• 보존과학회지
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• 제33권6호
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• pp.519-532
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• 2017

고대 제철기술에 대한 연구는 고고학적 조사와 자연과학적 분석 자료를 기본으로 하며 복원실험 결과와의 비교분석을 통해 기술체계를 연구하게 된다. 현재까지의 고고학적 조사를 통한 고대 중원지역의 제철기술은 직접제련법을 통한 탄소량이 낮은 1차 철소재를 생산하고 이를 단타가공하여 철기를 제작하는 체계로 확인된다. 이에 본 연구에서는 제련에서 단야로 이어지는 철 생산기술의 연구를 목적으로 20여회의 제련실험과 4회의 단야실험을 실시하였으며 생산한 철괴 및 부산물의 자연과학적 분석을 통해 제철유적에서 출토되는 유물과 비교하고자 하였다. 실험 및 분석의 종합적 연구결과 제련 및 단야공정에서 나타나는 물리화학적 성질의 변화 및 각 공정별 특징을 확인할 수 있었다. 제련의 경우 적절한 노 내 환원분위기 조성과 원활한 슬래그 분리를 통해 철의 회수율을 높이는 것이 중요하며 이러한 양질의 1차 철소재의 생산은 다음 공정의 효율성을 위해 중요한 것으로 확인된다. 직접제련을 통해 만들어진 철괴는 내부에 불순물이 존재할 수밖에 없어 정련단야를 통해 추가적으로 불순물을 제거하는 공정이 불가피하며 실험을 통해 단야 공정별 효과적인 노의 구조와 온도를 확인 할 수 있었다. 또한 본 실험을 통해 제작된 철정의 자연과학적 분석 결과는 성분조성보다 1차적으로는 비금속개재물이나 기공 등 물리적 결함요인의 감소를 통한 품질의 개선이 더 중요한 것으로 확인되었다. 이외에도 다양한 제철공정 부산물들의 비교연구 자료를 확보하였으며 추후 제철유적 출토유물 연구에 활용될 것으로 보인다.

• 보존과학회지
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• 제35권5호
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• pp.440-452
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• 2019

전통 제철 공정 중 단야공정에서 나타나는 다층구조 무늬의 선명도를 향상시키고자 재현실험을 통해 생산된 사철강(SI)과 탄소의 함량이 다른 3종류의 현대강인 경강(HS), 고탄소강(CS), 니켈탄소강(NiS)을 각각 단접한 소재 SIHS(사철강 + 경강), SICS(사철강 + 고탄소강), SINiS(사철강 + 니켈탄소강)을 대상으로 분석하였다. 사철강과 탄소의 함량이 다른 3종류의 현대강의 접합면에 대한 미세조직 관찰 결과, SINiS의 경우 다른 소재에 비해 단접면의 단접이 잘 이루어졌고 표면무늬 또한 두드러지게 관찰되었다. 결정립 크기는 소재별 큰 차이는 없었으나 경도는 SICS가 가장 높았다. 소재별 접합면에 대한 전자빔 미세분석법 측정 결과, SINiS의 경우 니켈과 탄소가 함유되어 표면무늬의 선명도가 다른 소재에 비해 높은 것으로 관찰된다. 이상의 결과를 통해 전통단접기술의 특징인 다층구조 소재에서 표현되는 표면무늬의 선명도를 높이기 위해서는 니켈이 함유된 탄소강이 가장 적합함을 확인할 수 있었다.

• 대한금속재료학회지
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• 제50권8호
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• pp.599-603
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• 2012

The microstructure of a hammer scale excavated from the Bogam-ri was examined in an effort to understand the iron technologies applied in the manufacturing of an iron forging process technology. The microstructures of oxide layer in the hammer scale were found to have crucial information about the ancient iron forging process treatment. The microstructure observed in the hammer scale can be distinguished by the forging process. First, the microstructure of the oxide layer in the hammer scale created by the forging process is Wstite (FeO) in the form of leaves. Latterly, the microstructure of the $W{\ddot{u}}stite$(FeO) in the hammer scale is observed to be in the form of a flat shape formed by a repeating forging process.

• 보존과학회지
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• 제31권4호
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• pp.411-427
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• 2015

노계마을(본리 324-1번지) 제철유적 발굴조사 결과 중 1, 2호 로 주변에서 확인된 수혈유구에서 출토된 제철관련 유물을 대상으로 분석을 실시하여 철 생산 시설의 성격을 밝히고자 하였다. 분석은 슬래그, 철광석, 노벽 등 32개의 시료를 대상으로 미세조직관찰, 성분 및 화합물분석을 통해 재료적 특성을 확인하였다. 1호로 내부 슬래그의 경우 위치별 분석을 실시하여 형성과정에 대한 검토도 실시하였다. 단야로로 추정되는 1호로 내부에서 출토된 슬래그는 조업과정에서 노하부에 수차례에 걸쳐 노하부에 축적된 2차 공정 생성물로 확인되며 주변의 1호 및 2호 수혈유구 슬래그의 경우 일반적인 제련슬래그와 유사한 특징을 보인다. 제련로로 추정되는 2호로 주변에 위치한 5호 수혈유구 슬래그의 경우 회수율이 높지 않은 일반적인 유출 슬래그의 특징을 보여 제련공정의 관계성이 확인된다. 철광석의 품위는 다양하며 노벽재료는 특별히 내식성을 고려하여 선택하지 않은 것으로 여겨진다. 한편 슬래그의 CaO와 같은 비철원소의 성분함량이 철광석에 비해 높게 나타나는 현상은 석회물질의 첨가 보다는 목탄재에 의한 영향이나 전체적인 철 함량의 감소에 따른 나머지 구성원소의 상대적 증가에 의한 결과와 같은 다른 요인들에 대해 고려해 볼 필요가 있다.

• 헤리티지:역사와 과학
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• 제48권4호
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• pp.138-153
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• 2015

한국 고대 제철기술의 규명을 위한 연구의 일환으로 백제 4세기대 유적인 진천 석장리 B-23호 원형 제철로를 모델로 제철로를 복원하고 전통 방법에 의한 고대 철생산 실험을 실시하였다. 2014년도부터 예비실험을 포함하여 수차례의 실험을 실시하였으며 본 고에서는 1차 및 2차 실험 결과에 대해 검토하고자 한다. 원료와 연료는 각각 철광석(자철석)과 목탄(참나무숯)을 사용하였으며 송풍은 4인용 발풀무를 사용하였다. 제련 생성물은 대부분 노하부에 철괴, 슬래그, 목탄이 뒤섞인 상태로 되어 있었는데 배재부와 송풍관을 기준으로 절단하여 위치별 철괴의 양을 측정한 결과 주로 송풍관측에 상대적으로 많은 양의 철이 형성되었다. 철괴는 생성 위치에 따라 다른 형태의 미세조직과 함탄량을 갖는 것으로 나타났는데 전체적으로는 바닥부에 형성된 철의 함탄량이 상부에 형성된 철에 비해 높은 것으로 나타났다. 동일한 조업에서도 직접 단야 조업에 활용할 수 있는 철소재와 함탄량이 높아 탈탄 처리하거나 주조에 사용할 수 있는 상태의 다양한 철이 생성된 것을 확인하였다. 2차 실험 유출 슬래그를 제외하면 대부분 철함량이 낮은 유리질 슬래그가 형성된 것으로 보아 철과의 분리가 잘 된 것으로 여겨진다. 고고학적 자료를 기본으로 하여 고대 제철로를 복원하고 전통 방법에 의한 조업을 실시함으로써 고대의 철생산 공정에 대한 연구 자료를 확보할 수 있었으며 이를 바탕으로 향후 지속적인 실험을 실시하여 백제 제철기술을 규명할 수 있을 것으로 여겨진다.

• 헤리티지:역사와 과학
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• 제43권3호
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• pp.144-179
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• 2010

본고는 1970년대 이래 제철유적에 대한 조사가 꾸준히 증가되었음에도 불구하고 그 조사방법에 대한 연구는 이에 미치지 못하는 상황을 인식하는 데서 비롯되었다. 제철유적은 1990년대에 들어오면서 전국적으로 조사가 급증하였으며, 특히 최근에는 생산유적의 중요성이 부각되면서 더욱 주목받고 있는 유적의 하나이다. 하지만 분묘유적이나 취락, 성곽유적 등에 비해 제철유적의 조사방법에 대한 소개와 연구는 크게 부족하다고 할 수 있다. 그 이유는 제철조업의 프로세스는 매우 복잡하고 다양할 뿐 아니라, 공정의 이해를 위해서는 금속공학적인 기초지식까지 학습해야 하는 어려움이 있기 때문이다. 즉 고고학 조사와 연구에 있어 제철과 관련된 유구 유물의 성격이 이러한 프로세스와 어떠한 상관관계를 가지는지 밝히기가 몹시 어렵다는 이유 때문이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 철생산 및 철기제작의 공정과 철재, 철괴 등 관련유물의 금속학적 특징에 대한 이해를 바탕으로, 제철유적 발굴조사의 순서와 방법, 유물의 분류 및 정리방법에 대한 시론을 제시함으로써 정밀한 조사와 심도 있는 분석이 이루어질 수 있도록 하는 것이 본 연구의 목적이다. 본고에서는 제철유적을 조업공정에 따라 채광, 제련, 정련, 단야, 용해, 제강유적의 6가지 유형으로 분류한 후, 사전조사와 지표${\rightarrow}$시굴${\rightarrow}$발굴조사로 이어지는 각 단계별 조사방법에 대해 정리하였다. 또한 가장 대표적인 제철관련유물인 철재의 분류 및 정리에 있어 새로운 방법을 모색해 보았다. 더불어 유적의 성격파악에 필요한 자연과학분석 및 제철로 복원실험의 필요성에 대해서도 언급하였으며, 내용의 구성에서는 사례 제시와 도면 사진자료를 최대한 활용하였다. 본고에서는 다양한 조사연구방법의 응용과 개발에 대해 심도 있게 논의하지는 못하였지만, 유구 유물의 세밀한 관찰을 통해 공정에 따른 다양한 제철유적의 조사연구 방법론 개발이 매우 시급한 과제임을 알 수 있었다. 그리고 유적의 종합적인 성격규명을 위해서는 고고학적 지식뿐만 아니라 자연과학 분야가 다양하게 응용되어야 하며, 더불어 실험고고학의 측면에서도 지속적인 제철로의 복원실험이 필요함을 알 수 있었다.