑灰层,说明是经过浇铸的,可确认为泥芯。如果其表面没有黑灰层,那就既有可能是泥芯又有可能是模,因模与泥芯一样也是阳型,是无法进行浇铸的,不会在表面留下黑灰层。当然,没有浇铸过的泥芯表面,也没有黑灰层。从铸造原理来看,泥芯的几何形状应与模完全相同,只是其尺寸稍小于模,其尺寸也只是小出了一个锅的厚度。关于古代泥芯的制作工艺,历来有几种说法。有学者认为:“分范后母模仍保持原样,为了使待铸的器物有一定厚度,需利用原模,在表面刮去一层,使合范后内泥范之间产生空隙,此空隙层即为待铸铜器的厚度。”这种说法是将模的表面刮去一层厚度后,模就成为泥芯了,这就是“刮模为芯”。这种观点在学界较为普遍,但却存在明显的问题。在青铜时代里铸制青铜器时,一个陶模可以夯制出许多套泥范,并非一模只夯制一套范。模也多是分型制模,并非制作成整体的模。如制作九鼎八簋,只需要分别制作一套鼎与簋的分型的模,就可以夯制出九套鼎范及八套簋范,并铸制出九鼎八簋。如果需要将模刮成芯使用,那就必须制作出九个一样的鼎模及八个一样的簋模,因一个模只能供刮一个芯。且不谈这么多模是否能制作得一样,将陶模表面刮去一层厚度并保持均匀呈光洁的泥芯,也是不可想象的。如果将这种刮模为芯的工艺用在浠水的铸锅工艺中,那就意味着铸造一个锅就得费掉一个模,这也一样是不可想象的。因此,不论青铜时代还是宋代,只要铸造两件以上一样的铸件,就不可能采用这种“刮模为芯”的方法制作泥芯。浠水的铸铁遗址是个大型遗址,当年铸出一样锅的数量,至少是以万计的,就更不可能“刮模为芯”了。观察浠水出土的泥芯表面,没有留下刮削过的痕迹,说明其芯不是通过刮削得到的。可看到其表面层较为光洁,属于夯型面,应是用泥料填入芯盒中夯制出来的。在光洁的夯型面上一旦被刮削,就会留下明显的刮削痕迹。如果进行修整,又会留下修整的痕迹,再也不是原始的夯型面了。不论模、范还是芯,只要表面经过了刮削或修整,都会留下明显的修理痕迹,使人较容易判别。因此可以认定,浠水出土的泥芯是在芯盒中填入泥料夯实而成的。当用刮板制作出模后,模即可以用于制范,又可用于制芯。当制好的模经过阴干,焙烧成为陶模后,将炼制好的泥料敷到模的表面夯实,揭开后就是泥范。因在同一个陶模上可以夯制出许多泥范,将一个泥范当芯盒,即在这个泥范的内腔中贴一层泥片,泥片的厚度即是锅的厚度,再经阴干及焙烧后就成为制芯的芯盒。将泥料填入这个芯盒内夯实,取出来即是泥芯。这种制作泥芯的方法,笔者在30年前的小型工件的复制铸造工艺中,还常在采用。由于这种制作方法简单易行,人人都能操作,省去了制作芯盒的成本与工时,常被铸造业使用。三、青铜器和生产工具中国自古以来就是农业大国,古代社会主要的经济来源是各种农作物,而犁铧则是农民赖以生存的生产工具。现在的农田已经多在用机械进行翻地、播种、收割等操作,而自古以来直到上世纪的50年代,中国的大多数地区还在使用铁质农具进行人工作业。在青铜时代里,人们尚且用铜铸造各种农具,李京华先生指出,“在龙山文化中晚期已具有铸造铜农具的技术能力。”从河南及湖北的考古情况看,早在战国时期就已经用铁铸造农具了。进入铁器时代以来,各地都用生铁铸造了大量的农业生产工具。如河南的汉代南阳郡是冶铁基地,为各县提供较充足的铁器,如犁、铧、锄等,推动周边各县的经济发展。在窑家湾的铸铁遗址中,除出土大量的容器范外,还出土有犁铧范。图八是该遗址出土的陶范,可看出是一个犁铧范的残块。犁铧范的出土,打破了该遗址专门铸锅的性质,也符合历史的实际。因为单一的产品很难维持长期大量的生产,兼铸生产工具应是该铸造遗址的职能。从上述汉代的铸造遗址看,都存在相同的社会职能。因此,在窑家湾铸造遗址中出土犁铧范,应当是正常的。四、凸显的几何形状在浠水窑家湾的铸铁遗址中,还出土有大量无法确认器型的残范。今选一个较完整的范进行讨论。出土有圆筒式范一件,此范为烧过的陶质(图九)。从图9中可以看到,此范为一头口径大一头口径小,底部的孔属于残破,原来应该是没有孔的。中间既没有纵向合范的缝隙,亦没有横向合范的缝隙。在此范的内腔中,可看到有三级不等的直径,在内辟表面,有约28圈完整的凸弦纹。从范腔内留下的这些痕迹及几何形状看,此范没有可能从模上翻制,而是在陶车上如车陶瓷泥坯一样车削而成的。在此范的范腔内壁,可看到有对称两处耳孔,在此范的外面,可看到有耳范被镶到与耳孔对应的部位,外面用泥料将耳范包糊。与两耳呈垂直的部位,亦有对称两个大孔,范的外面亦有类似足形的范被泥料所包糊。此范还应该有一个泥芯和顶范或者底范合成范包,才能浇铸出器物。但从此范的几何形状,还看不出此范浇铸后的铸件是什么用途。如这种没有模、没有分型、并在范内壁上挖孔嵌附件范的制作方法,是很少见到的。两个与之配套的附件范都有各自不同的几何形状,并不是圆形,必须从模上翻制,而从圆筒范与镶嵌附件范的配合中我们应当看到,不可能专门为圆筒范制作配套的耳模及配套的类似足形的模,因为连作为主体的圆筒范都没有制作模具,这两种形状的附件范都应该是该遗址大量使用的范,都应该有各自固定的模。而此圆筒范则是根据现有的附件范设计制作的圆筒范。这些问题都说明了一个问题,即该遗址应当是一处大型的铸造遗址。因为只有在大的铸造遗址中,才会有各种各样的附件模及附件范可供互换使用。五、水陶范能否是铸铜的陶范?在中国北方,有不少商周的范铸遗址,经科学发掘,出土了大量的陶模、陶范、泥芯等铸造遗物。这些遗址多是铸铜的遗址,出土的陶范除可看到青铜器的器形外,与浠水陶范相同的,就是表面都具有黑灰层。在铸铜的陶范表面黑灰层的化学成分中,都存在Sn与大量的Pb,这是从国内外学界对各遗址出土陶范黑灰层的化学成分分析中得到的常识。铸铜的陶范黑灰层还有一个共同明显的特征,就是黑灰层都非常薄。浠水的陶范表明黑灰层十分厚。这一反常现象,说明浠水陶范可能不是铸铜的陶范,其性质很可能为铸铁。为证实铸铁范之间的共性,我们做了铸铁范的模拟试验。我们用当地的泥料制成陶范后,采用了牌号为HT20-40的灰铁浇铸了一个圆铁饼,将浇铸后的陶范与出土的陶范都做了化学成分的检测。化学成分检测表为北京科技大学冶金与材料史研究所做的化学成分分析,浠水陶范与模拟试验的陶范表面都没有测到Pb与Sn,首先可以说明被测的陶范不是浇铸铜器的范。范表面的Si及A1,属于泥料中的正常元素,Ca及S属于在埋藏环境中常容易聚合又容易流失的不稳定元素,而含Fe14.1%则应是浇铸带来的成分,不可能来自泥土中。所以,浠水的陶范可以认定为铸铁的范。从化学成分检测表中可以看到,模拟试验的陶范表面含铁量也在12%以上,其它成分的变化率与浠水的陶范接近,完全不同与铸铜的陶范。因此,从模拟试验的角度看,浠水陶范也应是铸铁的范无疑。六、分型制模、分模制范及分型嵌范的应用除上述陶范铸造普通的锅外,浠水遗址还铸造带有三足的锅。如前述不但出土了足范,而且还存在大小及形状各不相同的几种足范。在图一中就有两种不同的足范,可以看到,足范是由两块对开的陶范组成,说明足范是单另制模制的范,与锅范不在同一模上制出。如果与锅同时铸造成一件整体,就必须采用分型制模、分模制范及分型嵌范技术。所谓“分型制模”,是指将一个完整器物的型分开制模的工艺技术。如铸制一个鼎,将鼎的腹部足部及耳部都分别制模,是将鼎的型分开制模,这就属于分型制模。在分别制的模上制范,就属于分模制范。分型嵌范是指先在分开制的模上制出器物附件的范后,再将附件范安置在器物的主体模上,加入泥料将附件范与主体范夯成了整块的范的一种工艺技术。这样制作的范解决了一些附件无法脱模的问题。显然,浠水带足的锅是采用了这些范铸中的工艺技术。在图一〇中的足范虽然是与锅范为整体的范,从黑色箭头所指之处可以看到,足范的顶端与锅范的腹腔为同一个平面,但在足的型腔内可以看到有一条明显对合缝的痕迹,而在足范的外面却是无缝的完整范。在一个模的前提下正常造型制范,是不可能出现这种现象的。前面讲到锅的几何形状十分简单,范应为一个整范,没有必要分型,也就不会出现范缝。足范的内腔有明显的范缝,说明足范是单另制作的,与锅的主体范不是同一个模。这些现象说明,带足的锅范是采用了分型制模、分模制范及分型嵌范的工艺技术。其具体的操作,是先分别制成锅模与足模,在足模上先制作出足范,待阴干一段时间使足范有了一定的强度,将三套提前对合好了的足范安置在锅模的相应部位,加入泥料将足范包裹连同制作锅范一次夯实,即成为带有三个足的锅范了。这样制作锅范有诸多的好处,其一,分型制模即分别制作模具,都变得简单化而容易操作;其二,制锅范时是带足还是不带足,自由选择性强;其三,锅有大小,足亦有大小,锅与足大小的互换配套操作十分方便等等。这种分型制模、分型嵌范的工艺操作方式,对于一个大型的铸锅作坊而言,应是十分有利于市场运作的。七、范面为泥面的芯座在前面的论述中,讲到的泥芯上存在芯头,范面存在芯座,合范后,是范面的芯座卡住泥芯的芯头,使得泥芯被固定在范包中。由于泥芯的尺寸小与范腔的尺寸,范与芯之间保持着均匀的间隙。这个问题既有青铜时代的考古依据,同时又有本遗址出土实物的考古依据。1.范口的黑灰层在图一一中,图左边的陶范是河南殷墟出土的,从形制看很象是一个青铜簋的范。可看到两个白色箭头所指之处的尺寸,远远超出了一般正常青铜容器的口沿尺寸。因此,这不可能是青铜器的口沿,这就是用来夹泥芯的芯座。在模上设置芯头的工艺,在古今的铸造工艺中一直普遍在应用,并非宋代的发明,在商代早期的范铸工艺中,已经采用了这种工艺技术。图右边为浠水遗址出土的陶范,白色箭头所指之处,是一周转折的棱角部位,从棱角以外到边沿,可看到范的这一部位属于造型面,保持了红烧土的本色,但在下面的型腔表面,却有一层较厚的黑灰层。这一现象说明,黑灰层是经过了铁液的多次充型,而黑灰层以外的口沿部位,没有接触过铁液,始终保持了红烧土的本色。口沿的这一部位没有形成黑灰层的原因只有一种可能,那就是铁液流不到此处。在充型时,铁液是无孔不入的,哪里有空腔铁液就会流到哪里。可以看到从口沿下面的转折处截然分开了两种颜色,说明范口沿没有黑灰层的部位为芯座,合范时,范的芯座紧紧夹着泥芯的芯头,芯头与芯座之间的缝隙,不足以流入铁液。因此,造成了现在我们看到的现象。一般而言,只要有一点点缝隙,铁液就会流入的,铁液在浇铸时的充型性能远比铜液好。这块范的芯头处没有留下一点铁液充型的痕迹,说明这块范与泥芯的配合十分严密。2.水陶范的一般应因原理所发生的矛盾环在先秦诸多的范铸遗址中出土的陶范表面,凡是浇铸过的范,皆可看到有一层黑灰层。这层黑灰层都十分薄,稍微被刮就会被刮透,其原因是先秦陶范多是一次性浇铸所致。而在浠水遗址中出土的陶范,其范面的黑会层皆较厚,不是轻易刮得透的。黑灰层厚度的形成,取决与受铁液高温冲击时间的长短。当铁液充满型腔时,由于范温与铁液之间存在巨大的温差,又由于铸件的壁厚较薄,铁液会在约10分钟的时间内凝固成为固态,同时也在不断地降温。现代工业中将400度以下称为低温,对于薄壁件而言,从铁液进入型腔到温度降到低温,一般要不了10分钟,而低温对范面不能造成改变颜色。陶范本有着较好的高温性能,轻易不会被低温改变表面的颜色。表面黑灰成的形成,是由于金属与陶范表面发生了分子迁移。对于一次浇铸而言,其分子迁移的速度及数量都是有限的,不会形成浠水陶范这么厚的黑灰层。所以,我们认为浠水陶范多是经过了反复浇铸所致。图一二是浠水遗址中出土的一块小型锅陶范的正背两个面,其范面的几何形状,酷似汉代的焦斗。可看到范面具有约2mm厚的黑灰层,说明这块陶范曾经过多次浇铸。白色箭头所指之处,可看到有一条明显的裂纹,在右边的图中,可看到白色箭头所指之处,是同一条裂纹裂透到了背面,但被后来糊上的泥料所盖住,后糊的泥料是完整的,表面没有出现开裂,并又被烧制成了陶质,呈现了红烧土的颜色。后糊泥的目的较为明确,是为了将裂纹固定好,使其不致散落或继续再开裂。十分明显,这样操作的目的,是为了达到将这块陶范能够反复使用的目的。3.足范的安装部位和外部环境分型嵌范技术,在战国时期的青铜器上常能见到。如鼎盖上的捉手、编钟上的乳钉、战国镜的钮等等,多是采用的这种工艺技术。这种技术的具体操作,是先分别制作出局部的模如捉手模乳钉模等,并将其制作成局部的范,如捉手范、乳钉范等附件范,将附件范安置在住体模上加入泥料再夯成整体范。发明这种工艺的目的,是为解决那些无法脱模的附件。在浠水遗址铸的锅中有带三足的锅,如果将这种锅形制作成整模,夯范后也脱不了模。所以,足作为附件也延用了春秋战国时期的范铸工艺,采用分型嵌范工艺铸足。图一三为浠水遗址出土的另一个锅范与足范的结合部位,在四个黑白箭头所指之处,可以分别说明四个问题。上面的黑色箭头所指之处,有一条明显的缝隙,这是因为足范是由左右两块范对合而成的,这缝隙铸后留在铸件上的痕迹就是范痕。这条范痕说明,足范与锅的主题范不可能在同一模上夯成,足是先单另夯制的。上面的白色箭头所指之处,可看到有较厚的黑灰层,并且黑灰层是叠压在足范的口沿面上,说明此范经过了多次浇铸后才又安装的足范。下面的白色箭头所指之处,可看到主体范与足范之间是十分紧密的,没有缝隙。如果说,在主体范上挖个孔将足范嵌入,其缝隙应该较为明确。而目前足范与主体范如此紧密的配合,说明是采用了分型嵌范工艺的结果,即在主体范上挖出个稍大一些的孔,再填入泥料一点点夯紧实的。下面的黑色箭头所指之处,可看到一大片碎草杆的痕迹,说明主体范的泥料里加入了大量的碎草杆。在范料中加入碎草杆的目的,是为了防止范体出现裂逢。如果经过了整体烘范工艺,范体中的碎草杆应该呈现黑色。现在看到的是碎草杆的痕迹虽然清楚,但与范体其它部位的颜色一致,说明这些含有碎草杆的部位没有经过烘范,应是浇铸前临时糊上去的泥料。这样看来,浠水遗址铸造有足的锅至少有两种制范方法,一种是直接在模上采用分型嵌范的方法夯制锅范,另一种则是在多次使用过的范体上开口加入足范。综合以上分析可以认为,此范的足是后加上去的,是在范的底部安装足的部位挖出孔,再将足范定准位置后,加泥料夯成整体范待铸。因为范面较厚的黑灰层说明此范经过的多次浇铸,而足的内墙却没有黑灰层,说明这个足范没有经过浇铸,是临时安装上去的。如这样带足的范一但浇铸后,在脱掉铸件时,足范必然会破损,不然足无法脱出。主体范是否也随之破损?还需要进一步研究。从这块主体范的现象看,也应被破损,因为从足口的倾斜度可知,足不是直立的而是向外撇的,那么三个足都会同样向外撇,即使铸后先将足范掏掉,主体范上三个孔的距离,会小于三个足最大处三个点的距离。4.浇口杯浇铸青铜的量表在现代铸造中,也常使用浇口杯。只要型腔没有足够的厚度,就需要设置浇口杯,用于在型腔以外补充压力及补充金属液。图一四是山西侯马东周时期的铸铜遗址出土的浇口杯,可看到上面的浇铸口是长圆形,下面的进水口小是长条形。因这个浇口杯是浇铸青铜器用的,一般青铜器的壁都较薄,所以下面的进水口多是长条形。上面设置的大口,一是为了浇铸铜液时容易对准口,二是口径大了储存的铜液多,可起到补缩的作用。这个浇口杯的几何形状与浠水遗址的浇口杯虽然不一样,但它们的功用及性能却是一样的。八、分型嵌范的应用浠水铸锅陶范的工艺技术,是延用数千年来逐步发展而来的工艺技术,属于中国传统范铸技术的延续,并非浠水地区的发明。如锅足的分型嵌范技术,就是继承了青铜时代的范铸工艺技术。早在春秋战国时期铸造青铜器时,就大量采用了这种工艺技术。如战国时期有许多编钟的两个面都具有较长的乳钉,这些乳钉都与钟表面呈垂直状态形成倒八字形,如果在这样的模上翻范,从铸造的造型原理上讲,会由于模上的乳钉呈现了倒拔模的状态,会使得夯实后的泥范无法脱模。在这种几何形状的设计前提下,为达到目的,春秋战国时期的先民发明了分型嵌范技术,解决了这种几何形状的铸件在模上制范后无法脱模的问题。图一五中的范,是在河南的一个范铸遗址中发掘出土春秋战国时期一块编钟范的残件,可以看到范表面有一层黑灰层,说明此范曾浇铸过编钟。在此范的范面,共有九个乳钉纹分为三排,白色箭头所指之处,可看到中间一排最左边一个乳钉纹是完整的、独立的、方形的枚范,被嵌入在这块编钟范中。其实在这块范中,九个乳钉纹都是完整的、独立的、方形的枚范。如果说,提前制作好了一批枚范,然后在钟范的范面挖出方形的凹坑,将这些制作好的方形枚范一个个嵌入到钟范的范面,并嵌得如此规整,这是手工不可能做到的。出土的这块编钟范是因在埋藏环境中受到挤压,枚范与钟体范之间开裂产生缝隙,我们才能看得见枚范是单独制作的。如果此范没有受到挤压,其范面就很可能没有缝隙。在同时期的山西侯马东周铸铜遗址中,出土有单个的枚模,可以用于制作单个的枚范,并且在其它一些范铸遗址中,也出土有制作方法完全相同的钟范。其具体的制作方法,是先在枚模上翻出许多枚的单个范,讲枚范安置在钟模的相应部位,加入泥料夯成整块的钟范,这样就不存在脱不了模的问题了,在翻出的范面上,自然存在枚的型腔。浠水带足的锅范,也是先翻制出足范,将足范安置在锅的模上的相应部位,加入泥料夯成锅的整体范,也就不存在由于三个足都外撇而脱不了模的问题了。浠水的这种翻范的制作方法,与战国时期铸造编钟的翻范方法,从技术上看是一脉相承。在侯马的铸铜遗址中还出土有一些足的单个模,与足模相对应的足范也出土了有相当的数量。在浠水遗址中,亦出土有相当数量的足范,这种足范的制模及制范工艺的设计思想与操作的工艺,无疑源于春秋战国时期的青铜范铸工艺技术之中。九、从传统工艺到硬模铸造的历史演变中国的范铸技术从新石器时代开始,经过了夏商周三代的延绵发展,至战国晚期青铜时代结束,这之间经历了数千年的技术发展。从新石器时代最简单的单合范铸造,到战国时期复杂的分铸组装,从各个历史时期的青铜器表面留下的铸造痕迹中,都可看到各种范铸工艺的特征。除此之外,在商至战国的范铸遗址出土的陶范中,也可看到范铸工艺的发展过程。战国以后随着青铜时代的结束,大批量青铜器的铸造基本结束。西汉以后天下一统,国家再不需要大规模的军事用铜,铸铜的范铸工艺多应用于铸钱与铸镜,其目的是为了发展社会经济。因此,西汉以后范铸工艺技术在快速退化,那些复杂的多合范的铸造工艺已进入历史而离我们越去越远,一些器形十分简单的小体积铸件如钱与镜等,则成为主要的铸造对象而得到了技术上的再发展。因此,在河南发掘汉代范铸遗址出土的范中,多为铸造铁质工具如犁铧、马扣、铁锤等的陶范甚至铁范。由于受铸件器形的简单化及品种数量少的限制,范铸工艺技术在战国的基础上急速衰退,除发展了叠铸技术外,几乎再没有创新。泉界认为,铸钱工艺采用范铸技术至六朝,以后就逐渐采用了砂型铸钱,因唐初的开元通宝钱已明显为砂型铸造了。不但如此,发掘出土唐代早期的4个永济铁牛,一个单件就重达50～70吨,其体积庞大,从制范、修范、烘范、合范等工艺看,也都明显是范铸工艺难以操作的。从铸镜的工艺看,战国时期规范了铸镜工艺后,历经两汉、三国至隋唐,始终采用了范铸工艺。到唐代晚期,铜镜质量明显越来越差。从各地出土的铜镜看,北宋还在采用范铸工艺铸镜,而在南宋的铜镜中,已基本再见不到范铸工艺的痕迹了。至此,范铸工艺技术在中国铸造行业的应用,基本已退出了主流工艺。浠水遗址铸锅属于地方特色产品,采用当时的范铸工艺铸锅,应该是当时唯一的选择。唐代以前就已经有了砂型铸造工艺,砂型是用型砂造型,其型腔属于含水较大的湿型,浇铸后需要打破型腔取出铸件,其工艺也较简单。但是,砂型铸造的铸件表面光洁度达不到我们日常炒菜的要求,需要进行铸后的表面加工。但由于锅是采用了白口铁铸造,没有加工性能,所以,不适宜砂型铸造。直至上个世纪,铸锅还一直采用了一种被铸造界称之为“硬模铸造”的工艺,这种工艺界于范铸工艺与砂型铸造工艺之间,属于干型铸造。之所以没有采用砂型铸造,而采用硬模铸造的原因,一是为保证锅表面的光洁度,二是为了硬模可以反复使用,从而降低生产成本。这种铸锅的“硬模铸造”工艺技术是从什么时候开始的,一直没有见到文献的记载。看来,从传统的范铸工艺发展过渡到硬模铸造工艺,当是在北宋以后开始的。所以,由此可以反推出,宋代采用传统的范铸工艺铸锅,应是历史的必然。一水铸遗址的fps从目前出土铸造的金属文物看,中国的铸造技术延续到今天,已有约5000年以上的发展史。在铸造工艺技术发展中,包括有石范铸造、陶范铸造、铜范铸造、铁范铸造、砂型铸造及熔模铸造等。数十年的田野考古中,发掘了商代至汉代大型的铸造遗址多处,它们集中在河南、陕西及山西,这些范铸遗址全部分布在北方黄河流域的广大地区。从时代来看,早的为商代晚期,晚的有在王莽以后的东汉时期。因此,以上三省也是中国青铜器出土量最多的大省。在出土的商周青铜器中,有些青铜器甚至有对应的陶范出土。如殷墟出土了商代的方彝、乳钉纹簋及圆鼎,殷墟的铸铜遗址亦都分别出土了方彝、乳钉纹簋及圆鼎的陶范。再如山西的侯马出土了许多青铜器的陶范,同时山西也出土了与这些陶范器形相对应的青铜器。在上述遗址中,战国以前的遗址是以铸造青铜器为主,汉代以后的遗址是以铸造钱币、铜镜及工农具为主。如殷墟遗址出土的陶模、陶范,代表了中国商至西周范铸工艺的最高水平。又如侯马东周铸铜遗址及白店铸铜遗址中出土的陶模、陶范,代表了中国在春秋战国时期范铸工艺的最高水平。再如河南温县的范铸遗址出土的叠铸范,以及附近遗址出土的工具范,则代表了汉代以后铸造各种铁质工具的最高水平。与上述地区相比,在江南广大的楚文化地区,亦出土了大量先秦的青铜器,特别是在湖北地区出土的青铜器尤其为多。如商代盘龙城遗址出土的青铜器群、擂鼓墩出土的曾侯乙青铜器群、枣阳地区出土的九连墩青铜器群等,毫无疑问都应该有相应的范铸遗址进行铸造。但由于在楚地未发现与铸造有关的陶模、陶范,学界曾有说法认为盘龙城的青铜器,是在北方铸造好后运到南方使用的。长期以来,考古工作者一直盼望着在湖北能发现商周时期的范铸遗址。然而数十年来,一直未在江南发现大型的范铸遗址,只是发现了多处大型铜矿的采掘及冶炼遗址。浠水窑家湾铸铁遗址距离长江3公里,位于长江北岸。遗址附近的巴河河床中有大量铁沙,自古至今,人们一直在巴河中淘铁沙炼铁。除此之外,距江南鄂州的程潮铁矿隔江相望。从地面的遗存堆积及占地面积看,浠水遗址的规模是巨大的,时间延续了数百年。从工艺技术看,浠水遗址采用的是商周以来传统的范铸技术。我们可以透过浠水的范铸遗址,看到中国传统的范铸技术,在奴隶社会中铸造青铜器,在汉代铸造国家经济命脉的钱币,及发展社会经济的铁农具,中国古老的范铸工艺技术,始终与中国古代社会的政治经济紧密相关。在没有新的遗址被发现以前,浠水大型铸铁遗址,可以认为是中国传统范铸工艺