철기 생산 기술은 당시 사회 발전을 가늠하는 척도로서 과거의 제철 방법을 이해하기 위한 철기 유물의 미세조직과 개재물에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 고려시대로 추정되는 고양 벽제 제철 유구에서 일괄로 수습된 철제 유물의 시편을 채취하여 광학현미경과 미세경도시험기, SEM-EDS를 이용하여 미세 조직의 성분분석을 통해 제철과 제련 기술을 추론하여 보았다. 연구결과 철괴는 주철괴와 탄소강 철괴로 분류되었다. 주철괴의 경우 백주철 조직과 인(P)의 함량이 높은 회주철 조직으로 분류되었으며 회주철 내 높은 P의 함량은 석회질 등의 융제가 첨가되며 혼입된 것으로 판단된다. 따라서 주철 조직의 철괴 및 고탄소강 철괴는 제련공정을 거치지 않은 선철들로 추정된다. 또한 철기 제작에는 크게 두가지 방법이 사용된 것으로 판단된다. 첫번째는 주물에 주철을 부어 제작하는 주철괴 제작 방법이며, 두번째는 선철의 제련 공정을 통하여 생산되는 탄소강을 제작하는 방법이다. 특히 탄소강의 고른 강 조직과 적은 양의 MnS 개재물은 현대 제철 조직과 매우 유사한 특징을 지니나 고양 벽제 제철유구에서 수습된 탄소강 내 Mn의 함유에 대하여 판단하기에는 좀 더 많은 연구가 이루어져야 할 것이며, 주철의 제강공정을 통한 고탄소강의 생산 가능성도 염두에 두어야 할 것으로 사료된다.
철기 생산 기술은 당시 사회 발전을 가늠하는 척도로서 과거의 제철 방법을 이해하기 위한 철기 유물의 미세조직과 개재물에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 고려시대로 추정되는 고양 벽제 제철 유구에서 일괄로 수습된 철제 유물의 시편을 채취하여 광학현미경과 미세경도시험기, SEM-EDS를 이용하여 미세 조직의 성분분석을 통해 제철과 제련 기술을 추론하여 보았다. 연구결과 철괴는 주철괴와 탄소강 철괴로 분류되었다. 주철괴의 경우 백주철 조직과 인(P)의 함량이 높은 회주철 조직으로 분류되었으며 회주철 내 높은 P의 함량은 석회질 등의 융제가 첨가되며 혼입된 것으로 판단된다. 따라서 주철 조직의 철괴 및 고탄소강 철괴는 제련공정을 거치지 않은 선철들로 추정된다. 또한 철기 제작에는 크게 두가지 방법이 사용된 것으로 판단된다. 첫번째는 주물에 주철을 부어 제작하는 주철괴 제작 방법이며, 두번째는 선철의 제련 공정을 통하여 생산되는 탄소강을 제작하는 방법이다. 특히 탄소강의 고른 강 조직과 적은 양의 MnS 개재물은 현대 제철 조직과 매우 유사한 특징을 지니나 고양 벽제 제철유구에서 수습된 탄소강 내 Mn의 함유에 대하여 판단하기에는 좀 더 많은 연구가 이루어져야 할 것이며, 주철의 제강공정을 통한 고탄소강의 생산 가능성도 염두에 두어야 할 것으로 사료된다.
The ironware production technology is a measure to fathom the society's level of development in time. To understand iron-manufacure methods in the past, various investigations on the fine structures and additions of ironware remains and Iron ingot have been conducted in a way of natural science. Thi...
The ironware production technology is a measure to fathom the society's level of development in time. To understand iron-manufacure methods in the past, various investigations on the fine structures and additions of ironware remains and Iron ingot have been conducted in a way of natural science. This study metallurgically reclassifies remains excavated in iron-manufacture remains located in Beokje, Goyang, which are thought to be in time of Goryeo Dynasty, and draws an inference from the element analysis on the iron-manufacture and smelting technology. Iron ingot samples with a cast iron structure are divided into those with a white cast iron structure and those with a grey cast iron rich in P. The P content of grey cast iron appeared to be the result of adding a flux agent like lime, iron ingot and carbon steel iron ingot with a cast iron structure excavated in the area is regarded as pig iron which was made without a refining process. In this study it seems that two methods of making ironware were used in the area; one is the method of making ironware by pouring cast iron to the casting, and the other is the method of making carbon steel through the refinement of pig iron. It appears that highly even steel structure of carbon steel and a small amount of MnS inclusion are very similar with that of the modern steel to which Mn is artificially added. Nevertheless, these data alone cannot be used to determine the source of Mn in the carbon steel of the excavated from the iron-manufacture remains, which raises the need for further studies on the source and the possibility of carbon steel via the iron-manufacture process of cast iron.
The ironware production technology is a measure to fathom the society's level of development in time. To understand iron-manufacure methods in the past, various investigations on the fine structures and additions of ironware remains and Iron ingot have been conducted in a way of natural science. This study metallurgically reclassifies remains excavated in iron-manufacture remains located in Beokje, Goyang, which are thought to be in time of Goryeo Dynasty, and draws an inference from the element analysis on the iron-manufacture and smelting technology. Iron ingot samples with a cast iron structure are divided into those with a white cast iron structure and those with a grey cast iron rich in P. The P content of grey cast iron appeared to be the result of adding a flux agent like lime, iron ingot and carbon steel iron ingot with a cast iron structure excavated in the area is regarded as pig iron which was made without a refining process. In this study it seems that two methods of making ironware were used in the area; one is the method of making ironware by pouring cast iron to the casting, and the other is the method of making carbon steel through the refinement of pig iron. It appears that highly even steel structure of carbon steel and a small amount of MnS inclusion are very similar with that of the modern steel to which Mn is artificially added. Nevertheless, these data alone cannot be used to determine the source of Mn in the carbon steel of the excavated from the iron-manufacture remains, which raises the need for further studies on the source and the possibility of carbon steel via the iron-manufacture process of cast iron.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 정확한 용도를 알기 어려운 철기 및 철괴들에 대하여 금속학적 분석을 통해 조직에 따라 주철괴와 탄소강 철괴로 분류하고 이러한 결과를 통하여 고양 벽제 지역에서 이루어진 철기제작 기술에 대하여 연구하였다. 또한 이와 같은 금속학적 내용은 다량 발굴되는 미 상철기들의 시대별 제철 기술과 고고학적 철기 분류에 기초 자료로 활용하고자 한다.
따라서 본 연구에서는 정확한 용도를 알기 어려운 철기 및 철괴들에 대하여 금속학적 분석을 통해 조직에 따라 주철괴와 탄소강 철괴로 분류하고 이러한 결과를 통하여 고양 벽제 지역에서 이루어진 철기제작 기술에 대하여 연구하였다. 또한 이와 같은 금속학적 내용은 다량 발굴되는 미 상철기들의 시대별 제철 기술과 고고학적 철기 분류에 기초 자료로 활용하고자 한다.
본 연구에서는 고려시기로 추정되는 고양 벽제 제철관련 유구에서 수습된 철기 및 철괴를 대상으로 금속학적 분석을 실시하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
제안 방법
Etching이 끝난 시편은 Micro Vicous(HM-122 Akashi, JAPAN) 경도계를 이용해 경도를 측정한 후, 광학현미경(Leica M4000B)으로 100배, 200배, 400배로 확대 조사하였으며 조직 내 비금속 개재물의 성분분석은 주사전사현미경(SEM, Scanning Electron Microscope, HITACHI S-4800, JAPAN)에 부착된 에너지분산X선분광분석기(EDS, Energe Dispersive Spectroscope, Oxford ISIS 310, UK)를 이용하여 측정하였다.
유물에 따른 적당한 정도의 etching처리를 하면 결정립계, 상의 입계, 상의 종류, 결정방향 등 부식정도에 따라 다르게 나타나므로 조직을 쉽게 관찰 할 수 있다2. 부식액인 Nital 3%(ethyl alcohol+HNO3)을 제조하여 시편에 따라 3～10sec씩 2～3회 실시하였다.
분석시편은 X-ray이미지로 보아 금속심이 남아 있는 부분에서 motor-tool에 diamond disc를 장착하여 채취하였다. 시편은 epoxy수지로 cold mounting한 후 연마지 #400～#2,000순으로 정밀 연마 후 광택 연마를 위하여 6㎛, 1㎛, 0.05㎛ diamond suspension을 순차적으로 이용하여 마무리 하였다.
연구대상은 고양 벽제 제철관련 유구에서 출토된 유물의 보존처리 과정 중 유물의 손상을 최소화하는 범위에서 시편을 채취하였다. 시편의 종류는 Table 1과 같이 12점의 철제유물로 형태와 혼합물의 내용에 따라 철재, 철괴, 철기로 분류하였다.
조사지역에서는 추정 건물지 3기, 제철로 1기, 노폐기장 2기, 석렬유구 1기, 목탄 저장고 1기, 기타수혈유구 14기가 확인되었으며 내부에서 어골문계 기와와 도기, 말기 해무리굽의 자기편 등이 출토되어 초기 고려시대 유구로 추정되고 있다. 제철로 주변에서 노벽편, 송풍관편, 용범편 등이 집중적으로 확인되나 하부구조를 제외한 전체적인 형태가 파괴되어 노의 용도와 형태를 파악하기 힘들었으며, 제철로 노벽 및 노바닥, 노 주변에서 수습된 미상의 철기와 철괴를 대상으로 조직관찰과 분석을 실시하였다.
대상 데이터
본 연구의 대상지인 고양 벽제 제철 유구는 고려시대 행궁으로 이해되고 있는 혜음원지와 인접하며, 조선시대 10대로의 하나인 의주로와 아주 가까운 거리에 위치해 있다. 조사지역에서는 추정 건물지 3기, 제철로 1기, 노폐기장 2기, 석렬유구 1기, 목탄 저장고 1기, 기타수혈유구 14기가 확인되었으며 내부에서 어골문계 기와와 도기, 말기 해무리굽의 자기편 등이 출토되어 초기 고려시대 유구로 추정되고 있다.
분석시편은 X-ray이미지로 보아 금속심이 남아 있는 부분에서 motor-tool에 diamond disc를 장착하여 채취하였다. 시편은 epoxy수지로 cold mounting한 후 연마지 #400～#2,000순으로 정밀 연마 후 광택 연마를 위하여 6㎛, 1㎛, 0.
연구대상은 고양 벽제 제철관련 유구에서 출토된 유물의 보존처리 과정 중 유물의 손상을 최소화하는 범위에서 시편을 채취하였다. 시편의 종류는 Table 1과 같이 12점의 철제유물로 형태와 혼합물의 내용에 따라 철재, 철괴, 철기로 분류하였다.
본 연구의 대상지인 고양 벽제 제철 유구는 고려시대 행궁으로 이해되고 있는 혜음원지와 인접하며, 조선시대 10대로의 하나인 의주로와 아주 가까운 거리에 위치해 있다. 조사지역에서는 추정 건물지 3기, 제철로 1기, 노폐기장 2기, 석렬유구 1기, 목탄 저장고 1기, 기타수혈유구 14기가 확인되었으며 내부에서 어골문계 기와와 도기, 말기 해무리굽의 자기편 등이 출토되어 초기 고려시대 유구로 추정되고 있다. 제철로 주변에서 노벽편, 송풍관편, 용범편 등이 집중적으로 확인되나 하부구조를 제외한 전체적인 형태가 파괴되어 노의 용도와 형태를 파악하기 힘들었으며, 제철로 노벽 및 노바닥, 노 주변에서 수습된 미상의 철기와 철괴를 대상으로 조직관찰과 분석을 실시하였다.
성능/효과
둘째, 주철 조직 내 P는 다른 철기편에서 검출되는 5% 이상의 Ca성분으로 보아 노내 유동성을 높이기 위해 융제로 P가 다량 함유되어 있는 뼈가루와 같은 인과 석회질이 많은 물질을 인위적으로 첨가하였던 것으로 추정된다.
셋째, 철기(15)를 제외한 탄소강 철괴의 경우 비교적 조직이 균일하고 비금속개재물이 거의 관찰되지 않는 것으로 보아 선철을 이용한 제강공정을 통해 고탄소강의 생산도 가능했을 것으로 추정된다.
첫째, 주철괴의 경우 아공정 백주철과 인(P)의 함량이 높은 회주철로 구분되었다. 또한 백주철과 회주철이 하나의 철괴에서 동시에 관찰되는 것으로 보아 백주철이 노내에서 서서히 냉각됨으로 인하여 회주철화 된 것으로 판단된다.
후속연구
단조 철기내 균일한 금속 조직과 적은 양의 MnS 개재물은 현대 제철 과정 중 인위적으로 Mn이 첨가된 조직과 매우 유사하다. 그러나 본 유구에서 출토된 유물의 Mn이 원광석인지 아니면 인위적으로 첨가하였는지에 대한 규명은 향후 추가적인 연구가 필요하며, 선철을 이용한 탄소강의 생산 가능성도 염두 해 두어야 할 것으로 사료된다.
이처럼 정확한 용도를 알기 어려운 철기는 금속학적 분석을 통하여야만 정확한 분류가 가능하다. 이와 같은 금속학적 내용은 다량 발굴되는 미상철기들의 시대별 제철 기술과 고고학적 철기 분류에 기초 자료로 활용 될 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
제철이란?
제철 기술의 발달은 과거 사회의 역사전개 과정을 밝히는 중요한 요소로서 당시 사회의 변화와 발전 상태를 가늠해 볼 수 있는 척도가 된다. 제철은 철광석에서 철을 추출하는 제련공정과 제련된 철을 대상으로 탄소 함량을 조절하여 강을 생산하는 제강공정, 철 또는 강을 기본 소재로 하여 완제품을 생산하는 제작공정 모두를 일컫는다. 일반적으로 제련공정에서는 탄소 함량이 높은 주철이나 탄소함량이 낮은 연철이 생산된다.
제철 기술의 발달은 어떠한 척도로 사용될 수 있는가?
제철 기술의 발달은 과거 사회의 역사전개 과정을 밝히는 중요한 요소로서 당시 사회의 변화와 발전 상태를 가늠해 볼 수 있는 척도가 된다. 제철은 철광석에서 철을 추출하는 제련공정과 제련된 철을 대상으로 탄소 함량을 조절하여 강을 생산하는 제강공정, 철 또는 강을 기본 소재로 하여 완제품을 생산하는 제작공정 모두를 일컫는다.
제련공정에서 과거와 고대의 차이점은?
일반적으로 제련공정에서는 탄소 함량이 높은 주철이나 탄소함량이 낮은 연철이 생산된다. 주철 제련이 주를 이루는 오늘날과는 달리 고대에는 시대나 지역에 따라 양자 중 하나가 주로 사용되거나 두 방법이 혼용되었다. 이 두 가지 제련법과 이들에게서 생산되는 소재 간에는 근본적인 차이점이 존재하므로 어느 방법을 사용하느냐에 따라 차후 실시되는 제강법과 제작방법에도 큰 차이가 발생한다1.
참고문헌 (8)
Rostoker, W. and Bronson, B., "Pre-industrial iron". Archeomaterials monograph, p12-13, (1990).
Kim, J.G., Kim, K.Y. and Park, H.W., "Metaloscope Metallography". Gold, p163, (1999).
Choi, J., Yoo, M.K., Kim, H.T., Kim, Y.H. and Do, J.M., "Technical Reports : The Ironmaking Process in the Korean Bloomery Furnace". Bulletin of the Korean Institute of metals and materials, 14, p91, (1991).
Yang, G., "A Study on the Ancient Metallurgical Technology in China". Daehane Educare, p256, (1992).
Rho, T.C., "A Study on the Ancient Metallurgical Technology in Korea". Hakyoun, p171, (2000).
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