古代铸造容器工艺
图1青铜铸造工艺(引自中国古代金属技术)
殷墟的铸铜遗址从未发现冶炼炉和熔渣，说明冶炼和铸造过程是分部位进行的。所以安阳的青铜制作工艺不包括上图左边第一格的矿石开采和粗炼，但也不排除精炼。从上图可以看出，浇注前，准备陶瓷模具的过程和熔化合金的过程是同时进行的。下面我们略述一下各个环节的具体做法(见《考古》即将发表的《殷墟青铜礼器铸件铸造工艺》，本文简单)。
(一)模具的生产
1.建模材料的选择和准备
这一步是如图1所示的泥浆材料选择和泥浆材料处理程序。
为了了解殷墟造型材料的选择和制作工艺，有必要对青铜器铸造遗址出土的陶器模型进行科学检测。到目前为止，在殷墟发现的几处大型铸铜遗址中，只有在苗圃以北和小闽滩东南出土的部分陶模得到了详细的考证。试验结果表明，殷墟陶模采用当地粘土，经淘洗、炼泥、陈腐处理，并加入河沙、蚌粉(或其他硅酸盐物质)、植物材料等材料，主要是为了提高陶模的耐热性和可铸性。相比较而言，芯包含更多的填料以具有更好的耐热性和溃散性。范涛加入的粘土量多于陶器，可能与铸造性能的要求有关。范涛的分型面涂有精细的红泥或烟熏，这可能是提高表面质量的一种措施。
必须指出的是，用什么样的粘土，是地下生土还是河流沉积土，一直都有讨论。但是，用化学方法进行分析，很难得出直接的结论。目前，作者正在与美国威斯康辛大学的吉姆·斯托尔特曼教授合作，通过偏光显微镜分析范涛的物理结构，了解原料的选择和材料的添加。从某种意义上说，这种做法更便于还原历史的真相。当祖先对材料进行改造时，首先看到的是其物理性质的变化。例如，淘洗的主要目的是增加泥浆含量。虽然化学分析显示氧化钙减少了，但这不是古人的目的。换句话说，可以证明，通过氧化钙减少的现象，可以清洗造型材料，尤其是织物。
2模具的设计和制造
模具通常是一个封闭的实体，内部有空腔，由模具、型芯和型芯支架组成，空腔是被铸造物体的形状。扇形成物体的外观，芯形成物体的内腔、洞和一些中空部分。范与范的结合面称为分型面。
殷墟铸造模具的做法是用陶土铸造，可能类似陶器。模具的形状是根据制作模型的需要而设计的。所以较大物体的模具一般是根据不同的零件来制作的，整体模型中不需要的部分会被省略，以节省材料和工时。有两种方法可以在模具上制作图案。一种是在表面贴一块泥，上面刻花纹。一种是在模具表面塑造主图案的轮廓，然后用朱砂画出副图案的线条。
用模具把图案翻过来，把图案的细节刻在图案上。有些图案是直接印在或者刻在图案上的，比如？1?肩部的圆形涡纹(如图9所示)可视为侯马时期压印方法的先行者。
安阳范涛有两种做法，即以李永娣命名的一式范和二式范。前者分型面无榫卯，背面光滑，仅有一条水平或垂直的凸边，较薄，可能主要用于三家庄期和殷墟期。工字型图案中有些图案多为一组窄纹，可能是嵌在外面的陶纹所用。ⅱ型主要在殷墟二期以后使用，背面凹凸不平，是指窝按压的痕迹，分型面有榫眼和榫眼。
根据青铜器的形状和种类不同，一般分为纵横两个方向，划分的形式比较复杂，另文详述。用复合模型的方法制作高浮雕动物头像，即在实物模型上留一个空腔，在凹槽中放一块模型泥，用活的动物头像压印动物头像，或嵌入小动物头像模型。
由于对耐火性、屈服性和溃散性的要求很高，所以型芯可能是独立制造的，而不是像张世所说的那样，用模具完全刮去铸件的壁厚。特别是一些大型器皿的型芯，往往是根据不同部位的规格，用粗砂和泥土捣成的。出土芯一般为砖红色，质地疏松粗糙，与精致的模具不同。脚和其他部分的盲芯通常配有粘土芯支撑物以配合模型。构成器皿空腔的型芯设有型芯头，型芯头的侧面设有凸榫，中央设有与底模配合的凹槽。大部分有铭文的泥芯都是从泥模中翻印出来的，翻印出来的浮雕字需要雕刻和修整，在字的笔画旁边可以看到清晰的凹槽。它的顶面有一个相配的榫，用来嵌入物体的泥芯中。
3.模具的干燥、烘烤和组装
模具制作的下一道工序是烘干、组装后整体烘烤还是分别烘烤后组装，目前仍有不同意见。组装后，在浇注前必须再次干燥(同时预热)。脱模后，模具应在阴凉处自然干燥，使水分蒸发缓慢均匀，这对控制变形和保证其密封性非常重要。小模具可能在扇窑中烧制，窑的结构与小陶瓷窑相同。这一步的重点是烘焙过程。谭德瑞曾认为陶扇的烘烤温度高于850度。作者和刘信义合作研究，初步认为烘烤温度可能只有600度左右，远远低于陶器的烧制温度。这也接近万家宝修复实验的数据。
大多数铸造模型在分型面上都有榫头和榫眼来配合模具。有时需要在铁芯和风扇之间设置金属铁芯支架。
大型物体需要使用底层模型，核心和底层模型连在一起。有些大型器物直接夯打底模板，如小民潭发现的大型圆形器物的底模板。
三脚架一般在脚的上方放置一个转轮，一只脚作为转轮，另外两只脚作为出风口。绕脚器的转轮也放在脚上，底部风扇会使转轮部分。
至此，整个模具制作完成。
(2)合金的熔化和制备
这个问题是整个铸造工艺研究的薄弱环节，基本上所有的步骤都是猜测和争议。
1谈铜熔炼设备
安阳苗圃北堤、小民屯铸铜遗址出土了大量高温烧制的陶瓷碎片。有的表面有高温灼烧的裂纹(图2)，有的表面已经玻璃化，背面有泥条或混有泥土的草的痕迹。过去的学者认为这是炉的残留物，是靠内燃加热的。对苗圃北面出土的残片分析表明，除1样品中有大量的铜外，其余两个样品中只有少量的铜，三个样品中均有微量的锡和铅。
图2小民屯东南青铜铸造遗址出土的陶器碎片(上:前、下:后)
作者分析了两个此类样品，发现其中有较高的二氧化硅含量和氧化钙含量，特别是在背面层，氧化钙含量更高。推测碎片的原料很可能是在原生土中加入沙子和蚌粉而得到的。样品后层烧损大，说明还加了植物茎叶，是草拌泥做的。1样品的煅烧温度高于900℃。有1个样品含少量铜渣，含铜、锡、铅三种元素。
笔者在整理安阳小民屯铸铜遗址出土的大量这种“熔炉”的残片时发现，大部分残片表面都没有附着金属。即使烧得很厉害，表面接近珐琅质的样品，从外观上也看不出任何金属的痕迹，只有少数几件表面附着有木炭和金属。但在苗圃北地和小民屯的铸铜遗址中，普遍发现一种表面有铜液的残留物，包括粗砂硬陶和细砂泥质，出土时为小片，无法复原(图3)。这些碎片大多有几层衬层，每层衬层都粘有铜液，证明已经修复使用过多次。衬面与铜液接触部分呈灰绿色，大部分已被烧成小孔和蜂窝状。后面多是松散的红烧土。刘曾多次提到，许多片焖土上有冶炼渣，可能就是这样的遗迹。苗圃北面的发掘者也认为是属于坩埚式的熔铜工具。
图3小民屯东南铸铜遗址出土的坩埚残片(上:前，下:后)
这不禁提出一个问题？1?7?1?遗址中的“熔炉”和“坩埚”碎片与金属熔化有什么关系？
郑州南关外商代早期铸铜遗址出土一座熔炼炉残底，炉身上部缺失，只留下一个直径约1.60-2.60米的近椭圆形坑，坑内填满了铜渣、炉墙块、炭屑、大口、坩埚片和焖土块。作者推测这是一个熔铜炉，熔铜的过程是先放木炭，再放坩埚，最后烧火熔铜。
洛阳北窑西周青铜器铸造遗址出土了近千件“炉碎”。表面开裂甚至玻璃化，部分还粘有木炭和铜粒，背面有混有草泥的炉圈。而所谓的“灶台”有锅底，里面有两层铜渣，是用红烧粘土做成的，与上述坩埚碎片非常相似。很难想象，不同质地的所谓“炉膛”和“炉圈”属于同一个炉的不同部位。
北窑铸铜遗址还出土了两座烧窑。窑墙平而立，内壁烧结成流体状，外壁为焖土，窑顶封闭平顶，窑顶中央偏北处设圆柱形烟道(图4)。该窑虽仍为横孔形升焰窑，但其燃烧室和烧成室的结构配置接近马蹄形半倒焰窑，加热效果好。发掘报告中没有提到这个窑的用途，但很可能与熔化金属有关，因为如果是焙烧窑，一般烧起来也就几百度，达不到让窑壁烧起来的程度。
因此，景之春教授和吉姆·斯托尔特曼教授提出，真正的铜熔炼器皿可能是坩埚，而不是陶瓷熔炼炉，换句话说，坩埚是与熔融金属直接接触的，熔炼炉是对坩埚进行加热的装置，以满足高达1200-1300℃的浇注要求。拜尔娜先生曾经设想过这样一种熔铜器具，在陶瓷窑内放置一个外热式的大坩埚，坩埚壁的出铜口做得很薄，用一根管道与窑壁相连，这样在熔化时就把管道堵住了；待铜液熔化后，打开管道，用棍子刺穿坩埚壁，铜液即被放出进行浇注(图5)。华觉明曾怀疑其坩埚尺寸过大，无法保证合金的熔化。如果坩埚被戳破，很难保证在熔化过程中不会熔穿。尽管有以上的疑惑，但笔者还是认为这个想法还是很有可能的，因为可以达到更高的温度，也可以解释为什么很多炉碎片没有附着在铜液表面，很可能是窑壁碎片。但由于在陶瓷熔化炉碎片的燃烧层中也检测出了大量的铜，因此不能否认其作为熔化炉的可能性。
为此，作者和斯托尔特曼教授分别提取了大量样本。为了详细分析这两种碎片的化学成分、显微结构和制作方法，荆志春和岳占伟着手在安阳进行复原实验，计算出这种窑具所能达到的最高温度，以作进一步的探讨和深入研究。
图4河南洛阳北窑地下升焰水平窑洞
图5拜尔娜设想的铜熔炉示意图
2爆炸
鼓风设备的应用和改进对冶金技术的发展至关重要。
在安阳所有的铜铸造地点都发现了陶土管(图6)。毫无疑问，少数泥管表面有铜渣，与青铜铸造有关。侯马铜铸遗址也出土过类似的遗物，认为是吹制的工具。周元也有类似的发现。在Telekot的《冶金史》一书中，有埃及金匠用陶嘴吹管的材料(约1460B。c，如图7所示)。不过这个陶土管的用法可能和这个埃及吹管不太一样，不太清楚怎么用。
图6小民屯东南青铜铸造遗址出土的陶管。
图7埃及金匠用陶吹管吹火助熔(引自《中国古代金属技术》，326页，图8-20)。
虽然我们不知道具体是什么时候开始的，但是这种气囊鼓风机在古籍中是有记载的。商代虽无羌或其他吹制者的遗存，但编附录11中有“”二字，一般出现在爵、章、鼎上，且似皮，故应为“羌”的古文字，甲骨文《编》中也有。
在清朝，刘？1?据云七《矿政略》记载，这种皮包是用一整张黑山羊皮缝制而成，腹部只留一个小洞，塞进一根竹筒，约有两三寸深。使用时，将皮包放在脚上，用脚踩在上面。一手托住皮头，从上往下按，风就会从竹筒里喷出来，可以用来煮饭，也可以用来冶炼。这种皮风包的原始形态至今仍在许多原始民族中使用，如民族学调查中见到的藏族皮包(图8)，由通风管、皮包和封闭装置组成，操作者用手控制吹风。印度也有类似的材料，和藏民用的很像(图9)。这种工具非常适合小规模冶炼，轻便，制作方便。
图8藏皮(引自王公硕士论文)
图9印度使用的安全气囊
目前无法得知安阳时期气吹的器械和动作形式，但据记载，早在战国时期就使用了多次气吹。以当时安阳的合金冶炼温度和规模来看，很可能已经使用了多台鼓风机，商代的鼓风机可能比藏民使用的皮子还要复杂。
3合金的制备
商代青铜合金的制备是在专门的铸造场地或作坊里进行的。到了商代晚期，他已经掌握了铜锡铅三元合金的熔炼技术。当时的工匠对青铜合金比例与机械性能的关系有着深刻的认识，对操作有着严格的控制，因此可以根据不同的用途，刻意采用不同比例的合金。同时，原料供应是否充足，社会风气的变化，等级地位的高低，都可能影响青铜器的合金比例。
然而，到目前为止，殷墟青铜器的合金制备技术问题仍未解决。在苗圃北部的铸铜遗址出土了一块长方形的铜块，有学者推断是作为铸造青铜器的备用材料。这个铜块是不是人故意生产的低锡合金锭？还是浇注锡青铜时多余熔融金属的结块？这个铜块中的锡是人为有意识添加的，还是冶炼含锡铜矿石时带入的？仍有待决定。由于没有发现锡锭，殷墟出土的大量锡青铜是如何合金化的，有待进一步研究。殷墟小屯村E16号坑出土两件铅锭。两个铅锭的金属部分含有高纯度的铅和微量的锌和砷。铅锭的存在表明青铜合金是直接用金属铅制备的。。近年来，在莱阳的一口商代水井中发现了一个大的椭圆形金属块。将有助于分析和检测。
(3)浇注
浇注是将熔化的铜合金注入模具型腔的过程。为提高充型能力，可采取预热模具、过热浇注、制备充型能力强的合金等措施。
预热模具是提高充型能力的措施之一。商代青铜器修复时，万家宝将模具预热至300-400℃，冯福根等人将模具预热至400-500℃，浇注时模具温度为200-300℃，均取得了满意的效果。
无论是纯铜还是铜合金，液体温度越高，流动性越好，填充能力越强，反之亦然。因此，浇注温度高于熔点。现代铸造技术称这种温差为过热温度。殷商时期铸铜的浇注温度至今未见报道。试铸时万家宝的熔化温度为1350℃，冯福根等人的熔化温度为1200℃，浇注温度为1100~1200℃。根据洛阳北窑西周铜铸遗址的熔炉温度为1200 ~ 1250℃，说明冯福根等人的试铸更接近真实情况。另外，过热温度越高，铜合金的吸杂能力越大，容易造成铸件产生气孔。所以过热温度的控制要恰到好处。
小型器皿要用浇包铸造，大型青铜器可能用浇包和通道铸造。苗圃北地铸铜遗址出土了一座半地穴式工棚，底部有一个长方形大底模板，如前图16所示。同时，还保留了几个有流向的灰色发亮的流动面，推测是铜液流动的通道。通过这些现象可以猜测，如果当时把钢包放在地上，在浇铸时捅开，铜液就可以从通道注入到棚底的模具中。小民屯青铜铸造遗址出土的一件大型圆形器物的底模也位于半墓室的F43，可见这一推测是合理的。在铸造大型物件时，有可能已经采用了天宫吴凯中所包含的凹槽注射法，同时使用4到8个浇注包进行凹槽注射。
(4)后浇处理
荀子？6?1新疆国章上说“刑正，金，工冶精，火精，车裂之刑是之。但是，不削皮不削尖是断不了绳子的。剥下来磨一磨，就舔盘子，舔牛马，顿时就听见了。”这段话不仅指青铜铸剑，在先秦青铜器制作中也具有普遍意义。他把这个装置铸造成两个阶段:铸造和铸造后处理。
其中，前四句概括了古代青铜冶炼和铸造工艺的四大要素，即模具必须形状正确，尺寸准确，合金要用优质的铜和锡制成，工匠要有熟练的技艺，合金的熔炼和浇注要做得恰当。这反映了人们对先秦时期冶炼铸造技术要点的认识，经常被人们引用。但后一段提到的比例远低于前者，说明人们并没有把铸后处理放在应有的重要位置。事实上，铸造后处理对器件的最终质量起着关键作用，通常包括剥离、清洁和打磨。脱模后有局部缺陷的铸件需要修补。
物件浇铸冷却后，用力敲击即可取出，泥芯由于附着在装置上，难以取出，需要用工具凿出。然后用锤子、锯子、凿子和刮刀去除浇口、飞边、毛刺和肉。使用的工具包括一些金属工具，如铜雕、铜雕针等。
殷墟青铜器的修补有两种。一种是所谓的熔补，即将熔化的铜直接浇在需要修补的孔洞或裂缝上；另一种是铸造，如果是青铜器的零件或附件，比如足或？1?7等。，由于各种原因，不是铸的就是断的，所以要在残料上做个模型，然后浇上去和车身焊接。
钢坯成为具有良好外观的成品，回火起着重要的作用。很多青铜礼器上的磨损痕迹依然清晰可辨，应该是由厚石和薄石制成。小民屯铸铜遗址出土了数千块大小、粗细、形状各异的磨石。青铜器表面的打磨和修整有粗砂岩和细砂岩两种材料，也可见这一工艺工作量之大。殷墟青铜铸造遗址的木炭经常随石头一起出来。打磨后，可以用木炭在水中打磨器皿，使青铜器发亮。
那么，铸造过程中，后期铸造加工的工作量占多少呢？由于缺乏记载，仅出土实物和冶炼铸造遗存难以确认。华觉明根据乾隆二十四年施一志、德成编著的《钦定工部规则第九十五卷》的记载进行统计计算，作出爵和？1?7级礼器，铸造阶段的劳动消耗仅占总劳动消耗的4.20% ~ 5.30%。如果铸造劳动量为1，前期准备的劳动量为7.07 ~ 8.92，铸造后的劳动加工量高达10.29 ~ 15.09。即使排除内旋合口、刻年号、古青铜器烧制等技术，仍高达6.29 ~ 10.18。可以推断，商代青铜礼器形制复杂，只用铜器和石器操作，根据器的复杂程度接近6 ~ 10的范畴，如司母戊鼎、司母戊丁鑫等，或者需要更多。
也许正是因为后期的铸造加工如此复杂，才迫使铸造者一代又一代地想方设法改进工艺。殷墟青铜礼器的铸造工艺发达，铸铜工艺严格，可能与此有关。在一定条件下，不利因素的压力是推动流程更替的重要动力。了解这一点，有助于我们理解技术进化的本质以及相关因素之间的辩证关系。