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[표지]

발간사 / 조상순

목차

PART I. 머리말 15

1. 실험 개요 15

1) 연구목적 15

2) 연구개요 16

PART II. 제련실험 23

1. 예비실험 : 첨가제 실험 23

1) 실험 개요 23

2) 실험 준비 23

3) 실험 과정 및 결과 28

4) 자연과학적 분석 34

2. 11차 제련실험 56

1) 실험 준비 56

2) 11차 제련실험 제련로 축조 57

3) 실험 과정 60

4) 실험 결과 62

5) 자연과학적 분석 64

PART III. 5차 주조실험 81

1. 5차 주조예비실험 81

1) 실험 개요 81

2) 실험 준비 81

3) 실험 결과 83

2. 5차 주조실험 85

1) 실험 개요 85

2) 실험 준비 85

3) 실험 결과 93

4) 자연과학적 분석 101

PART IV. 단야실험 113

1. 환두도 복원실험 113

1) 실험 준비 113

2) 실험 과정 117

3) 실험 결과 132

4) 자연과학적 분석 134

PART V. 배소실험 151

1. 실험 준비 151

2. 실험 과정 152

3. 실험 결과 및 자연과학적 분석 154

1) 시료 선별 및 분석 대상 154

2) 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 155

3) 성분 분석 결과 161

4) 분석결과 해석 및 소고찰 165

PART VI. 종합고찰 169

1. 조업 169

1) 예비실험 : 첨가제 실험 169

2) 11차 제련실험 170

3) 제5차 주조실험 176

4) 4차 단야실험 180

5) 배소실험 183

2. 자연과학적 분석 184

1) 제련실험 184

2) 주조실험 187

3) 단야실험 190

4) 배소실험 192

PART VII. 맺음말 195

맺음말 195

참고문헌 196

초록 197

Abstract 197

抄録 198

摘要 198

부록 199

풍량 측정 실험 199

용어 해설 203

조업기록지 210

장입기록지 212

온도기록지 213

판권기 219

[뒷표지] 220

표목차

표 01. 1~15차 제련실험의 목적과 내용 17

표 02. 1~5차 주조실험의 목적과 내용 18

표 03. 1~4차 단야실험의 목적과 내용 18

표 04. 1~2차 배소실험의 목적과 내용 18

표 05. 국립중원문화유산연구소 11차 제련실험 실험단 19

표 06. 국립중원문화유산연구소 11차 제련실험 자문단 19

표 07. 예비실험 조업별 광석 및 첨가제 장입 계획 24

표 08. 예비실험 결과 종합 33

표 09. 예비실험 분석 시료 목록 34

표 10. FLX-7 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 38

표 11. FLX-8 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 38

표 12. FLX-9 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 39

표 13. FLX-10 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 39

표 14. FLX-11 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 40

표 15. FLX-12 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 40

표 16. FLX-13 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 41

표 17. FLX-14 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 41

표 18. FLX-15 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 42

표 19. FLX-16 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 42

표 20. FLX-17 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 43

표 21. FLX-18 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 43

표 22. FLX-19 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 44

표 23. FLX-20 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 44

표 24. FLX-21 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 45

표 25. FLX-22 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 45

표 26. FLX-23 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 46

표 27. FLX-24 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 46

표 28. 예비실험 시료 ICP 분석 결과1 50

표 29. 예비실험 시료 ICP 분석 결과2 51

표 30. 예비실험 시료 XRF 분석 결과 52

표 31. 예비실험 시료 TIMS 분석 결과 53

표 32. 11차 제련실험 조업 메뉴얼 56

표 33. 11차 제련실험 결과표 62

표 34. 11차 제련실험 분석 시료 목록 67

표 35. 11th-1 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 69

표 36. 11th-2 환원철 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 69

표 37. 11th-3 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 70

표 38. 11th-4 환원철 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 70

표 39. 11th-5 환원철 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 71

표 40. 11th-6 환원철 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 71

표 41. 11th-7 환원철 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 72

표 42. 11th-8 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 72

표 43. 11th-9 환원철 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 73

표 44. 11th-10 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 73

표 45. 11th-11 환원철 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 74

표 46. 11th-12 환원철 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 74

표 47. 11차 제련실험 시료 XRF 분석 결과 75

표 48. 11차 제련실험 환원철 및 슬래그의 ICP-MS 분석 결과 1 76

표 49. 11차 제련실험 환원철 및 슬래그의 ICP-MS 분석 결과 2 76

표 50. 11차 제련실험 환원철 탄소, 황 분석 결과 77

표 51. 5차 예비주조실험 사용 용범 제작조건 82

표 52. 5차 주조실험 조업계획표 85

표 53. 4·5차 주조실험의 준비항목 비교표 92

표 54. 5차 주조실험 조업기록 요약 94

표 55. 4·5차 주조실험 결과 비교표 101

표 56. 주조실험 분석 시료 목록 102

표 57. CST-1 철솥 편 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 103

표 58. CST-2 철솥 편 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 103

표 59. CST-3 철솥 편 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 104

표 60. CST-4 재용해 선철 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 104

표 61. CST-5 재용해 선철 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 105

표 62. CST-6 재용해 선철 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 105

표 63. CST-7 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 106

표 64. CST-8 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 106

표 65. 주조실험 슬래그 WD-XRF 분석 결과 107

표 66. 주조실험 환원철 탄소, 황 분석 결과 107

표 67. 주조실험 환원철 및 슬래그의 ICP-MS 분석 결과 1 108

표 68. 주조실험 환원철 및 슬래그의 ICP-MS 분석 결과 2 108

표 69. 제7차 제련복원실험 제련 생성물 위치별 탄소함량 114

표 70. 예비실험 소재 115

표 71. 단야 예비실험 결과(망치 제작 공정별 무게 및 회수율(소재 ①+소재 ②)) 115

표 72. 단야실험 소재 118

표 73. 정련(소분) 작업 과정 소재의 무게 변화 118

표 74. 정련(압착) 작업 과정 소재의 무게 변화 120

표 75. 단련(접쇠) 작업 과정 소재의 무게 변화 121

표 76. 단련(접쇠) 과정에서의 무게 변화와 철정 양상 123

표 77. 환두부 제작 방법에 따른 환두 분류 126

표 78. 성형 과정 및 변화 126

표 79. 절삭 과정 및 변화 129

표 80. 제련 및 단야 공정의 공정별 효과 132

표 81. 단야 공정 과정 133

표 82. 단야실험 분석 시료 목록 135

표 83. SMT-1 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 136

표 84. SMT-2 철소재 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 137

표 85. SMT-3 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 138

표 86. SMT-4 철소재 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 139

표 87. SMT-5 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 140

표 88. SMT-6 철소재 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 141

표 89. SMT-7 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 142

표 90. SMT-8 철소재 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 143

표 91. SMT-9 슬래그 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 144

표 92. 단야실험 공정별 철소재의 탄소함량 분석 146

표 93. 단야실험 공정별 철소재의 희토류원소 분석1 146

표 94. 단야실험 공정별 철소재의 희토류원소 분석2 146

표 95. 실험별 평균 및 최고 온도 153

표 96. 배소실험 분석 시료 목록 154

표 97. RST-1 양양산 배소 전 철광석 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 155

표 98. RST-2 양양산 화목 배소 철광석 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 156

표 99. RST-3 양양산 목탄 배소 철광석 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 157

표 100. RST-4 정선산 배소 전 철광석 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 158

표 101. RST-5 정선산 화목 배소 철광석 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 159

표 102. RST-6 정선산 목탄 배소 철광석 미세조직 및 SEM-EDS 분석 결과 160

표 103. 배소실험 철광석의 ICP-MS 분석 결과 (1) 162

표 104. 배소실험 철광석의 ICP-MS 분석 결과 (2) 162

표 105. 배소실험 WD-XRF 분석 결과 164

표 106. 배소실험 적정 분석 결과 164

표 107. 11차 예비실험 결과표 요약 169

표 108. 양양산 철광석 및 충주 칠금동 철광석 등 성분 분석 결과 170

표 109. 11차 실험 조업 결과 요약표 171

표 110. 11차 생성물 위치별 무게 측정값 172

표 111. 1~11차 제련실험 조업기록 비교표 173

표 112. 1~5차 주조실험 개요(2-1차 제외) 178

표 113. 배소실험 철광석 종류 및 배소 방법 183

표 114. 배소실험 평균온도 183

표 115. 송풍 단계에 따른 풍량 데이터 202

표 116. 풀무 및 송풍기의 풍량기준 통합표 202

그림목차

그림 01. 예비실험 제련로와 온도계 위치 24

그림 02. 예비실험 제련로 축조 과정 25

그림 03. 열전대 설치 사진 및 모식도 26

그림 04. 예비실험 송풍기 설치 27

그림 05. 산성 조재제 준비 27

그림 06. 염기성 조재제 준비 28

그림 07. 1차 실험 과정 28

그림 08. 2차 실험 과정 29

그림 09. 예비실험 온도 그래프 31

그림 10. 실험 후 노 내부 생성물 32

그림 11. 예비실험 분석 시료 사진 36

그림 12. 예비실험 재료(철광석 및 첨가제) XRD 분석 결과 47

그림 13. 예비실험 슬래그 XRD 분석 결과 49

그림 14. 예비실험 슬래그의 주성분 비교 54

그림 15. 조업 재료 및 슬래그의 희토류원소 패턴 55

그림 16. 조업 재료 및 슬래그의 동위원소 분포 특성 55

그림 17. 11차 제련실험 제련로와 온도계 위치 57

그림 18. 11차 제련실험 제련로 지하구조 축조 58

그림 19. 11차 제련실험 제련로 축조 59

그림 20. 11차 제련실험 61

그림 21. 11차 제련실험 종료 후 노 내부 63

그림 22. 11차 제련실험 온도그래프 63

그림 23. 11차 제련실험 후 노 절개 및 내부 생성물 반출 과정 64

그림 24. 반출된 노 내 생성물 사진 65

그림 25. 11차 제련실험 분석 시료 사진 68

그림 26. 11차 제련실험 분석 시료 절단면 사진 68

그림 27. 11차 제련실험 슬래그 XRD 분석 결과 75

그림 28. 11차 제련실험 슬래그의 주성분 비교 77

그림 29. 11차 제련실험 철소재의 탄소함량 비교 78

그림 30. 5차 주조예비실험 안성주물 용해로 82

그림 31. 5차 예비주조실험 철물제작 재료 82

그림 32. 5차 주조예비실험 실험과정 83

그림 33. 5차 주조예비실험 결과물 84

그림 34. 5차 주조실험로 도면 및 사진 86

그림 35. 5차 주조실험 추가제작 용범의 철물 주입구 형태(상 : 기존 용범 철물주입구, 하 : 개선안) 87

그림 36. 5차 주조실험 용범 도포제 처리과정 88

그림 37. 5차 주조실험 용범 도포제 처리 후 건조 및 수분제거 89

그림 38. 5차 주조실험 범심 건조 및 소성과정 89

그림 39. 5차 주조실험 용범·범심의 결속 및 예열 90

그림 40. 5차 주조실험 원료 및 연료 91

그림 41. 5차 주조실험 송풍관 도면 및 제작과정 91

그림 42. 5차 주조실험 사용 기계풀무 92

그림 43. 5차 주조실험 온도그래프 93

그림 44. 5차 주조실험 실험과정1 95

그림 45. 5차 주조실험 실험과정2 96

그림 46. 5차 주조실험 실험과정3 97

그림 47. 5차 주조실험 실험과정4 98

그림 48. 주입 차수 별 생산품(철부) 99

그림 49. 5차 주조실험 종료 후 노 내부 상황 100

그림 50. 주조실험 분석 시료 사진 102

그림 51. 주조실험 슬래그 XRD 분석 결과 107

그림 52. 예비실험 슬래그의 주성분 비교 109

그림 53. 제7차 제련 복원실험 모습과 제련 생성물 114

그림 54. 예비 실험 116

그림 55. 단야실험로 117

그림 56. 복원 대상 철정 사진 및 도면 117

그림 57. 정련(소분) 과정 119

그림 58. 정련(소분) 생성물 및 파생품 119

그림 59. 정련(압착) 과정 120

그림 60. 정련(압착) 생성물 및 파생품 121

그림 61. 단련(단접) 과정 122

그림 62. 단련(단접) 생성물 및 파생품 122

그림 63. 여러 가지 접쇠 방법 123

그림 64. 단련(접쇠) 과정 124

그림 65. 완성된 철정 124

그림 66. 복원 대상 충주 금릉동 출토 환두도 125

그림 67. 성형 실험 소재 및 추가 단련 125

그림 68. 성형 과정 127

그림 69. 일체형 환두 제작 과정 모식도 128

그림 70. 일체형 환두 제작 과정 128

그림 71. 성형 실험 소재 및 추가 단련 129

그림 72. 열처리 담금질 130

그림 73. 뜨임 및 최종 교정 131

그림 74. 연마 131

그림 75. 완성된 환두도 132

그림 76. 조업 중 단조박편의 발생 134

그림 77. 단야실험 분석 시료 사진 135

그림 78. 단야실험 단조박편 XRD 분석 결과 145

그림 79. 철광석 및 단조박편의 희토류원소 패턴 147

그림 80. 공정별 철소재의 탄소함량 148

그림 81. 실험별 조건 설정 152

그림 82. 배소실험 과정 152

그림 83. 배소실험 온도그래프 153

그림 84. 배소실험 시료 사진 154

그림 85. 배소실험 XRD 분석 결과 161

그림 86. 배소실험 TG 분석 결과 163

그림 87. 배소실험 시료의 금속화율 및 FeO비율 165

그림 88. 11차 제련실험 생성물 172

그림 89. 예비 주조실험 과정 및 생산 주조품 176

그림 90. 단야 공정별 무게 감소율 180

그림 91. 막대형 철정의 단면 181

그림 92. 11차 제철기술 복원실험 생성물의 현미경 사진 185

그림 93. 5~11차 제련 슬래그의 전철량, 조재량 및 염기도의 비교도 186

그림 94. 11차 실험 생성물의 미량원소 분포도 187

그림 95. 5차 주조실험 생성물의 미세조직 사진 188

그림 96. 5차 주조실험 생성물의 미량원소 분포도 189

그림 97. 4차 단야실험 생성물의 미세조직 사진 190

그림 98. 4차 단야실험 철소재의 탄소함량 191

그림 99. 특수제작 기계 송풍기 199

그림 100. 풀무의 동력장치 설치 전, 후 200

그림 101. 송풍량 측정 실험 201

그림 102. RPM-풍량 데이터를 통한 추세선 및 수식 202

그림 103. Fayalite의 미세조직(1) 203

그림 104. Fayalite의 미세조직(2) 203

그림 105. Ferrite의 미세조직(1) 204

그림 106. Ferrite의 미세조직(2) 204

그림 107. Graphite 미세조직(1) 204

그림 108. Graphite 미세조직(2) 204

그림 109. Ledeburite의 미세조직(1) 204

그림 110. Ledeburite의 미세조직(2) 204

그림 111. Pearlite의 미세조직(1) 205

그림 112. Pearlite의 미세조직(2) 205

그림 113. Wüstite의 미세조직(1) 205

그림 114. Wüstite의 미세조직(2) 205

그림 115. 단조박편 207

그림 116. 단조박편의 미세조직 207

그림 117. 입상재 208

그림 118. 입상재의 미세조직 208

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