Abstract
This study concentrated on a report on the results of smelting experiments conducted eight times by the Jungwon National Research Institute of Cultural Heritage, put together the goals and results of the operation, and examined changes in the content of experiments and in the experimental results. First, changes related to operation, such as the ratio of raw materials to fuel and the presence or absence of additives, were reviewed depending on the operation goal. In addition, the results of metallurgical analysis of raw materials, formations, and byproducts were summarized and reviewed by comparing them with materials excavated from the ruins. The operation method varied up to the eighth smelting experiment in terms of iron ore roasting, additives, and raw material/fuel ratio. After reviewing the results again, pure iron with a low carbon content began to be confirmed through metallurgical analysis. As a result, it was confirmed that the charging ratio of raw materials and fuel plays an important role depending on the purpose of production. In addition, most of the products are gray cast iron, and it was deemed that this is due to changes in the internal structure of the pig iron while it was left in the furnace for a long time. The iron was an ingot that was in a molten state even though the carbon content did not reach 4.3%, where the process reaction takes place, and it was deemed to have been caused by excessive operating temperature. Based on the previously reviewed results and the structure and shape of the experimental furnace used in other ironmaking technology restoration experiments, this study finally attempted to restore the structure of an ancient iron smelting furnace, including the furnace's upper structure. By comprehensively referring to the remaining conditions of the excavated iron smelting furnace and the characteristics of the blow pipe, the form of the ancient iron smelting furnace was subdivided into six categories: furnace wall thickness, furnace height, blower height, blow pipe size, furnace inner wall shape, and top shape, and a restoration plan was proposed. To improve the problems of the restoration plan and the Jungwon National Research Institute of Cultural Heritage's experiments that have been conducted through continuous trial and error, an experiment that reflects changes in operating methods by lowering the furnace height and controlling the blowing volume is necessary.
본 연구에서는 8차례 진행된 국립중원문화유산연구소의 제련실험에 대한 결과 보고서를 중점적으로 검토하여 조업의 목표와 결과를 종합하고, 실험 내용의 변경 사항과 이에 따른 실험 결과물의 변화를 확인하였다. 먼저 조업 목표에 따른 원료:연료의 비율, 첨가제 유무 등 조업과 관련된 변화를 검토해 보았다. 이와 더불어 원료와 형성물, 부산물에 대한 금속학적 분석결과를 정리하여 유적에서 출토된 자료와 비교하여 검토를 진행하였다. 8차까지의 제련실험은 조업방식에 철광석 배소, 첨가제 투입, 원료:연료의 비율 등에 대하여 변화를 주었다. 그 결과들을 재검토한 결과, 탄소 함량이 낮은 순철이 금속학적 분석결과 확인되기 시작하였다. 이를 통해 생산목적에 따라 원료와 연료의 장입 비율이 중요한 역할을 한다는 점을 확인할 수 있었다. 또한 생산품 다수가 회주철인 점은 선철이 노 내에 장시간 방치되어 내부 조직이 변화된 것으로 파악하였으며, 탄소 함량이 공정반응이 일어나는 4.3%에 도달하지 못하였음에도 불구하고 용융상태를 거친 철괴인 점은 조업온도가 지나치게 높았던 것으로 파악된다. 앞서 검토한 결과들과 기타 제철복원실험에서 사용된 실험로의 구조와 형태를 참고하여 최종적으로 노 상부구조를 비롯한 고대 철 제련로 구조 복원을 시도해 보았다. 발굴조사된 철 제련로의 잔존상태와 송풍관의 성격 등을 종합적으로 참고하여 고대 철제련로 형태를 노벽 두께, 노의 높이, 송풍구 높이, 송풍관 규격, 노 내벽 형태 및 상단 형태의 6가지 항목으로 세분하여 복원안을 제시하였다. 구체적인 복원방법으로 우선 노의 높이를 낮추고, 상단의 형태를 하단 대비 1/3 크기로 축소하거나 직선형으로 조정하는 방안이 필요하다. 송풍시설은 충주 칠금동 유적 사례를 참고하여 노 바닥에서 70cm 위에 설치하거나, 1차 실험과 같이 20m 위에 설치하는 방식을 고려해야 한다. 또한 적정 조업온도를 유지하기 위해 송풍량 조절이 필요하다. 마찬가지로 충주 칠금동 유적 사례를 참고하여 송풍관 지름을 30m 내외로 제작하거나, 1차 실험 결과를 참고하여 지름 14m 내외로 제작하는 방안을 고려해야 한다. 이를 기반으로 제철복원실험을 통해 검증함으로써 고대 제철기술의 복원 방향을 제시하고자 한다.