Scientific Analysis of Slags and Furnace Wall collected from Iron Production Site at Suryong-ri Wonmorongi in Chungju

(1)

접수 13. 04. 10 / 심사종료 13. 05. 22 / 게재승인 13. 06. 03

Vol.29, No.2, pp139-147(2013)

DOI http://dx.doi.org/10.12654/JCS.2013.29.2.05 Printed in the Republic of Korea

충주 수룡리 원모롱이 야철지 수습 철재 및 노벽의 과학적 분석

조현경 | 조남철¹ | 강대일*

공주대학교 문화재보존과학과, *한국전통문화대학교 보존과학과

Scientific Analysis of Slags and Furnace Wall collected from Iron Production Site at Suryong‐ri Wonmorongi in Chungju

Hyun-kyung Cho | Nam-chul Cho¹ | Dai Ill Kang*

Department of Cultural Heritage Conservation Science, Kongju National University, Gongju, 314-701, Korea

*Department of Conservation Science, Korean National University of Cultural Heritage, Buyeo, 323-812, Korea

1Corresponding Author: [email protected], +82-41-850-8541

초 록 충주 수룡이 원모롱이 야철지에서 수습한 슬래그와 노벽을 분석하여 제철관련 정보를 알아보고자 하였다. 슬래그 의 전철량은 36.98～44.47wt%이며 이는 고대 제철조업에서 나타나는 일반적인 철 회수율이다. 슬래그에 포함된 CaO 는 노벽에 포함된 0.36wt%보다 많으므로 조재제로서 제련 시 의도적으로 첨가한 것으로 추정된다. 노벽의 경우 Al2O3의 함량이 낮아 고알루미나질의 내화점토를 사용하지 않은 것으로 획인되었다. 슬래그의 미세조직과 주성분 분석을 통해 Fayalite와 Wustite가 나타난 No.1〜3 슬래그는 철광석으로 제련한 것으로 보인다. 그러나 No. 4 슬래그의 경우 TiO2을 함유한 Ulvospinel이 나타나 사철을 이용하여 제련했을 가능성이 높다. 그러므로 이 지역에서는 제철 원료로서 철광석 과 함께 사철도 이용하였을 가능성이 있으며 노벽은 Al2O3의 함량이 낮은 일반점토를 사용하여 제작한 것으로 보인다.

중심어

:

야철지

,

슬래그

,

노벽

,

전철량

,

조재제

,

철광석

,

사철

ABSTRACT This study focused on iron making related information through analyzing slags and furnace wall collected from iron production site of Suryong-ri Wonmorongi, Chungju. Total Fe content of slags were from 36.98% to 44.47%

and this range was general recovery rate of iron in ancient. Compounds of calcium included slags was supposed to add intentionally during smelting process as deoxidation agent in order that these helped to separate iron from impurities.

Furnace wall didn't make of high alumina clay because of low Al2O3. Microstructure and main components of slags show that No. 1 to 3 slags with fayalite and wustite were products of iron ore smelting. However, No.4 slag is more likely to smelt by iron sand because of ulvospinel with TiO2 in No. 4 slag. Therefore, iron ore were not only used but iron sand in smelting and furnace wall made of general clay with low Al2O3 content in this area.

Key Words: Iron production site, Slag, Furnace wall, Total Fe content, Deoxidation agent, Iron ore, Iron sand

(2)

Figure 1. Slags and furnace wall collected from iron production site at Suryong-ri Wonmorongi.

1. 서 론

고대에 제작된 철제유물의 경우 쉽게 부식되는 철의 성 질로 인해 오래된 유물일수록 형태가 거의 남아있지 않다.

그러므로 발굴되는 철제유물을 통해 철기 문화의 발달과정 을 이해하기에는 많은 어려움이 따른다. 일반적인 제철관 련 유적지에서는 철을 생산하고 남은 철광석이나 제련과정 에서 발생한 슬래그가 많이 출토된다. 야철 관련 유적에서 출토되는 제련 관련 슬래그의 분석은 슬래그의 성격을 규 명함과 동시에 유적지에서 수행된 작업의 성격을 추정하고 제련기술의 수준을 파악하는데 많은 정보를 제공한다 (Rho, 2000).

슬래그(鐵滓)란 광석에서 철을 제련하거나 철을 가공할 때 발생한 찌꺼기를 의미한다(Yoon, 1986). 고대에는 제련 시 철광석을 고온에서 녹여 철괴와 슬래그를 분리시켜 슬 래그가 노에서 유출되게 하였으며 여기서 생산된 철괴는 1 차적인 철의 재료가 되었다. 이러한 제련 슬래그(製鍊材) 에는 원광석, 노벽, 혼합물의 성분 등이 함께 용해되어 나 오므로 철의 산화물도 상당량 혼재하고 있다. 또한 2차 제 련과정에서는 용해로와 단야로에서 보다 정선된 철과 철 기를 생산하게 되는데, 이 경우 제련재(製鍊材)와는 다른 형태의 슬래그가 발생한다. 철기의 제작에는 거푸집에 쇳 물을 부어 만드는 주조법과 철괴를 반용융 상태로 달군 후 에 망치로 두드려 원하는 모양을 만드는 단조법이 있다. 이 때 발생하는 슬래그를 주물재(鑄物材), 단야재(鍛冶材) 등 으로 구분하고 있다(Kim et al., 2005). 이렇듯 슬래그에는 당시의 작업과정을 나타내는 흔적이 남아있다. 즉, 제철 시 어떠한 원료를 사용하였으며, 철을 환원하기 위해 어떠한 원료를 사용하였으며 철을 환원하기 위해 사용한 연료 및 제철로의 온도 등 당시의 제련과정을 추정해 볼 수 있다.

따라서 이러한 슬래그의 분석은 고대 제철 과정을 이해하 는데 상당한 도움이 된다.

이번 연구에서는 충주 수룡리 원모롱이 야철지에서 수 습한 슬래그와 노벽을 과학적으로 분석하여 제철관련 정 보를 알아보고자 하였다. 수룡리 원모롱이 야철지는 충청 북도 충주시 노은면 수룡리 원모롱이에 있는 고려시대 야

철 유적이다. 원모롱이 마을의 샘말 동측 과수원과 옆 산에 슬래그가 산포되어 있었으나 유적은 이미 파괴되어 흔적 을 알 수 없고 주변에 고려시대의 것으로 보이는 경질토기 조각이 산포되어 있어 고려시대 야철지로 추정하고 있다 (Kil, 2007). 충주지역은 우리나라의 대표적인 철산지로서 신라의 5소경(五小京) 중 하나인 국원소경(國原小京)이 설 치, 운영되었던 곳이다. 특히 수룡리 원모롱이 유적이 있는 노은면을 포함한 이류면 일대는 조사 보고된 야철지만 43 개소로 고려시대의 대규모 철산지로 알려진 다인철소(多仁鐵所)가 운영되었던 곳으로 알려져 있다(Hwang et al., 2010). 따라서 이 지역의 제철작업이 단기간의 작업이 아 니라 고려에서 조선에 이르기까지 지속적으로 이루어진 작업임을 짐작할 수 있게 하는 유적이다. 그러므로 수룡리 원모롱이에서 수습된 슬래그와 노벽에 대한 분석은 충주 지역에서 이루어진 고려시대 제철 방법 및 제철 문화를 이 해하는데 도움이 될 것으로 본다.

2. 분석시료 및 분석방법 2.1. 분석시료

분석 대상 시료는 국립중원문화재연구소에서 실시한 지 표조사에서 채집한 것으로, 그 중 수룡리 원모롱이 야철지에 서 수습한 슬래그와 노벽이다. 공주대학교와 체결한 업무협 약에 의해 국립중원문화재연구소에서 제공하였으며 외형적 특징에 따라 슬래그 4점, 노벽 1점을 선정하였다(Figure 1).

No. 1 슬래그는 노 밖으로 흘러 생성된 유출재이며, No. 2～

4 슬래그는 노 내부에서 생성된 노내재로 확인되었다. No.

5 노벽으로 노 안쪽 부분은 고온으로 인해 유리질화 되었고 바깥쪽은 적색의 점토로 이루어져 있다.

2.2. 분석방법

2.2.1. 주성분 분석

불순물이 포함되지 않은 내부 시료를 얻기 위해 표면층 을 그라인더로 제거하였다. 표면층을 제거한 슬래그와 노

(3)

No. Sample Major Composition(wt%)

T‧Fe

Fe2O3 SiO2 Al2O3 MnO MgO K2O CaO TiO2 ZrO2 P2O5 Na2O 1 Slag

36.98 52.87 33.00 3.51 0.62 1.11 2.35 5.98 0.24 0.06 0.26 -

2 Slag

44.47 63.58 29.00 2.84 0.12 0.37 1.45 2.47 0.15 0.01 -　

- 3 Slag

42.63 60.95 28.70 3.54 0.17 0.67 1.80 3.63 0.44 0.03 -

-　 4 Slag

42.54 60.82 26.00 4.26 0.45 0.88 1.91 4.12 1.10 0.07 0.39 -

5 Furnace wall

2.92

4.17 67.97 17.70 - 0.68 4.63 0.36 0.51 0.03 - 3.70

Table 1. Chemical composition of slags and furnace wall from iron production site at Suryong-ri Wonmorongi.

벽을 에탄올에 침적하여 초음파 세척기로 표면에 남아있 는 불순물을 제거한 후 건조하였다. 건조한 시료를 분말화하 였으며 파장분산형 X-선 형광분석기(Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometry: WD-XRD, S4 Pioneer, Bruker)를 이용하여 분석하였다. 분석 전 전처리를 통해 시편을 유리화 하였으며 분석된 결과는 준정량 분석으로 계측하여 나타내었다.

2.2.2. 화합물 분석

주성분 분석과 마찬가지로 시료를 분말화하였으며 노 벽의 경우 노벽의 바깥쪽 유리질 층과 안쪽의 적색점토층 을 나누어 분말화하였다. 화합물 상태를 알아보기 위해 X- 선 회절 분석(X-ray Diffraction System: XRD, X'PertPRO MPD, Philips, Netherlands)을 실시하였다. 2theta는 3～

70deg, scan speed는 1sec/step, step size는 0.03deg, 전압 은 40kV, 전류는 30mA이다. 분석 시 Target은 Copper를 사용하였다.

2.2.3. 미세조직 관찰

각 시료의 내부 시편을 채취하고 에폭시 수지를 사용하 여 마운팅하였다. 마운팅 된 시편은 220 mesh에서 4000 mesh까지 순차적으로 연마한 후 3㎛와 1㎛(DP-Spray, Struers) 연마제를 사용하여 시료에 스크래치가 없을 때까 지 미세연마를 실시하였다. 미세 연마된 시편은 금속현미 경(DM 2500M, Leica)을 사용하여 미세조직을 관찰하였고, 전계방사형주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope: FE-SEM, JSM-7401F, JEOL)으로 세부 미세 조직을 관찰하였다. 미세조직 내 화학조성은 에너지분산 형 X-선분석기(Energy Dispersive Spectroscopy: EDS, INCA, Oxford)로 분석하였다. 분석 시료들은 백금(Pt)으로 코팅하여 시료의 전도도를 높이는 한편 조성비에 미치는 영향을 최소화하였다.

3. 분석결과 3.1. 주요성분

Table 1은 수룡리 원모롱이 야철지에서 수습한 슬래그와 노벽의 주요성분을 XRF로 분석한 결과이다. 슬래그의 주요 성분 중 전철량은 T․Fe로 표현되는데 슬래그에 남아있는 철 성분을 일컫는다. 그 값이 클수록 제련 시 생성된 철의 회수 율이 좋지 않았음을 의미하며 보통 고대에서 발견되는 슬래그 의 전철량은 30～50% 범위이다(Yoon, 1986). 이번에 분석한 슬래그의 전철량은 36.98～44.47wt% 범위로 고대 제련 시 일반적으로 보이는 전철량 범위의 전철량을 나타내고 있다.

제련 과정 중 석회질 물질을 첨가하면 융점을 낮게 하고 점성을 적게 하여 탈황, 탈인 작용에 효과적이라고 한다 (Yoon, 1986). Table 1에 정리된 슬래그와 노벽의 CaO 함 량을 비교하면 제련 작업 시 의도적으로 석회질 물질을 첨 가하였는지에 대한 정보를 얻을 수 있다. 노벽의 경우 0.36wt%의 CaO를 포함하고 있으며 슬래그는 2.47～

5.98wt%로 슬래그에 보다 많은 양의 CaO가 포함되어 있 음을 알 수 있다. 슬래그에 함유된 CaO 함량이 노벽보다 높은 것으로 보아 제련작업 시 노벽이 아닌 다른 곳에서 유 입된 석회질 물질에서 비롯된 것으로 볼 수 있으며 의도적 으로 석회질 물질을 첨가했을 가능성이 높다.

슬래그 내에 함유된 TiO2와 V2O5의 존재 여부와 그 양 에 따라 제철 시 원료로써 철광석을 사용했는지, 사철을 사 용했는지에 대한 부분을 판단할 수 있다. 사철을 원료로 하 여 제련한 슬래그는 Ti, V, Zr의 함량이 높게 나타난다. 철 광석을 원료로 사용했을 경우에 슬래그 내의 TiO2는 1%

이하, V2O5는 0.01% 이하로 나타난다(Yoon, 1986). 수룡 리 원모롱이 야철지에서 수습한 No. 1～3 슬래그의 경우 TiO2 함량은 1.00wt% 이하로 상당히 적은양이 포함되어 있다. 즉, 사철이 아닌 철광석을 사용하였을 가능성을 보여 준다. 그러나 No.4 슬래그는 TiO2 함량이 1.10wt%로 높게

(4)

Figure 2. X-ray diffraction patterns of slags and furnace wall(left: slags, right: furnace wall).

나타나고 있으며 상대적으로 다른 슬래그들에 비하여 ZrO2의 함량도 높다. 그러므로 No.4 슬래그는 철광석보다 는 사철을 원료로 사용하였을 가능성이 크다.

일반적으로 제철로와 같이 고온에서의 융해를 견디기 위해 사용하는 점토는 Al2O3이 많이 함유된 고알루미나질 의 내화점토를 사용하여 노를 제작해야 내식성이 높고 고 온에서도 안정성이 유지될 수 있다(Han et al., 1993). 충주 수룡리 원모롱이 노벽은 Al2O3의 함량이 17.70wt%로 우 리나라 중부 여러 지방 점토에 포함되어 있는 함량에 비하 여 낮은 편이다. 그러므로 이 지역에서 수습한 노벽의 경우 내식성이나 안정성을 고려하지 않고 주변에서 쉽게 구할 수 있는 일반 점토를 사용하여 제작한 것으로 볼 수 있다.

3.2. 화합물

슬래그와 노벽의 화합물 분석결과를 Figure 2에 나타내 었다. 슬래그들의 주요상으로 Fayalite가 검출되며, No.

2～4 슬래그에서는 Wüstite도 함께 관찰된다. 단야 유적에 서 출토된 단야 슬래그들은 Fayalite와 Wüstite가 공존하 고 Wüstite 형태가 잘 성장하여 크게 나타나는 특징이 있 으며 제련 슬래그들은 주요상으로 Fayalite가 검출되고 때 로는 유리질과 공존하거나 그 외 Wüstite 등이 검출되는 특징이 있다(Yoon, 1986). 이번에 분석한 슬래그들도 대체 로 Fayalite가 주요상으로 검출되고 일부 Wüstite 등이 나 타나는 것으로 보아 이 슬래그들은 제련 시 생성된 제련재 임을 알 수 있다.

No. 5 노벽의 바깥쪽에서는 Quartz, Feldspar, Mullite 가 나타나며, 안쪽에서는 Quartz, Mullite가 검출되었다.

안쪽의 점토나 Feldspar 성분이 고온에서 모두 용융되어 Mullite로 변화하였으므로 점토나 Feldspar 성분이 검출되 지 않은 것으로 추정되며, 이는 노벽의 안쪽이 바깥쪽보다 고온에 노출되었음을 의미한다. 그러므로 내부는 점토나 Feldspar가 용융되어 Mullite로 바뀌는 1,200℃ 이상의 고 온에서 제련이 이루어졌음을 알 수 있다(Lee, 1990).

3.3. 미세조직

3.3.1. 슬래그(No. 1)

No. 1 슬래그의 미세조직을 관찰한 결과 슬래그 바탕 기지 부분은 회색 장주상의 Fayalite가 주상으로 분포하고 있으며 그 위로 작은 백색 조직인 Wüstite가 분포하고 있 는 것을 확인하였다(Figure 3A). 미세조직의 각 조직별 성 분을 알아보고자 SEM-EDS 분석을 실시하였다(Figure 3B, Table 2). 1번과 4번, 6번은 바탕 기지 부분에 넓게 분 포하고 있는 Fayalite이며, 2번과 5번은 바탕 기지 부분인 glass matrix이다. 마지막으로 둥근 흰색 입자인 3번은 Wüstite임을 알 수 있었다.

3.3.2. 슬래그(No. 2)

Figure 4A는 No. 2 슬래그의 미세조직이다. 관찰 결과 슬래그 바탕 기지 부분은 회색 장주상의 Fayalite가 주상으로 분포하고 있으며, 그 위로 작은 백색 견상 조직인 Wüstite가

(5)

Figure 3. Microstructure of No .1 slag. (A) Image of metallurgical microscope. (B) SEM image and points of EDS analysis.

Figure 4. Microstructure of No. 2 slag. (A) Image of metallurgical microscope. (B) SEM image and points of EDS analysis.

Analysis position

Elements(wt%)

Na2O MgO Al2O3 SiO2 K2O CaO TiO2 MnO FeO

1 - - 2.46 1.87 - 1.20 1.03 - 93.43

2 - - - 29.17 - 3.65 - - 67.18

3 1.40 - 28.05 48.10 20.59 - - - 1.86

4 - - - 26.13 - 0.73 - - 73.14

Table 3. EDS analysis results of No. 2 slag.

Analysis

position Elements(wt%)

1 - 1.74 - 23.02 - 2.46 - 1.12 71.67

2 0.70 - 7.96 34.26 4.96 19.45 - - 32.67

3 - - 4.41 10.21 1.04 4.40 3.88 - 76.06

4 - - - 25.43 - 7.87 - 0.92 65.79

5 1.11 - 20.58 45.79 16.70 4.15 - - 11.67

6 - - - 24.85 - 4.26 - - 70.89

Table 2. EDS analysis results of No. 1 slag.

(6)

Figure 5. Microstructure of No. 3 slag. (A) Image of metallurgical microscope. (B) SEM image and points of EDS analysis.

Analysis

1 - 1.24 - 24.38 - 1.61 - - 72.77

2 0.57 - 25.95 43.90 20.17 - - - 9.41

3 - - 15.73 23.15 0.58 15.07 3.91 - 41.56

4 - - - 1.69 - 98.31

5 - - 1.01 - - - 1.68 - 97.31

Table 4. EDS analysis results of No. 3 slag.

분포하고 있다. 미세조직의 각 조직별 성분은 SEM-EDS를 이용하여 알아보았다(Figure 4B, Table 3). 1번 조직은 FeO 의 함량이 높고 백색 입자 형태인 Wüstite임을 알 수 있다. 2 번과 4번은 바탕 기지 부분에 넓게 분포하고 있는 Fayalite이다.

마지막으로 3번 부분은 바탕 기지 부분인 glass matrix이다.

3.3.3. 슬래그(No. 3)

No. 3 슬래그를 금속현미경으로 관찰한 결과(Figure 5A) 슬래그 바탕 기지 부분에는 회색 장주상의 Fayalite가 주상 으로 분포하고 있으며, 그 위로 작은 백색 견상 조직인 Wüstite가 분포하고 있다. Figure 5B는 각 미세조직의 SEM-EDS 분석위치를 나타낸 것이고 그 결과를 Table 4 로 정리하였다. 1번은 바탕 기지 부분에 넓고 크게 분포하 고 있는 Fayalite이며 2번은 바탕 기지 부분인 glass matrix 이다. 3번은 바탕 유리질 성분이 많이 포함된 Fayalite인 것 으로 추정된다. 마지막으로 4번과 5번은 FeO 함량이 높은 백색 견상 조직인 Wüstite이다.

3.3.4. 슬래그(No. 4)

Figure 6A는 No. 4 슬래그의 미세조직이다. 바탕 기지

부분은 회색 장주상의 Fayalite가 주상으로 분포하고 있으 며 그 위로 작은 백색 견상 조직인 Wüstite가 분포하고 있 다. 슬래그의 미세조직을 세부적으로 관찰하고 각 조직별 성분을 알아보고자 SEM-EDS 분석을 실시하였다(Figure 6B, Table 5). 1번과 4번 조직은 바탕 기지 부분에 넓고 크 게 분포하고 있는 Fayalite이며, 2번은 TiO2가 소량 첨가되 어 있는 Wüstite이다. 3번과 5번은 바탕 기지 부분인 glass matrix이며, TiO2 함량이 높은 회색 다각형의 6번 조직은 Ulvospinel 임을 알 수 있다(Park and Choi, 2004).

3.3.5. 노벽(No. 5)

노벽의 안쪽(Figure 7A)과 바깥쪽(Figure 7B)을 금속현 미경으로 관찰하였다. 외부에서는 석영 등 다각형의 광물 입자들과 점토 기질 등이 관찰되며 노벽 내부에서는 일부 석영 등의 광물입자들은 형태가 남아 있으나 점토로 이루 어진 대부분의 기지 부분은 유리질화되어 있음을 관찰할 수 있다. 일부 유리질화된 곳에 밝은 색의 철 입자들이 관 찰된다. 이러한 현상으로 보아 노벽 안쪽 부분은 제철 작업 시 높은 온도로 인해 표면이 유리질화되었음을 알 수 있다.

(7)

Figure 6. Microstructure of No. 4 slag. (A) Image of metallurgical microscope. (B) SEM image and points of EDS analysis.

Analysis

1 - 1.86 - 23.85 - 2.84 - 1.16 70.29

2 - - 1.85 - - - 2.77 - 95.38

3 - - 25.52 43.35 18.36 - - - 12.78

4 - 2.07 0.32 25.58 0.57 2.93 - 1.07 67.46

5 - - 26.98 48.34 22.66 - - - 2.02

6 - - 6.79 - - - 25.14 - 68.07

Table 5. EDS analysis results of No. 4 slag.

Figure 7. Metallurgical microscope image of furnace wall. (A) Inner. (B) Outer.

4. 고찰 및 결론

이상으로 충주 수룡리 원모롱이 야철지에서 수습한 제 철관련 유물인 슬래그 4점과 노벽 1점을 자연과학적으로 분석하여 제철관련 정보를 알아보고자 하였다. 충주 일원 의 고려시대 제철유적에 산재한 슬래그에는 철 성분이 많 아 고대에서 현대에 이르기까지 제련원료로 재활용되었다

고 한다(Shin et al., 2010). 이는 제련 시 금속 철과 슬래그 가 충분히 분리되지 않아 슬래그에 남아있는 철 함량인 전 철량이 높았음을 의미한다. 그러나 이번에 분석한 슬래그 의 전철량은 36.98～44.47wt%의 범위를 보이며 이는 고 대 제철 슬래그에서 보이는 일반적인 양에 해당한다. 보통 이 범위의 전철량은 고대에 시행된 제련작업에서 철과 슬 래그가 비교적 잘 분리된 것으로 보기 때문에(Yoon, 1986)

(8)

분석 대상 슬래그들은 비교적 원활한 제련작업을 통해 생 성된 것으로 볼 수 있다.

슬래그와 금속 철의 분리를 원활하게 하는 조재제 중 CaO 함량을 알아보았다. 슬래그에서 CaO가 검출되는 경 우는 제련 과정에서 임의로 석회질 물질을 투입하였거나, 노벽 혹은 철광석에 포함된 Ca 성분이 슬래그로 빠져나온 경우이다. 이번에 분석한 노벽에 포함된 CaO 함량은 0.36wt%이며 슬래그에 포함된 양에 비해 매우 적은 양이 다. 충주지역에서 산출되는 철광석의 CaO 함량 역시 이보 다 높지 않은 것으로 조사되었다(Eo, 2011). 그러므로 수룡 리 원모롱이의 슬래그에 포함된 CaO는 원료나 노벽에서 기인한 것이 아니라 제련 작업을 원활하게 하기 위해 첨가 한 석회질 물질에서 비롯된 것이라 볼 수 있다.

이번에 분석한 슬래그의 미세조직의 주요상으로 Fayalite 가 검출되었고 그 위로 백색 견상 조직인 Wustite가 넓게 분포하고 있다. No. 1 슬래그의 경우 다른 슬래그들에 비 하여 산화철 성분인 Wustite가 적고 미세하게 분포하고 있 음을 관찰할 수 있었다. 즉 No. 1 슬래그는 유출재로서 제련 작업 초기에 용융점이 낮은 규소나 알루미늄 같은 불순물 이 먼저 녹아 노 밖으로 흘러 생성된 것으로 보인다(Chung and Kim, 2010). 그러나 No. 2～4 슬래그는 Fayalite가 주 요상으로 분포하고 있으나, 일부 완전히 환원되지 못한 산 화철 성분이 슬래그 내에 남아 있는 것으로 보아 노 내에 있던 슬래그로 추정된다.

일반적으로 슬래그의 TiO2 함량이 1.00wt% 이상일 경 우에는 사철을 원료로 하여 제련한 것으로 보고 있다 (Yoon, 1986). 수룡리 원모롱이 슬래그의 TiO2 함량은 No.

4 슬래그에서만 1.10wt%로 높게 나타나고, 나머지 3점의 슬래그에서는 노벽에서 검출된 양보다도 적게 검출되었다.

그러므로 슬래그 중 No. 1～3 슬래그는 철광석을 이용하 여 제련하였을 가능성이 크나 No. 4 슬래그는 철광석 보다는 사철을 이용하여 제련하였을 가능성이 높다. No. 4 슬래그 에는 다른 슬래그에서는 보이지 않는 TiO2 함량이 높은 백 색 다각형의 Ulvospinel 결정이 존재하고 있다. Ulvospinel 은 TiO2 함량이 높은 사철을 이용하여 제련하였을 경우에 나타나는 결정이다. 이는 주요성분 분석결과와도 일치하 는 내용으로 No. 1 유출재와 No. 2, 3 슬래그는 철광석을 이용하여 제련하였을 가능성이 크나 No. 4 슬래그는 사철 을 이용하였을 가능성이 크다는 점을 알려주며, 이러한 사 실은 이 지역에서는 제철 원료로서 철광석과 함께 사철도 이용하였을 가능성이 있다는 점을 시사한다.

수룡리 원모롱이 야철지가 위치한 충주지역은 고대부 터 중요한 철광석 산지가 넓게 분포하고 있으며 제철 유적 지에서도 철광석들이 함께 출토되고 있다(Park et al., 2012). 충주지역에서 산출되는 철광석의 주성분을 분석한 결과를 살펴보면 철광석 내에는 TiO2 함량이 거의 없거나 극소량 포함되어 있음을 확인할 수 있다(Park, 2007; Shin

et al., 2008; Chung and Kim, 2010; Eo, 2011). 그러나 수

룡리 원모롱이 야철지의 슬래그 분석을 통해 이 지역에서 는 철광석 뿐 아니라 사철도 원료로 사용했을 가능성을 보 이고 있다. 그러나 현재로는 국내 사철 관련 자료가 미비하 고 충주지역의 철광석 산지에 대한 분석자료 역시 미비하 므로 이에 대한 자료가 축적된 후에야 보다 정확한 제철 원 료에 대한 연구가 가능할 것으로 본다.

이번에 분석을 실시한 수룡리 원모롱이 야철지 수습 슬 래그 및 노벽은 제철관련 유적의 출토품이 아니라 지표에 서 수습된 유물이므로 야철지의 명확한 제철관련 성격을 규명하기에는 어려움이 있다. 그러나 현재 충주지역에는 제철관련 유적으로 발굴·조사된 곳 이외에도 많은 야철지 에서 제철관련 유물들이 발견되고 있다. 이들 야철지에서 수습된 것만으로 성격과 시대를 논하기에는 한계가 있으 나 현재 확인된 장소에서의 제철작업조차도 단기간의 작 업이 아니라 고대로부터 조선시대에 이르기까지의 지속적 인 작업이었다는 것을 짐작할 수 있다. 그러므로 제철유적 발굴 유물과 더불어 다양한 지역에서 수습된 제철관련 부 산물들의 연구가 지속된다면 충주를 비롯한 중원지역에서 영유된 제철문화를 이해하는데 폭넓게 활용될 수 있을 것 이다.

REFERENCES

Chung, K.Y. and Kim, K.H., 2010, Metallurgical study of slags excavated from Noge-ri iron production site.

Excavation Report 98, Jungwon Cultural Properties Institute, Cheongju, p.320-352. (in Korean)

Eo, C.S., 2011, An Essay on Characteristics and Distribution Patterns of the Iron Production Sites in Chungju.

Prehistory and Ancient History, 35, 279-308. (in Korean with English abstract)

Han, S.M., Kim, K.N. and Shin, D.Y., 1993, A Basic Study on the Refractory Material of Kalcheon Iron Making Furnace. Journal of Conservation Science, 2(2), 25-30. (in

(9)

Korean with English abstract)

Hwang, I.H., Do, U.C., Eo, C.S., Kang, S.B., Ham, J.W., Jang, J.Y., Jo, E.Y.O., Seok, J.S., Yang, Y.H. and Woo, D.R., 2010, Ancient City Remains of Jungwongyeong(Section of Remains). Jungwon National Research Institute of Cultural Heritage. (in Korean)

Kil, G.T., 2007, Remains of Iron Metallurgy in the Chungju Area, History and Silhak, 32, 857-898. (in Korean with English abstract)

Kim, G.T., Chung, K.Y. and Cho, Y.S., 2005, A Brief Archaeological and Scientific Approach to the Haemi Fortress. Archaeology, 4(2), 7-38. (in Korean with English abstract)

Lee, J.G., 1990, Ceramic Materials Science and Engineering.

Bandopress. (in Korean)

Park, J.S., 2007, A study of microstructure of slags excavated from Soekkoji site, Chungju and relative process research. Excavation Report 110, Central Institute of Cultural Heritage, Seongnam, p.193-208. (in Korean) Park, S.T. and Choi, C.O., 2004, The Analysis of Slags

Excavated from Jisa area. Journal of Conservation Science, 16, 64-76. (in Korean with English abstract)

Park, Y.J., Eo, C.S., Seok, J.S., Yang, Y.H. and Jo, E.Y.O., 2012, Iron manufacturing site of Jungwon. Jungwon National Research Institute of Cultural Heritage. (in Korean)

Rho, T.C., 2000, A Historic Study on the Ancient Metallurgical Technology in Korea. Hakyounmunhwasa.

(in Korean)

Shin, G.H., Lee, N.K., Jang, K.S. and Lee, J.Y., 2008, Analytic consideration of samples from Chilgeum-dong iron making site, Chungju. Excavation Report 62, Jungwon Cultural Properties Institute, Cheongju, p.123-152. (in Korean)

Shin, G.H., Lee, N.K., Jang, K.S. and Nam, S.J., 2010, Metallurgical analysis and consideration of objects involved with iron making excavated from Clean Energy Park site, Chungju. Excavation Report 88, Jungwon Cultural Properties Institute, Cheongju, p.236-246. (in Korean)

Yoon, D.S., 1986, On the slag produced in early iron metallurgy. The Journal of the National Academy of Science, 25, 380-390. (in Korean with English abstract)