본문 바로가기
HOME> 보고서 > 보고서 검색상세

보고서 상세정보

고대 제강기술을 이용한 초강 개발
Development of Parching Steel Materials Using Ancient Steel Making Technique

  • 초록 


    In the ancient steel refining method, low carbon content materials or pig iron is produced by heating pig iron to a liquefied or ...

    In the ancient steel refining method, low carbon content materials or pig iron is produced by heating pig iron to a liquefied or semi-liquefied state, and cause decarbonization by oxygen in the air with regular mixing, or derive the reaction of oxygen with carbon by adding magnetic sand.
    Ironware made through the said ancient steel refining method has been found in historic sites of the Baekjae and Koguryo Kingdom. Metallographic study on such ironware has been carried out. However, there is a current lack of research studies on suchrelics and legacies, and research on the mechanism of steelmaking technology using the ancient steel refining method has not been carried out.
    A reproduction of an ancient steel refining furnace that had been found in Jincheon Seokjang-ri remains and Kyungju Hwangsung-dong remains was used as the experimental model. As a large amount of pig iron was needed, we made steel material using the ancient method through the following three stages: Stage 1: Sponge iron and pig iron are produced at a steel refining furnace (4.7m high), Stage 2: High-quality pig iron is produced by high-temperature reductionism from the furnace, Stage 3: Pig iron is fed into theancient steel refining furnace, heated to put it in a liquefied or semi-liquefied state, and mixed with reducing agent such as magnetic sand and shells. by willuw limb to reduce carbon content
    Impurities, such as sulfur and phosphorus, were removed from ancient steel materials through the tempering process at a steel forging furnace, thereby producing fine-structured ancient steel whose carbon content varies by 0.81-1.20%.
    The scientific mechanism of the ancient steel-refining technology, without the accompanying manufacturing technology, was examined, and "Chiljido"(seven-branched sword) in the Baekje Kingdom was produced by ancient steel refining method based on ancient Korean science and technology (scientific theory, material, production method, applied technology, etc).
    Compound analysis and observation of fine structure for metal lump, Pig iron and slag achieved from the said steelmaking process was carried out. Fayalite and Wustite from steel slag were found, and Magnetite, Ulvospinel and Wustite from ancient steel slag were found due to the influence of pig iron and shells. Moreover, Wustite and Fayalite were found to co-exist in the steel forging furnace with a large amount of Wustite. Especially, various patterns of ferrite. pearlite, Cementite, and dendrite structures were found in the steelmaking process.
    Various factors, such as the method of building the furnace, heating temperature, weight ratio of pig iron and oxide, sustaining time of high temperature, cooling method, and seasonal factors, were applied in the ancient method of steel refining.


    초강기술은 선철을 가열해서 액체나 반 액체상태로 만들고, 이것을 골고루 섞어 공기 중의 산소에 의하여 탈탄시키거나 사철을 넣어 사철 중의 산소와 선철 중 탄소가 반응하도록 유도 탈탄시켜 탄소함량이 낮은 재료나 숙철(熟鐵)을 만들었는...

    초강기술은 선철을 가열해서 액체나 반 액체상태로 만들고, 이것을 골고루 섞어 공기 중의 산소에 의하여 탈탄시키거나 사철을 넣어 사철 중의 산소와 선철 중 탄소가 반응하도록 유도 탈탄시켜 탄소함량이 낮은 재료나 숙철(熟鐵)을 만들었는데 이러한 방법을 초강(炒鋼) 제조기술이라 한다. 국내에서 초강으로 생산된 철기는 백제와 고구려유적에서 발견되었으며, 이에 대한 금속학적 연구가 진행되고 있다. 그러나 초강기술 연구는 유적 및 유물에 국한되어 진행되었으나 초강 생산을 위한 제강기술의 메커니즘 연구는 전무한 상태이다.
    본 연구는 진천 석장리유적 및 경주 황성동 유적에서 확인된 초강로를 모델로 복원하여 재현 실험하였다. 이를 위해서는 많은 양의 선철이 필요하기 때문에 1단계, 제철로(높이 4.7m)에서 괴련철 및 선철을 생산하고, 2단계, 용해로에서 양질의 선철을 얻기 위하여 고온 환원법으로 선철을 생산하였다. 3단계 초강로에 전철을 넣고 가열하여 액체나 반 액체상태로 만들고, 사철 및 조개껍질 등의 환원제와 함께 버드나무가지로 이를 교반함으로써 용탕의 탄소함량을 낮추는 방법을 사용하여 초강 소재를 얻었다. 초강 소재는 다시 단야로에서 정련과정을 거처 미량의 불순물(황, 인)이 제거 되고 탄소함유량 0.81~1.20%의 미세조직이 치밀한 초강(炒鋼)을 개발하였다.
    고대 제강기술의 맥이 단절되었던 초강기술의 과학적 메커니즘 규명과 겨레과학기술의 재조명(과학적 원리, 소재, 제작방법, 응용기술 등)으로 백제시대 "七支力"를 초강으로 단조하여 재현하였다.
    제철 제강과정에서 수습한 괴련철, 선철 및 슬래그의 화합물분석, 미세조직을 관찰하였다. 제철 슬래그는 Fayalite와 Wustite, 그리고 초강 슬래그에서는 사철과 조개껍질의 영향으로 Magnetite, Ulvospinel, Wustite가 관찰되었다. 또한 단야로에서는 Wustite와 Fayalite가 공존하는데 이때 Wustite는 거상으로 존재하였다. 특히 미세조직은 제철과정에서 다양한 형태의 ferrite, pearlite, cementite, dendrite 조직이 관찰되었다.
    고대 제강법인 초강 생산을 위해서는 노의 축조방법, 가열온도, 선철과 산화물의 중량비, 고온의 유지시간 및 냉각방법 그리고 계절적 요인 등의 다양한 변수가 작용하였다.


  • 목차(Contents) 

    1. 제 1 장 연구 필요성 및 목표 ...18
    2. 제 1 절 연구 착안점 ...18
    3. 제 2 절 연구 필요성 ...20
    4. 제 3 절 연구목표 ...22
    5. 제 2 장 국내.외 기술개발현황 ...24
    6. 제 3 장 연구내용 및 방법 ...26
    7. 제 4 장 이론적 배경 ...3...
    1. 제 1 장 연구 필요성 및 목표 ...18
    2. 제 1 절 연구 착안점 ...18
    3. 제 2 절 연구 필요성 ...20
    4. 제 3 절 연구목표 ...22
    5. 제 2 장 국내.외 기술개발현황 ...24
    6. 제 3 장 연구내용 및 방법 ...26
    7. 제 4 장 이론적 배경 ...30
    8. 제 1 절 초강기술의 발달 ...30
    9. 제 2 절 국내의 초강유적 ...51
    10. 제 3 절 초강의 분석 사례 ...56
    11. 제 5 장 연구내용 ...62
    12. 제 1 절 문헌조사 ...62
    13. 제 2 절 초강기술의 복원 ...67
    14. 제 3 절 칠지도 재현 ...102
    15. 제 4 절 과학적 분석 ...123
    16. 제 6 장 결론 및 고찰 ...146
    17. 제 7 장 참고문헌 ...148
    18. 제 8 장 연구결과활용계획서 ...152
    19. 표 목차
    20. 표 14 유수노하심(楡樹老河深) 유적 분석결과 ...56
    21. 표 15 백제철기의 금속학적 특징 ...57
    22. 표 3 중국 한대(漢代) 초강로 출토 숙철.고탄소강의 성분조성 ...60
    23. 표 4 초강제품으로 확인된 중국한대의 대도와 철도 ...61
    24. 표 5 온도 범위에 따른 화학적 반응 ...68
    25. 표 6 제철로 조업 일지 ...71
    26. 표 7 제철로 장입량 ...75
    27. 표 8 1차 소재 생산량 ...77
    28. 표 9 용해로 조업 일지 ...80
    29. 표 10 용해로 장입량 ...82
    30. 표 11 용해로 생산량 ...83
    31. 표 12 초강기술의 메커니즘 ...85
    32. 표 13 초강로 1호 조업 일지 ...89
    33. 표 14 초강로 1호 조업 일지 ...91
    34. 표 15 초강로 3호 조업 일지 ...93
    35. 표 16 초강로 장입량 ...94
    36. 표 17 초강 생산량 ...96
    37. 표 18 단야로 1호-1 조업일지 ...98
    38. 표 19 단야로 1호-2 조업일지 ...98
    39. 표 20 단야로 1호-3 조업일지 ...98
    40. 표 21 단야로 2호 조업일지 ...98
    41. 표 22 단야로 온도 ...99
    42. 표 23 단야로 장입량 ...100
    43. 표 24 초강 생산량 ...100
    44. 표 25 고대 제철.제강과정에서 생성된 철편 및 슬래그 분석시료 ...123
    45. 표 26 고대 제철.제강과정에서 생성된 철편 및 슬래그의 미세조직 ...128
    46. 표 27 슬래그 No.3-1 EDS 분석결과 ...131
    47. 표 28 슬래그 No.3-2 EDS 분석결과 ...131
    48. 표 29 괴련철 No.4-1 EDS 분석결과 ...132
    49. 표 30 괴련철 No.4-2 EDS 분석결과 ...132
    50. 표 31 선철 No.6 EDS 분석결과 ...133
    51. 표 32 선철 No.7-1 EDS 분석결과 ...134
    52. 표 33 선철 No.7-2 EDS 분석결과 ...134
    53. 표 34 슬래그 No.10-l EDS 분석결과 ...135
    54. 표 35 슬래그 No.10-2 EDS 분석결과 ...135
    55. 표 36 선철 No.11-l EDS 분석결과 ...136
    56. 표 37 선철 No.11-2 EDS 분석결과 ...136
    57. 표 38 선철 No.12-1 EDS 분석결과 ...137
    58. 표 39 선철 No.12-2 EDS 분석결과 ...137
    59. 표 40 강 No.15 EDS 분석 결과 ...139
    60. 표 41 슬래그 No.16-1 EDS 분석결과 ...140
    61. 표 42 슬래그 No.16-2 EDS 분석결과 ...140
    62. 표 43 강 No.17 EDS 분석결과 ...141
    63. 표 44 슬래그 No.19-1 EDS 분석결과 ...143
    64. 표 45 슬래그 No.19-2 EDS 분석결과 ...143
    65. 표 46 슬래그 No.19-3 EDS 분석결과 ...143
    66. 표 47 슬래그 No.19-4 EDS 분석결과 ...143
    67. 표 48 슬래그 No.20-1 EDS 분석결과 ...144
    68. 표 49 슬래그 No.20-2 EDS 분석결과 ...144
    69. 그림목차
    70. 그림 2 연구내용 및 범위 ...29
    71. 그림 3 수력을 이용한 영국 Cumbria주 furness의 제철 유적 ...46
    72. 그림 4 최초의 퍼들로 ...47
    73. 그림 5 퍼들로 ...47
    74. 그림 6 베세머 전로의 작업도 ...48
    75. 그림 7 오스트리아 Voestalpine사의 LD전로 모습 ...49
    76. 그림 8 LD전로의 공정도 ...49
    77. 그림 9 연속 주조 공정 모식도 ...50
    78. 그림 10 전기로 제강법(by Jeremy A. T. Jones) ...50
    79. 그림 11 진천 석장리 B-7호 내부 토층 ...52
    80. 그림 12 진천 석장리 B-7호 노내바닥(동$\rightarrow$서) ...52
    81. 그림 13 진천 석장리 B-7호(국립청주박물관(國立淸州博物館) 1997) ...52
    82. 그림 14 경주 황성동 I-가-5호(국립결주박물관(國立慶州博物館) 2000) ...53
    83. 그림 15 경주 황성동 I-가-5호 노 바닥 ...53
    84. 그림 16 경주 황성동 강변로 3호 (한국문화재보호재단(韓國文化財保護財團) 2005) ...54
    85. 그림 17 북한 평북 시중노남리남파동 고분군 모습 ...55
    86. 그림 17 천공개물 "제련(製鍊)" ...62
    87. 그림 18 제철로(製鐵로爐) ...67
    88. 그림 19 제철로 도면 ...68
    89. 그림 20 노 하부 축조 ...69
    90. 그림 21 노 보강용 철제구조물 설치 ...69
    91. 그림 22 노 좌.우 유출구 확보 ...69
    92. 그림 23 온도계 삽입구 확보 ...69
    93. 그림 24 제철로 내부 건조 ...69
    94. 그림 25 제철로 하부의 내부 모습 ...69
    95. 그림 26 노 상부(SHAFT) 제작 ...69
    96. 그림 27 완성된 제철로의 모습 ...69
    97. 그림 28 송풍기를 이용한 예열작업 ...73
    98. 그림 29 제철로에 사용된 송풍관 ...73
    99. 그림 30 발풀무 작업 ...73
    100. 그림 31 적철광 장입 ...73
    101. 그림 32 만 장입 상태 ...74
    102. 그림 33 노 하부 슬래그 확인 ...74
    103. 그림 34 막힌 송풍구의 슬래그 제거 ...74
    104. 그림 35 액상의 선철 유출 ...74
    105. 그림 36 배출되는 슬래그 ...74
    106. 그림 37 환원 불꽃 ...74
    107. 그림 38 조업과정 전경 ...74
    108. 그림 39 적외선 온도계 측정 모습 ...74
    109. 그림 40 제철로 내부 온도 변화 ...75
    110. 그림 41 제철로 해체 및 발굴 ...76
    111. 그림 42 제철로 하부 열전도 상태 ...76
    112. 그림 43 제철로 벽체 열전도 상태 ...76
    113. 그림 44 제철로 내부 모습 ...76
    114. 그림 45 선별.수습 ...76
    115. 그림 46 생산된 괴련철.선철 ...77
    116. 그림 47 생산된 철괴 ...77
    117. 그림 48 생산된 선철방울 ...77
    118. 그림 49 제철 조업 시 유출된 선철 ...77
    119. 그림 50 생산된 선철 ...77
    120. 그림 51 용해로 도면 ...78
    121. 그림 52 용해로 축조 ...79
    122. 그림 53 용해로 조업 ...81
    123. 그림 54 용해로 온도변화 ...81
    124. 그림 55 용해로 발굴 ...82
    125. 그림 56 용해로 내부 모습 ...83
    126. 그림 57 좌측 벽체 열전도 상태 ...83
    127. 그림 58 우측 벽체 열전도 상태 ...83
    128. 그림 59 생산된 선철 ...84
    129. 그림 60 생산된 선철 ...84
    130. 그림 61 초강 생산과정 ...86
    131. 그림 62 진천 석장리 B-7호 ...87
    132. 그림 63 경주 황성동 강변로 7호 ...87
    133. 그림 64 초강로 1호 ...87
    134. 그림 65 초강로 2호 ...87
    135. 그림 66 초강로 3호 ...87
    136. 그림 67 초강로 1, 2, 3호 축조 ...88
    137. 그림 68 초강로 1호 온도변화 ...89
    138. 그림 69 사철 ...90
    139. 그림 70 버드나무 가지 ...90
    140. 그림 71 초강로 1호 조업 ...90
    141. 그림 72 초강로 2호 온도변화 ...91
    142. 그림 73 초강로 2호 조업 ...92
    143. 그림 74 초강로 3호 온도변화 ...93
    144. 그림 75 초강로 3호 조업 ...94
    145. 그림 76 초강로 1호 ...95
    146. 그림 77 초강로 2호 ...95
    147. 그림 78 초강로 3호 발굴 ...96
    148. 그림 79 초강로 1호 초강 ...97
    149. 그림 80 초강로 2호 초강 ...97
    150. 그림 81 초강로 3호 초강 ...97
    151. 그림 82 가마솥 편 ...97
    152. 그림 83 단야로 조업 ...99
    153. 그림 84 단야로 1호-1 선철 및 초강 ...101
    154. 그림 85 단야로 1호-2 선철 및 초강 ...101
    155. 그림 86 단야로 1호-3 선철 및 초강 ...101
    156. 그림 87 단야로 2호 선철 및 초강 ...101
    157. 그림 88 칠지도 ...104
    158. 그림 89 칠지도 명문(앞면) ...105
    159. 그림 90 칠지도 명문(뒷면) ...106
    160. 그림 91 칠지도 명문(뒷면) ...107
    161. 그림 92 칠지도 앞면에 입사 명문 ...108
    162. 그림 93 칠지도 뒷면에 입사 명문 ...108
    163. 그림 94 칠지도 복제품 ...112
    164. 그림 95 금입사 ...112
    165. 그림 96 분말 야금법을 활용한 주조(에폭시 L30 + 순철 분말 혼입) ...113
    166. 그림 97 금선 상감 ...113
    167. 그림 98 복원 칠지도 ...113
    168. 그림 99 칠지도 목형제작 ...114
    169. 그림 100 칠지도 거푸집(土型) ...114
    170. 그림 101 주형에 주철주입 ...115
    171. 그림 102 칠지도 열처리과정 ...115
    172. 그림 103 칠지도 숫돌연마 ...115
    173. 그림 104 칠지도 금선 선입사 ...115
    174. 그림 105 "위(倭)"입사 ...115
    175. 그림 106 완성된 칠지도 ...115
    176. 그림 107 1차 단련 강편 ...117
    177. 그림 108 적층 강편 ...117
    178. 그림 109 볏짚 도포 ...117
    179. 그림 110 분할적층 준비단계 ...117
    180. 그림 111 분할적층 ...117
    181. 그림 112 제강 반제품 ...117
    182. 그림 113 초강 및 순철 3층 구조 ...117
    183. 그림 114 백련강괴 ...117
    184. 그림 115 백련강 소재 완성 ...118
    185. 그림 116 소재 표면 ...118
    186. 그림 117 단야과정 ...118
    187. 그림 118 칠지도 단조과정 ...118
    188. 그림 119 깍쇠질 ...119
    189. 그림 120 깍쇠질 완료 ...119
    190. 그림 121 연마과정 ...119
    191. 그림 122 칠지도 형태 완성 ...119
    192. 그림 123 순금 80% + 순은 20% ...120
    193. 그림 124 합금과정 ...120
    194. 그림 125 합금상태 ...120
    195. 그림 126 괴틀주조 ...120
    196. 그림 127 금괴 열처리 ...120
    197. 그림 128 단야과정 ...120
    198. 그림 129 인발 과정 ...120
    199. 그림 130 인발 뒷면 세부모습 ...120
    200. 그림 131 저순도에 의한 절단 ...121
    201. 그림 132 금사 완성 ...121
    202. 그림 133 칠지도 상감기법 모식도 ...121
    203. 그림 134 칠지도 ...122
    204. 그림 135 제철 슬래그 분석결과(F : Fayalite, W : Wustite/ Q : Quartz) ...127
    205. 그림 136 초강 슬래그 분석결과(F : Fayalite, W : Wustite/ Q : Quartz) ...127
    206. 그림 137 괴련철 No.1 미세조직(${\times}$100) ...129
    207. 그림 138 괴련철 No.1 미세조직(${\times}$200) ...129
    208. 그림 139 괴련철 No.2 미세조직(${\times}$100) ...130
    209. 그림 140 괴련철 No.2 미세조직(${\times}$200) ...130
    210. 그림 141 슬래그 No.3 미세조직(${\times}$100) ...130
    211. 그림 142 슬래그 No.3 미세조직(${\times}$200) ...130
    212. 그림 143 슬래그 N0.3-1 SEM ...130
    213. 그림 144 슬래그 N0.3-2 SEM ...130
    214. 그림 145 괴련철 No.4 미세조직(${\times}$100) ...131
    215. 그림 146 슬래그 No.4 미세조직(${\times}$200) ...131
    216. 그림 147 슬래그 N0.4 -1 SEM ...131
    217. 그림 148 슬래그 N0.4 -2 SEM ...131
    218. 그림 149 선철 No.5 미세조직(${\times}$100) ...132
    219. 그림 150 선철 No.5 미세조직(${\times}$200) ...132
    220. 그림 151 선철 No.6 미세조직(${\times}$100) ...132
    221. 그림 152 선철 No.6 미세조직(${\times}$200) ...132
    222. 그림 153 선철 No.6-1 SEM ...133
    223. 그림 154 선철 No.6-2 SEM ...133
    224. 그림 155 선철 No.7 미세조직(${\times}$100) ...133
    225. 그림 156 선철 No.7 미세조직(${\times}$200) ...133
    226. 그림 157 선철 No.7-1 SEM ...133
    227. 그림 158 선철 No.7-2 SEM ...133
    228. 그림 159 선철 No.8 미세조직(${\times}$100) ...134
    229. 그림 160 선철 No.8 미세조직(${\times}$200) ...134
    230. 그림 161 선클즈 No.9 미세프즈직(${\times}$100) ...134
    231. 그림 162 선철 No.9 미세조직(${\times}$200) ...134
    232. 그림 163 슬래그 No.10 미세조직(${\times}$100) ...135
    233. 그림 164 슬래그 No.10 미세조직(${\times}$200) ...135
    234. 그림 165 슬래그 No.10-1 SEM ...135
    235. 그림 166 슬래그 No.10-2 SEM ...135
    236. 그림 167 선철 No.11 미세조직(${\times}$100) ...136
    237. 그림 168 선철 No.11 미세조직(${\times}$200) ...136
    238. 그림 169 선철 No.11-1 SEM ...136
    239. 그림 170 선철 No.11-2 SEM ...136
    240. 그림 171 선철 No.12 미세조직(${\times}$100) ...137
    241. 그림 172 선철 No.12 미세조직(${\times}$200) ...137
    242. 그림 173 선철 No.12-1 SEM ...137
    243. 그림 174 선철 No.12-2 SEM ...137
    244. 그림 175 선철 No.13 미세조직(${\times}$100) ...138
    245. 그림 176 선철 No.13 미세조직(${\times}$200) ...138
    246. 그림 177 강 No.14 미세조직(${\times}$100) ...138
    247. 그림 178 강 No.14 미세조직(${\times}$200) ...138
    248. 그림 179 강 No.15 미세조직(${\times}$100) ...138
    249. 그림 180 강 No.15 미세조직(${\times}$200) ...138
    250. 그림 181 강 No.15-1 SEM ...139
    251. 그림 182 강 No.15-2 SEM ...139
    252. 그림 183 슬래그 No.16 미세조직(${\times}$100) ...139
    253. 그림 184 슬래그 No.16 미세조직(${\times}$200) ...139
    254. 그림 185 슬래그 No.16-1 SEM ...139
    255. 그림 186 슬래그 No.16-2 SEM ...139
    256. 그림 187 강 No.17 미세조직(${\times}$100) ...140
    257. 그림 188 강 No.17 미세조직(${\times}$200) ...140
    258. 그림 189 강 No.17-1 SEM ...140
    259. 그림 190 강 No.17-2 SEM ...140
    260. 그림 191 초강 No.18 미세조직(${\times}$100) ...141
    261. 그림 192 초강 No.18 미세조직(${\times}$200) ...141
    262. 그림 193 초강 No.18-1 SEM-EDS 분석결과 ...141
    263. 그림 194 초강 No.18-2 SEM-EDS 분석결과 ...142
    264. 그림 195 슬래그 No.19 미세조직(${\times}$100) ...142
    265. 그림 196 슬래그 No.19 미세조직(${\times}$200) ...142
    266. 그림 197 슬래그 No.19-1 SEM ...142
    267. 그림 198 슬래그 No.19-2 SEM ...142
    268. 그림 199 슬래그 No.19-3 SEM ...143
    269. 그림 200 슬래그 No.19-4 SEM ...143
    270. 그림 201 슬래그 No.20 미세조직(${\times}$100) ...144
    271. 그림 202 슬래그 No.20 미세조직(${\times}$200) ...144
    272. 그림 203 슬래그 No.20-1 SEM ...144
    273. 그림 204 슬래그 No.20-2 SEM ...144
  • 참고문헌

    1. 전체(0)
    2. 논문(0)
    3. 특허(0)
    4. 보고서(0)

 활용도 분석

  • 상세보기

    amChart 영역
  • 원문보기

    amChart 영역