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표제지

목차

발간사 3

Ⅰ. 머리말 11

1. 실험 개요 13

1) 연구 목적 13

2) 연구 개요 14

2. 국내 제철기술 복원실험 검토 16

1) 한국과학기술원의 실험 16

2) 국립청주박물관의 실험 17

3) 세연 철박물관의 실험 17

4) 한국전통문화대학교의 실험 18

5) 중원문화재연구원의 실험 19

6) 전통제철기술연구단의 실험(1차)과 울산 쇠부리 고대 원형로 복원실험(1차) 20

7) 국립중원문화재연구소의 실험 22

Ⅱ. 제련실험 25

1. 실험 준비 27

1) 원료 및 연료의 선정 27

2) 철광석 배소 27

(1) 철광석 배소실험 27

(2) 철광석 배소 31

3) 송풍관의 제작과 설치 31

2. 3차 실험 33

1) 3차 예비실험 33

(1) 실험 준비 33

(2) 3-1차 예비실험 과정 및 결과 38

(3) 3-2차 예비실험 과정 및 결과 41

(4) 3-3차 예비실험 과정 및 결과 43

(5) 자연과학적 분석 49

2) 3차 본 실험 69

(1) 실험 준비 69

(2) 실험 과정 및 결과 71

(3) 자연과학적 분석 78

3. 4차 실험 89

1) 4차 예비실험 89

(1) 실험 준비 89

(2) 4-1차 예비실험 92

(3) 4-2차 예비실험 94

(4) 4-3차 예비실험 96

(5) 4차 예비실험 결과 98

(6) 자연과학적 분석 101

2) 4차 본 실험 123

(1) 실험 준비 123

(2) 실험 과정 및 결과 127

(3) 자연과학적 분석 131

Ⅲ. 정련ㆍ단련 단야 140

1. 예비 실험 142

2. 1차 실험 144

1) 실험 개요 144

2) 실험 준비 144

(1) 실험 시료 144

(2) 노의 설계 및 축조 145

(3) 송풍관 제작 및 설치 146

(4) 조업준비물 146

3) 실험 결과 149

(1) 1-1차 실험 149

(2) 1-2차 실험 153

(3) 1-3차 실험 157

3. 자연과학적 분석 160

1) 시료 수습 160

2) 분석시료 및 채취 160

3) 미세조직 및 SEM-EDS 분석결과 161

(1) 예비실험 철괴① 161

(2) 예비실험 철괴② 161

(3) 1-1차 실험 철정 162

(4) 1-2차 실험 정련과정 철괴① 162

(5) 1-2차 실험 정련과정 철괴② 163

(6) 1-2차 실험 철정① 163

(7) 1-2차 실험 철정② 164

(8) 1-3차 실험 정련과정 철괴 164

(9) 1-3차 실험 철정 165

4) 고찰 165

Ⅳ. 고찰 166

1. 조업 168

1) 제련 조업의 공정 168

(1) 3차 실험 168

(2) 4차 실험 170

2) 향후 제련 조업에 있어서 검토사항 171

(1) 철광석의 준비(배소) 171

(2) 노의 축조와 송풍관의 제작 172

(3) 첨가제 문제 174

(4) 조업메뉴얼의 선정 175

(5) 송풍관의 장착과 철광석 대비 목탄의 사용량 문제 175

(6) 슬래그의 유출과 조업의 끝 176

(7) 제련생산물의 생성 177

3) 정련 및 단련단야 177

2. 자연과학적 분석 178

1) 3, 4차 제련실험 178

(1) 제련실험 슬래그의 주성분 분석결과 178

(2) 제련실험 슬래그의 화합물 분석결과 180

(3) 유출 슬래그 181

(4) 제련실험 철괴의 미세조직 관찰 182

(5) 송풍관 분석결과 182

2) 정련ㆍ단련단야 실험 183

Ⅴ. 맺음말 184

참고문헌 187

국문초록 188

Abstract 188

摘要 190

抄録 190

[부록] 191

용어 해설 191

3차 예비실험 조업기록지 202

3차 본 실험 조업기록지 220

4차 예비실험 조업기록지 225

4차 본 실험 조업기록지 233

정련ㆍ단야 실험 조업기록지 237

판권기 254

표목차

표 1. 1~4차 제련실험의 목적과 내용 14

표 2. 제철복원실험단 구성 15

표 3. 한국 제련로 복원실험 현황 23

표 4. WD-XRF를 통한 철광석의 조성 29

표 5. 물리적 강도 측정결과 29

표 6. 배소 조건별 탄소ㆍ황 분석결과 29

표 7. 배소 조건별 화합물 분석결과 30

표 8. 3차 예비실험 개요 38

표 9. 3차 예비실험 결과 47

표 10. 3-1차 예비실험 온도그래프 48

표 11. 3-2차 예비실험 온도그래프 48

표 12. 3-3차 예비실험 온도그래프 48

표 13. 3차 예비실험 분석시료 목록 50

표 14. 3-1 슬래그① 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 53

표 15. 3-1 슬래그② 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 53

표 16. 3-1 슬래그③ 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 54

표 17. 3-1 슬래그④ 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 54

표 18. 3-1 환원철① 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 55

표 19. 3-1 환원철② 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 55

표 20. 3-1 환원철③ 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 56

표 21. 3-1 송풍관 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 56

표 22. 3-2 슬래그① 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 57

표 23. 3-2 슬래그② 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 57

표 24. 3-2 슬래그③ 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 58

표 25. 3-2 슬래그④ 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 58

표 26. 3-2 환원철① 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 59

표 27. 3-2 환원철② 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 59

표 28. 3-2 환원철③ 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 60

표 29. 3-2 환원철④ 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 60

표 30. 3-2 송풍관 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 61

표 31. 3-3 슬래그① 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 61

표 32. 3-3 슬래그② 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 62

표 33. 3-3 슬래그③ 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 62

표 34. 3-3 슬래그④ 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 63

표 35. 3-3 환원철① 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 63

표 36. 3-3 환원철② 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 64

표 37. 3-3 환원철③ 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 64

표 38. 3-3 환원철④ 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 65

표 39. 3-3 송풍관 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 65

표 40. 3차 예비실험 슬래그 주성분 분석결과 66

표 41. 3차 본 실험 개요 69

표 42. 3차 본 실험 조업메뉴얼 70

표 43. 3차 본 실험 결과 74

표 44. 3차 본 실험 온도그래프 75

표 45. 3차 본 실험 분석시료 목록 78

표 46. 본3 슬래그① 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 80

표 47. 본3 슬래그② 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 80

표 48. 본3 슬래그③ 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 81

표 49. 본3 슬래그④ 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 81

표 50. 본3 슬래그⑤ 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 82

표 51. 본3 환원철① 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 82

표 52. 본3 환원철② 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 83

표 53. 본3 환원철③ 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 83

표 54. 본3 환원철④ 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 84

표 55. 본3 환원철⑤ 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 84

표 56. 본3 환원철⑥ 금속현미경 및 SEM-EDS 분석 결과 85

표 57. 본3 송풍관 금속현미경 및 SEM-EDS 분석 결과 85

표 58. 3차 본 실험 슬래그 주성분 분석결과 86

표 59. 4차 예비실험 개요 91

표 60. 4-1차 예비실험 온도그래프 92

표 61. 4-2차 예비실험 온도그래프 94

표 62. 4-3차 예비실험 온도그래프 98

표 63. 4차 예비실험 조업결과 비교 99

표 64. 4차 예비실험 분석시료 목록 102

표 65. 4-1-1 슬래그① 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 105

표 66. 4-1-1 슬래그② 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 105

표 67. 4-1-1 환원철 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 106

표 68. 4-1-1 송풍관 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 106

표 69. 4-1-2 슬래그① 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 107

표 70. 4-1-2 슬래그② 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 107

표 71. 4-1-2 환원철① 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 108

표 72. 4-1-2 환원철② 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 108

표 73. 4-1-2 송풍관 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 109

표 74. 4-2-1 슬래그① 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 109

표 75. 4-2-1 슬래그② 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 110

표 76. 4-2-1 환원철① 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 110

표 77. 4-2-1 환원철② 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 111

표 78. 4-2-1 송풍관 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 111

표 79. 4-2-2 철광석 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 112

표 80. 4-2-2 슬래그① 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 112

표 81. 4-2-2 슬래그② 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 113

표 82. 4-2-2 환원철① 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 113

표 83. 4-2-2 환원철② 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 114

표 84. 4-2-2 송풍관 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 114

표 85. 4-3-1 슬래그① 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 115

표 86. 4-3-1 슬래그② 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 115

표 87. 4-3-1 슬래그③ 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 116

표 88. 4-3-1 슬래그④ 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 116

표 89. 4-3-1 환원철 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 117

표 90. 4-3-2 슬래그① 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 117

표 91. 4-3-2 슬래그② 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 118

표 92. 4-3-2 슬래그③ 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 118

표 93. 4-3-2 슬래그④ 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 119

표 94. 4-3-2 환원철 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 119

표 95. 4차 예비실험 슬래그 주성분 분석결과 120

표 96. 4차 본 실험 개요 123

표 97. 4차 본 실험 조업메뉴얼 126

표 98. 4차 본 실험 결과 129

표 99. 4차 본 실험 온도그래프 130

표 100. 4차 본 실험 시료 목록 131

표 101. 본4 철광석 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 133

표 102. 본4 슬래그① 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 133

표 103. 본4 슬래그② 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 134

표 104. 본4 슬래그③ 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 134

표 105. 본4 슬래그④ 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 135

표 106. 본4 슬래그⑤ 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 135

표 107. 본4 슬래그⑥ 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 136

표 108. 본4 환원철① 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 136

표 109. 본4 환원철② 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 137

표 110. 본4 환원철③ 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 137

표 111. 본4 송풍관 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 138

표 112. 4차 본 실험 슬래그 주성분 분석결과 138

표 113. 1차 정련ㆍ단련 단야실험 시료 목록 144

표 114. 정련ㆍ단련 단야실험 조업계획 149

표 115. 1-1차 실험 시료목록 및 조업 결과 149

표 116. 1-1차 실험 조업결과 152

표 117. 1-2차 실험 시료목록 및 1일차 조업결과 153

표 118. 1-2차 실험 조업결과 156

표 119. 1-3차 실험 시료목록 및 조업결과 157

표 120. 1-3차 실험 조업결과 159

표 121. 정련ㆍ단련 단야실험 분석시료 목록 160

표 122. 예비실험 철괴① 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 161

표 123. 예비실험 철괴② 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 161

표 124. 1-1차 실험 철정 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 162

표 125. 1-2차 실험 정련과정 철괴① 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 162

표 126. 1-2차 실험 정련과정 철괴② 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 163

표 127. 1-2차 실험 철정① 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 163

표 128. 1-2차 실험 철정② 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 164

표 129. 1-3차 실험 정련과정 철괴 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 164

표 130. 1-3차 실험 철정 금속현미경 및 SEM-EDS 분석결과 165

표 131. 전통제철의 공정(2016, 울산 쇠부리 고대 원형로 복원실험 연구보고서, 2016; 17 인용) 178

표 132. 3, 4차 제련실험 슬래그 염기도 179

표 133. 3, 4차 제련실험 슬래그 CaO/SiO₂ 분포도 179

표 134. 3, 4차 제련실험 슬래그 전철량 180

도면목차

도면 1. 최주 박사팀(1991) 1차 실험로 16

도면 2. 최주 박사팀(1993) 2차 실험로 16

도면 3. 한국과학기술원(1994) 쇠부리 가마 조업 1차 실험로 17

도면 4. 한국과학기술원(1994) 쇠부리 가마 조업 2ㆍ3차 실험로 17

도면 5. 국립청주박물관 실험(1997) 원형로 17

도면 6. 세연 철박물관 실험로(2002) 18

도면 7. 한국전통문화대학교 복원실험 상형로 18

도면 8. 한국전통문화대학교 복원실험 원형로 18

도면 9. 중원문화재연구원 2차 실험 제련로 19

도면 10. 울산 쇠부리 고대 원형로 1차 실험 제련로 20

도면 11. 국립중원문화재연구소 1차(2014) 실험 제련로 21

도면 12. 국립중원문화재연구소 2차(2015) 실험 제련로 21

도면 13. 중국의 제동ㆍ제철기술 복원실험 노 21

도면 14. 국립중원문화재연구소 1차(2014) 실험 송풍관(진천 석장리 출토 송풍관 참고) 32

도면 15. 차수별 예비실험로의 설계 33

도면 16. 진천 석장리 B-23호로 평단면도(左) 및 3차 본 실험 제철로 도면(右) 70

도면 17. 4차 예비실험 제련로 89

도면 18. 4차 본 실험 제련로 124

도면 19. 단야 예비실험 노(한정욱 장인) 143

도면 20. 정련ㆍ단련 단야로 모델 및 설계도 145

도면 21. 밀양 사촌유적 제련로 벽체의 지지대흔 173

도면 22. 소탄ㆍ중탄ㆍ대탄의 크기 176

사진목차

사진 1. 자문회의 모습('15. 3. 13.) 15

사진 2. 자문회의 모습('15. 3. 13.) 15

사진 3. 국립청주박물관 실험(1997) 전경 17

사진 4. 세연 철박물관 실험(2002) 전경 18

사진 5. 노 내부 절개면 전경 19

사진 6. 철광석 코어 시료 준비 및 실험과정 28

사진 8. 철광석 배소 과정 30

사진 9. 본 실험 철광석 배소 과정 31

사진 10. 송풍관 제작순서 32

사진 11. 3-1차 예비실험 노 축조 과정 34

사진 12. 3-2차 예비실험 노 축조 과정 35

사진 13. 3-3차 예비실험 노 축조 과정 37

사진 14. 3-1차 예비실험 40

사진 15. 3-2차 예비실험 43

사진 16. 3-3차 예비실험 44

사진 17. 3-3차 예비실험 후 노 절개양상 45

사진 18. 내부생성물 분석 시료 위치 46

사진 19. 3차 예비실험 노 내부와 생성물 수습 후 모습 50

사진 20. 3차 예비실험 분석시료 52

사진 21. 3차 예비실험 분석시료 단면 52

사진 22. 3-1차 예비실험 슬래그 및 송풍관 화합물 분석결과 66

사진 23. 3-2차 예비실험 슬래그 및 송풍관 화합물 분석결과 67

사진 24. 3-3차 예비실험 슬래그 및 송풍관 화합물 분석결과 67

사진 25. 3차 본 실험 조업과정 72

사진 26. 3차 본 실험 조업과정 73

사진 27. 3차 본 실험로 노 절개 76

사진 28. 3차 본 실험 노 절개 과정 및 생성물 77

사진 29. 3차 본 실험 노 절개와 노 내 생성물 78

사진 30. 3차 본 실험 분석시료 79

사진 31. 3차 본 실험 분석시료 단면 79

사진 32. 3차 본 실험 슬래그 및 송풍관 화합물 분석결과 86

사진 33. 4차 예비실험 노 제작 90

사진 34. 4-1차 예비실험 93

사진 35. 4-2차 예비실험 95

사진 36. 4-3차 예비실험 97

사진 37. 송풍관의 상태비교 100

사진 38. 4차 예비실험 노 내 생성물과 슬래그 유출 101

사진 39. 4차 예비실험 분석시료 104

사진 40. 4차 예비실험 분석시료 단면 104

사진 41. 4-1차 예비실험 슬래그 및 송풍관 화합물 분석결과 120

사진 42. 4-2차 예비실험 슬래그 및 송풍관 화합물 분석결과 121

사진 43. 4-3차 예비실험 슬래그 및 송풍관 화합물 분석결과 121

사진 44. 4차 본 실험 노 제작 126

사진 45. 4차 본 실험 조업과정 128

사진 46. 4차 본 실험 시료 수습과 생성물 131

사진 47. 4차 본 실험 분석시료 132

사진 48. 4차 본 실험 분석시료 단면 132

사진 49. 4차 본 실험 슬래그 및 송풍관 화합물 분석결과 138

사진 50. 예비실험 과정 143

사진 51. 2호 정련 단야로 축조 모습 146

사진 52. 정련ㆍ단련 단야 조업준비물 147

사진 53. 조선후기 회화에서 나타난 대장간의 모루 148

사진 54. 제작한 모루와 모루통 148

사진 55. 1-1차 실험 조업상황(1일차) 150

사진 56. 1-1차 실험 조업상황(2일차) 151

사진 57. 1-2차 실험 조업준비 153

사진 58. 1-2차 실험 조업상황(1일차) 154

사진 59. 1-2차 실험 조업상황(2일차) 155

사진 60. 1-3차 실험 송풍방식의 변경 157

사진 61. 1-3차 실험 조업상황 158

사진 62. 정련ㆍ단련 단야실험 분석시료 160

사진 63. 철광석의 배소 전후 양상 비교 172

사진 64. 울산 쇠부리 축제 고대 원형로 1차 실험 철광석 배소 전경 172

사진 65. 충주 칠금동 392-5번지 유적 출토 골조흔 173

사진 66. 전통제철기술연구단(1차) 노 축조 전경 174

사진 67. 국립중원문화재연구소(3차) 노 축조 전경 174

사진 68. 울산 쇠부리 고대 원형로 실험(1차) 패각의 준비와 장입 174

사진 69. 완성된 실험용 송풍관 176

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