철기 시대 사람들은 철을 어떻게 제련했을까요?

Question

청동기 시대에는 철은 많았지만 구리보다 녹는점이 훨씬 높아 사용을 못하고 청동을 사용했다고 하는데 철기 시대 사람들은 어떻게 철을 녹일만한 열을 만들 수 있었고 철의 녹는점은 몇도 인가요?

Answer 1

철은 청동보다 높은 녹는점을 가지고 있습니다. 철의 녹는점은 약 1,538도 섭씨(2,800도 화씨)입니다. 이는 청동의 녹는점인 약 1,085도 섭씨(1,985도 화씨)보다 상당히 높습니다.

철을 녹일만한 열을 만들기 위해 철기 시대 사람들은 다양한 방법을 사용했습니다. 초기 철기 시대에는 목재와 숯을 사용한 목탄 화로가 주로 사용되었습니다. 목탄 화로는 고온을 생성하고, 철 원석을 그 안에 넣어 녹여 철을 추출하는 과정을 거칩니다. 이후 철을 형태로 가공하고 다양한 도구나 무기로 사용했습니다.

철기 시대 이후에는 철 제련 기술이 발전하면서 높은 온도를 얻기 위해 화석 연료인 석탄을 사용한 석탄 화로가 보다 널리 사용되었습니다. 석탄 화로는 철을 녹일 수 있는 높은 온도를 제공하였고, 철의 생산량을 대폭 증가시켰습니다.

Answer 2

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다. 철은 약 1535°C에서 녹는 반면, 구리는 약 1083°C에서 녹습니다.

철기 시대에 철을 녹일 수 있도록 하는 열은 불로 생성되었습니다. 철을 녹이기 위한 화로에는 일반적으로 숯이나 목재가 사용되었습니다. 이 연료들은 높은 열을 발생시킬 수 있었고, 공기 흐름을 조절하여 화로 내부의 산소 공급을 제어함으로써 녹는 온도에 도달할 수 있었습니다. 또한, 화로 내부에는 철 광석과 연료가 있는 용광로가 구축되어 철 광석과 연료를 함께 불태워 녹여 철을 추출하는 과정이 이루어졌습니다. 이러한 과정을 통해 철을 추출하고 주조하여 다양한 도구와 무기 등을 만들었습니다.

Answer 3

안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.

철에 탄소를 약간 포함시키면 구성 조직의 변화에 따라 강도가 높은 강철이 되는데, 처음에는 무쇠로부터 탄소를 제거할 방법이 없었으므로 강철은 직접 환원법으로 얻은 Wrought Iron으로 된 철괴를 침탄시켜서 얻었다. 침탄 과정은 철괴를 탄소가 풍부한 환경에서 수백도의 고온으로 가열하여 몇주간이고 기다려야 하는 엄청나게 연료 낭비적인 값비싼 과정이었다.

무쇠로부터 탄소를 제거하기 위해 공기중의 산소를 불어넣으면 된다는 것은, 서구에서는 중세에 발견되었고 동양에서는 한대에 발견되었다. 여기서 문제는 무쇠는 비교적 낮은 온도인 1200도에서 녹지만, 무쇠로부터 탄소를 제거한 강철은 1500도 수준에서 녹는다는 점이다. 따라서 무쇠를 공기와 접촉시켜 어느 정도 탄소를 산화시키면 곧 굳어져서 탈탄 작용이 멈췄다. 이렇게 해서 얻은, 탈탄 과정에서 생긴 기포와 슬래그가 다량 함유된 고체 상태의 강철괴에 다시 미칠듯이 망치질을 해서 내부 조직을 다듬은 뒤에야 쓸 만한 강철괴를 얻을 수 있었다. 이러한 강철은 직접 환원법과 침탄으로 얻은 강철에 비해 성분을 조절할 여지가 적어 품질은 낮았다. 동양에서는 한대에 개발된 초강법이 여기에 해당된다.

Answer 4

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

철기 시대의 사람들은 철을 제련하기 위해 철광석을 사용했습니다. 철광석은 철, 산화물, 다른 금속과 함께 존재하는 광물입니다.

철광석에서 철을 분리하기 위해서는 먼저 철광석을 부수고, 작은 조각으로 만들어야 합니다. 이후 철광석을 불에 태워 고온에서 가열합니다. 이 과정에서 철광석에 함유된 산소가 철과 결합하여 녹슨 물질인 슬래그가 생성됩니다.

이후 철광석과 슬래그를 분리하기 위해, 고온에서 녹은 철을 스쿱하고, 슬래그를 제거합니다. 이러한 과정을 여러 번 반복하여 순수한 철을 얻어내게 됩니다.

철 제련 기술은 철기 시대 초기에는 상대적으로 원시적이었지만, 시간이 지나면서 발전하게 되었으며, 이후 철은 새로운 도구와 무기를 만드는 데 중요한 역할을 하게 되었습니다.

Answer 5

안녕하세요. 형성민 과학전문가입니다.

철기 시대 사람들은 화로를 사용하여 철을 제련했습니다. 일반적으로 흙이나 돌로 만든 화로에 철 원석과 숯을 넣고 고온으로 가열했습니다. 숯은 산소를 공급하여 철 원석에 있는 산소와 결합하게 만들었습니다. 이러한 화로 제련 방법을 충분한 시간과 온도로 반복하여 철을 추출할 수 있었습니다.

Answer 6

안녕하세요. 박형진 과학전문가입니다.

청동보다 흔한 철이 뒤늦게 발전한 이유는 철을 녹이는 기술이 없었기 때문입니다

철의 용융점은 1,560도씨로 일반적인 불보다 4~500도씨 정도가 높은온도에서야 녹습니다