충주 칠금동 유적 출토 노벽의 자연과학적 분석
Scientific Analysis of Furnace Wall Samples Excavated from the Chilgeum-dong Site, Chungju
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초록
본 연구는 충주 칠금동 유적에서 출토된 제련로 벽체 시료의 물리화학적 특성을 분석하 여 고대 제철기술과 조업 조건에 대한 정보를 도출하고자 하였다. 2호와 17호, 19호 제련로 시료들을 대상으로 자연과학적 분석을 실시한 결과, 구성광물 조합과 성분은 전반적으로 유사 하나, 층위 및 방위에 따라 피열 온도에 차이가 나타났다. 특히, XRD 분석을 통해 소성된 내부 층에서 뮬라이트(Mullite)와 크리스토발라이트(Cristobalite) 등의 고온성 광물이 확인되어 조업 온도가 약 1200∼1300℃ 이상이었을 것으로 추정되었고, 외부 비소성층에서는 고령토의 소멸 을 근거로 550∼800℃ 수준의 피열이 있었을 것으로 판단된다. 방위별 시료의 채취가 가능한 17호 제련로의 경우에는 송풍구 방향의 시료에서 상대적으로 높은 피열 특성이 나타났으며, 일부 시료에서는 열변형 및 보수 흔적도 확인되었다. 또한 주요성분 및 미량 원소 함량을 기반 으로 통계분석한 결과, 17호와 19호 시료는 높은 상관성을 보였으나 2호 시료는 상대적으로 차이를 보여 재료 조성이나 시기에 차이가 있을 것으로 추정된다.
Abstract
This study explored ancient iron-smelting technologies and operational conditions by analyzing the physicochemical properties of furnace wall samples excavated from the Chilgeum-dong archaeological site in Chungju. Samples from Furnaces 2, 17, and 19 were subjected to a suite of scientific analyses, including cross-sectional observation, XRD, XRF and ICP-MS. The results revealed broadly similar mineralogical and chemical compositions among the samples. However, notable differences in thermal exposure temperature were identified based on stratigraphic position and orientation. High-temperature phases like mullite and cristobalite, identified by XRD in the inner fired layers, indicated that the furnace walls experienced exposure to temperatures exceeding approximately 1200°C~1300°C. In contrast, the outer, unfired layers were characterized by the thermal decomposition of kaolinite and absence of high-temperature minerals, suggesting exposure to lower temperatures in the range of 550°C~800°C. Notably, samples from Furnace 17—where directional sampling was possible—exhibited higher degrees of thermal alteration near the tuyere zone, alongside localized signs of heat-induced deformation and repair. The statistical evaluation of major and trace element concentrations demonstrated a strong compositional similarity between Furnaces 17 and 19, whereas 2 showed significant divergence, likely reflecting differences in raw material selection, construction period, or production conditions.