高품질, 低비용 용선 생산을 위한 철광석 배합 최적화 모형 개발

김민철 서울대학교 대학원 2019 국내석사

일관 제철공정에서 주원료인 철광석을 고로(Blast Furnace)에 장입하여 용선(쇳물)을 생산하는 공정을 제선이라고 한다. 제선 공정에서는 분(粉)형태의 여러 철광석 브랜드를 배합하는 과정을 거치는데 이는 철광석이 다국적, 다품종의 원료를 사용됨에 따라 발생하는 원료 성분의 편차를 개선하고 가격이 저렴한 철광석 사용량을 극대화하여 제조원가를 절감하기 위함이다. 현재 철광석 배합비 결정은 오랜 조업 노하우를 가진 숙련된 배합 전문가가 원료재고, 수급, 용선 품질 등을 고려하여 시행착오 방식으로 수행하고 있는데 동시에 고려해야 할 요소가 많아 오류의 발생 가능성이 존재하게 된다. 본 연구에서는 철광석 배합비 의사결정에 대한 최적화 문제를 정의하고 철광석 배합단가 최소화, 원료 사용량 편차 최소화, 배합단가와 원료사용량 편차를 동시에 고려하는 다목적 최소화 모형을 개발하였고, 원료수급 변동, 품질 제약조건 변경 등에 따른 시나리오를 반영하여 모형별 최적해를 도출하였다. 본 연구의 결과물을 활용하여 배합 전문가의 배합비 의사결정을 지원하고 품질 기준을 준수하면서, 저가 원료 사용 증대를 통한 용선 제조원가 절감과 배합 전문가의 배합설계 시간 단축 및 업무 편의성 증대를 실현하고자 한다. In the integrated steelmaking process, the process of charging iron ore, which is the main raw material, into the blast furnace and producing molten iron is called the ironmaking process. In the ironmaking process, various iron ore brands in powder form are mixed. This is because iron ore is used to improve the deviation of raw material composition caused by the use of multinational and multi-product raw materials, maximizing iron ore consumption at low prices to save money. At present, the mixing ratio of iron ore is determined by experienced experts with long operation know-how considering the stock of raw materials, supply and demand, and quality. Bur there are many factors to consider at the same time, so there is a possibility of errors. In this study, we defined optimization problem for iron ore blending ratio decision making and developed minimization model of iron ore compounding cost, minimization of variation in raw material usage and a multi-objective minimization model that considers both the unit price and the variation of raw material usage. The optimal solution for each model was derived by reflecting the scenario based on fluctuation of raw material supply and demand, quality constraint change, etc. Using the results of this study, we will support iron ore blending ratio decision making with experts. We are aiming to reduce the cost of production by increasing the use of low-cost raw materials while maintaining quality standards and we want to shorten the design time of the experts and increase the convenience of work.

북한 철광석 남북 공동개발 참여 의사 요인 및 협력모델 구축 연구

강장오 중앙대학교 대학원 2022 국내박사

북한 철광석은 매장량이 세계 7위로서 개발할 가치가 충분하지만, 투자능력과 기술수준이 열악하여 재건하기 어려운 실정이다. 남한은 철강산업을 경제발전에 기여하는 기간산업으로 육성하였지만, 최근에 탄소배출 제한, 에너지 절감, 디지털 전환, 고부가가치 혁신 기술개발 등이 부상하면서 경쟁력을 개선하여야 할 과제를 안고 있다. 남북 철강산업은 협력하여 경쟁우위를 창출하여야 하는 과제를 안고 있기에 본 연구는 북한 철광석 남북 공동개발을 위한 참여 의사에 영향을 미치는 요인을 실증하여 남북협력모델을 제시하였다. 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 가설 1 ‘기업역량은 사업참여 의사에 영향을 미친다’는 채택하였다. 둘째, 가설 2 ‘동적 역량은 사업참여 의사에 영향을 미친다’는 채택하였다. 셋째, 가설 3 ‘동적 역량은 기업역량과 사업참여 의사의 관계를 조절한다’는 채택하였다. 넷째, 가설 4 ‘투자환경은 사업참여 의사에 영향을 미친다’는 부분 채택하였다. 다섯째, 가설 5 ‘동적 역량은 투자환경과 참여 의사의 관계를 조절한다’는 채택하였다. 한편 남북 공동개발을 위한 방안으로 기반 확충과 협력모델을 제시하였다. 기반 확충은 법과 제도 정비, 신뢰 확보, 인프라 건설과 자원개발을 포함하는 사업모형 개발을 제시하였다. 법과 제도 정비는 법률과 제도가 투자와 기업 행동에 영향을 미치고 경영성과와 추가 투자에도 영향을 미칠 수 있음을 전제하고 이를 방지하기 위한 법을 제정하여 시행할 것을 북한에 요구하여야 함을 제시하였다. 신뢰 확보는 북한이 보유한 인력과 남한이 보유한 기술을 결합하는 광산개발을 모색하고, 생산설비 직접투자를 수반한 기술협력을 추진하여 북한이 보유한 기술의 산업화를 지원하고 기술 이전과 인력양성을 함께 달성하는 안을 제시하였다. 인프라 건설과 자원개발을 포함하는 사업모형 개발은 북한이 안고 있는 인프라 문제는 단기간에 해결하기 어렵고 범위나 규모가 거대하여 특정 업체나 기관이 모두 해결할 수 없으므로 다양한 이해관계자가 참여하는 인프라 건설과 자원개발을 포함하는 사업모형을 개발하여야 함을 제시하였다. 따라서 남한과 북한이 협력하여 공동목표를 달성하는 방안이 필요한바, 방안은 기업역량을 강화하기 위한 협력 다각화와 동적 역량 강화를 제시하였다. 기업역량을 강화하기 위한 협력 다각화는 기업역량은 사업참여 의사에 영향을 미치므로, 북한 철광석 개발에 투자하는 한국 기업의 역량이 매우 중요하다. 따라서 한국 기업은 북한 광산개발을 위한 네트워크 역량을 갖추어야 하고, 경험학습을 쌓기 위한 협력을 다각화하여야 한다. 모델은 광산과 제철소 공동 조사, 기존 광산 개발 협력, 임가공, 공동개발, 다자간협력을 제시하였다. 광산과 제철소 공동 조사는 경제성을 판단하기 위한 것으로서, 철광석이나 철광에 접근할 수 있는 경로, 인프라 등을 검토하고 광산의 위치, 품위, 매장량, 광산 접근성, 설비, 인프라, 노동력 공급, 국내 수요, 국제시장 환경, 산사태 위험, 홍수 위험 등을 분석하여 데이터베이스, 교통 인프라 네트워크 등을 구축하고 시장 가치를 평가한다. 기존 광산 개발 협력은 자금회전율을 높이고 회임기간을 단축할 수 있으며, 이른 시일에 수익을 창출할 수 있는 방향으로서 북한 측에 자료와 정보를 요구하고, 학계는 공동연구를 진행하여 충분한 자료를 축적하여야 한다. 임가공은 단순 임가공과 설비반출형 임가공으로 나눌 수 있는데, 단순 임가공은 남한은 원자재와 부자재를 제공하고, 북한은 현지 공장과 노동력을 제공하는 사업으로서, 광산물을 가공하여 생산한 제품을 반입하거나 수출하는 사업이다. 설비반출형 임가공은 철광석을 생산하거나 가공하기 위한 장비와 설비를 제공하고 생산물을 받는 형태다. 공동개발은 매장량을 충분히 확보하고 있고 생산하는 광산이거나 전력인프라는 있으나 장비가 낡거나 부족한 광산을 공동으로 개발한다. 다자간협력은 환경 인프라, 운수, 도로와 철도, 용수, 재원 등에서 추진하고, 이 과정에서 협력네트워크를 강화한다. 둘째, 동적 역량 강화는 북한 철광석 개발이나 제철 사업에 관여하는 중소기업의 경쟁력을 개선하기 위하여 중소기업이 참여할 때 감수하여야 하는 위험을 담보할 수 있도록 지원하여야 한다. 중소기업이 사업에 참여한 뒤에 성장하고 꾸준히 참여할 수 있는 산업을 발굴할 수 있도록 지원한다. 그리고 중소기업이 꾸준히 성장하여 중견기업으로 도약할 수 있도록 인프라를 확충하고 제도를 개선한다. 본 연구는 북한 철광석 남북 공동개발을 위한 참여 의사에 영향을 미치는 요인을 실증하여 남북협력방안을 제시하였지만, 다음과 같은 한계가 있다. 첫째, 북한 철광석 남북 공동개발을 위한 참여 의사에 영향을 미치는 요인으로 기업역량, 투자환경과 동적 역량을 제시하였지만, 이것 외에 입지환경, 정치적 환경 등을 고려하지 못하였다. 따라서 향후 연구는 입지환경, 정치적 환경 등을 고려한 연구모형으로 검증하여야 한다. 둘째, 남북협력모델로 광산과 제철소 공동 조사, 기존 광산 개발 협력, 임가공, 공동개발, 다자간협력을 제시하면서 실증연구 결과와 결합하여 제시하여야 하지만, 철광석 개발, 가공 등을 포괄하는 산업 특성을 충분히 고려하지 못하였다. 따라서 향후 연구는 업계 종사자, 연구자 등을 인터뷰하고, 업종 특성을 반영한 실증연구를 포함하여 협력모델을 제시하여야 한다. North Korea's iron ore reserves are the 10th largest in the world and are well worth developing. South Korea has fostered the steel industry as a key industry that contributes to economic development, but recently, as carbon emission restrictions, energy reduction, digital conversion, and high value-added innovative technology development have emerged, it faces challenges to improve competitiveness. Since the inter-Korean steel industry has the task of creating a competitive advantage through cooperation, this study presents a model for inter-Korean cooperation by demonstrating factors that affect the intention to participate in the North-South joint development of iron ore. The study results are summarized as follows. First, Hypothesis 1, 'Corporate competency affects the intention to participate in the project' was adopted. Second, Hypothesis 2, 'Dynamic capacity affects the intention to participate in the project' was adopted. Third, Hypothesis 3 ‘Dynamic competency modulates the relationship between corporate competency and intention to participate in business’ was adopted. Fourth, Hypothesis 4, 'The investment environment affects the intention to participate in the project' was adopted. Fifth, Hypothesis 5, 'Dynamic capacity regulates the relationship between investment environment and intention to participate', was adopted. Meanwhile, as a plan for inter-Korean joint development, a foundation expansion and cooperation model were presented. For the expansion of the foundation, the development of a business model including the establishment of laws and systems, securing trust, infrastructure construction and resource development was suggested. Reorganization of laws and institutions suggests that North Korea should be required to enact and enforce laws to prevent such laws and institutions, premised on the premise that laws and systems may affect investment and corporate behavior, and may also affect business performance and additional investment. To secure trust, seek mine development that combines North Korean manpower with South Korean technology, and promote technological cooperation involving direct investment in production facilities to support the industrialization of North Korea's technology and achieve technology transfer and manpower training proposed a proposal. The development of a business model that includes infrastructure construction and resource development includes infrastructure construction and resource development involving various stakeholders because it is difficult to solve the infrastructure problems faced by North Korea in a short period of time, and the scope or scale is so huge that no specific company or institution can solve all of them. It was suggested that a business model should be developed. The cooperative model suggested a joint investigation of mines and steelworks, cooperation in existing mine development, processing and joint development. The joint survey between mines and steel mills is to determine economic feasibility. The route and infrastructure for access to iron ore or iron ore are reviewed, and the location, quality, reserves, access to mines, facilities, infrastructure, labor supply, domestic demand, international Analyze the market environment, landslide risk, flood risk, etc. to build a database, transportation infrastructure network, etc., and evaluate the market value. Existing mine development cooperation can increase the fund turnover, shorten the term of office, and generate profits at an early date. do. Leasing processing can be divided into simple processing and facility export processing. Simple processing is a business in which South Korea provides raw materials and subsidiary materials, and North Korea provides local factories and labor. Business. Equipment-out-of-equipment processing is a form of receiving products by providing equipment and facilities to produce or process iron ore. Joint development involves jointly developing mines that have sufficient reserves and are producing them, or mines that have power infrastructure but are outdated or lacking in equipment. Although this study presented a model for inter-Korean cooperation by demonstrating factors influencing the intention to participate in the North-South joint development of iron ore in North Korea, it has the following limitations. First, sufficient data must be available to analyze North Korea's iron ore and steel industry to present the actual situation, plan, and model, but it was difficult to know the current situation because the data were outdated or different for each publishing institution. Second, corporate capability, investment environment, and dynamic capacity were suggested as factors influencing the intention to participate in the North-South joint development of iron ore in North Korea, but location environment and political environment were not taken into consideration.

襄陽産鐵鑛石의 選鑛方法에 關한 考察 : 特히 低品位鑛石處理를 中心으로

이수실 漢陽大學校 産業大學院 1967 국내석사

경제지표 빅데이터를 활용한 철광석 가격 예측

오원기 고려대학교 정책대학원 2020 국내석사

국제 경기상황, 자연재해, 국가 간의 이해 충돌 등 다양한 원인으로 국제 원자재 가격은 과거의 추세를 벗어나는 현상이 자주 발생하고 있다. 이러한 상황에서 원자재 가격을 예측하는 데 있어서 다양한 분석 방법론이 나오며, 기술 발전을 통한 데이터 수집 및 처리기술 발달 및 예측 정확도를 높이기 위하여 다양한 데이터를 활용한 빅데이터(Big Data) 분석 시장이 점차 넓어지고 있다. 본 연구에서는 원자재 중 철광석 가격을 예측하기 위하여 철광석과 관련된 경제지표를 수집 및 선정하고 철광석 가격예측 정확도 향상에 도움을 줄 수 있는 뉴스를 텍스트마이닝으로 수집하여 긍/부정 점수를 구현하였다. 철광석 가격의 예측 방법으로는 과거 및 현재도 많이 사용된 회귀분석, 시계열분석과 현재 빅데이터로 주목받고 있는 기계학습 방법을 이용하여 가격 예측 및 가격 방향성(상승/하락)을 예측하는 방법을 시도하였다. 연구 결과로 철광석 관련 경제지표 및 뉴스데이터 등 충분한 데이터와 적합한 예측모델링을 통해, 예측이 가능하다는 것을 알 수 있었으며, 어떠한 자료를 수집하느냐에 따라 과거에 많이 사용된 회귀분석 및 시계열분석이 현재 주목받고 있는 기계학습 알고리즘보다 나은 결과를 보일 수 있는 것을 알 수 있었다.

철광석의 역학적 특성 평가에 관한 연구

김재명 강원대학교 산업과학대학원 2014 국내석사

본 연구에서는 자원고갈에 따른 저급 철광석의 유효자원화 가능성에 대한 연구를 수행하였다. 이를 위하여 각각 64%(A광석) 및 57%(B광석)대의 Fe조성을 갖는 2종의 철광석을 대상으로 광석의 파쇄거동 특성 및 조직학적 측면에서 비교분석을 통하여 광종별 품위향상 가능성을 알아보고자 하였다. 파쇄거동 특성 분석을 위하여 점하중 강도, Breakage rate, 입도분포, 비표면적 및 수분함량 분석을 행하였으며 조직학적 분석을 위하여 XRD 및 SEM분석을 실시하였다. 또한 원광석을 열처리 후 급속냉각하여 2종의 철광석 A 및 B의 열처리 후 파쇄거동 특성에 대해 알아보았다. XRD분석 결과 A광석은 magnetite와 hematite가 혼재되어 주상으로 분포된 형태로 광석 내에 Fe는 Fe2O3 및 Fe3O4로 맥석은 MgCO3형태로 존재하고 B광석은 OH기가 함유된 goethite를 주성분으로 하는 광석으로 광석 내에 Fe는 Fe2O3 및 FeO(OH)형태로 존재함을 확인하였다. SEM분석 결과 철광석 A의 경우 철산화물과 맥석이 분리된 형태로 분포되어 있으며 B광석의 경우는 철산화물과 맥석이 혼재되어 분포되어 있었다. 이는 B광석에 비해 A광석이 분쇄에 의한 단체분리가 보다 용이함을 의미한다. 따라서 A광석은 적절한 입도로 분쇄 후 자력선별 등의 전처리 공정을 통한 품위 향상이 가능할 것으로 판단된다. 반면 B광석은 A광석에 비해 분쇄를 통한 단체분리 효과는 미흡할 것으로 판단되나 열처리 전 62∼68%였던 Fe성분 조성이 열처리 후 약81%로 크게 증가하는 경향을 보여 열처리 조작을 통한 품위 향상이 가능할 것으로 판단되어 본 연구를 통하여 얻어진 연구결과를 B광석과 유사한 저급 광종에 적용함으로서 저급 철광석의 유효자원화에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

마산 현동 고분 출토 5세기 제철 부산물과 철정의 금속재료학적 연구

설송이 용인대학교 일반대학원 2021 국내석사

금속 유물은 금속학적인 방법으로 미세조직 조사와 분석을 하면 제작에 사용된 제련기술, 금속의 재료, 열처리기술 등 제작 당시에 유물에 적용된 기술체계를 연구할 수 있는 정보를 얻을 수 있다. 제련 중 나온 생성물인 slag, 괴련철, 해면철은 당시의 제철 기술을 가늠해 볼 수 있는 기준이 되며, 철정은 철의 유통과정과 철의 생성을 보여 줄 수 있는 철 소재로 생각되어 왔다. 따라서 본 연구는 마산 현동 1329번지에서 출토된 유물 가운데 slag 2 점, 괴련철 3점, 해면철 2점, 그리고 금속심이 남아 있는 철정 15점을 중심으로 연구를 진행하였다. 철정 15점은 신부 폭의 길이를 기준으로 크기를 나누어 초소형 철정4점, 소형 2점, 중형 2점, 대형 7점으로 분류하였다. slag, 괴련철, 해면철, 철정의 상관관계를 알아보고 각 공정의 결과물의 차이점을 알아보고자 하였다. 연구 결과 마산 현동에서는 산성조업하에 제련공정이 수행되었던 것으로 판단되었다. 괴련철과 해면철의 EDS 분석결과 성분비에서 차이가 존재하지 않았으며, 이는 철광석이 녹으면서 여러 가지 불순물과 산화물이 분리·배출되며, 생성되기 때문에 성분비에서 차이가 존재하지 않는 것으로 판단되었다. 이를 통해 괴련철이 먼저 생성된 후 괴련철들이 모여 기공이 많은 더 큰 크기의 해면철이 형성된 것으로 보이며, 철정의 경우 미세조직 관찰 결과 정련 후 제강공정을 거쳐 탄소의 함량을 조절한 것으로 판단되었다. 전체적인 성분함량에 따른 제련온도를 FCS, FAS 삼원상태도에 대입하였다. slag의 wüstite정출온도는 1,150℃, 로 내의 중심온도는 1,200±50℃이며, 괴련철과 해면철의 wüstite정출온도는 1,200℃, 로 내의 중심온도는 1,300±50℃로 추정되었다. 철정의 wüstite정출온도는 1,100℃, 로 내의 중심온도는 1,300±50℃이다. 마산 현동에서 출토된 유물들의 성분조성을 종합한 결과 인위적인 조 재제 첨가는 하지 않은 것으로 파악되었으며, 조재제의 주성분인 CaO 성분은 철광석에서 기인한 것으로 추정되었다. 성분 조성을 Al2O3/SiO2-CaO/SiO2-K2O/SiO2의 삼각좌표에 대입한 결과 2개의 군집이 생기는 것을 확인할 수 있었다. 2개의 군집은 같은 유구에서 출토된 같은 종류의 유물이더라도 다른 군집에 속한 것을 확인할 수 있었다. 이를 보아 군집은 시기나 종류와 같이 분류할 수 있는 명확한 기준이 존재하지 않았으며, 다만 같은 유구에 매납하여도 다른 제작방식이나 다른 철광석을 이용하여 제작하였을 것이라 판단되었다. 제철부산물인 slag와 괴련철, 해면철 그리고 생산품인 철정을 살펴본 결과 유사한 EDS 데이터값을 가지고 있으며 삼각좌표에 값을 대입한 결과 소수의 철정 이외에 A군집에 속하는 것을 확인할 수 있었다. 이를 보아 하나의 프로세스를 이루고 제련하는 각 공정에서 slag와 괴련철, 해면철 그리고 철정이 제작된 것으로 보인다. 또한, 완제품인 도·검류와 농·공구류를 제철부산물과 철정을 비교해본 결과 EDS 데이터값이 유사하고 삼각좌표에서 소수의 철정을 제외하고 같은 A군집에 속하는 것이 확인되었다. 철정과 완제품들의 미세조직 비교를 통해 유사한 조직이 관찰되었으며, 추가적인 열처리를 하여 완제품으로 제작한 것으로 추정되었다. 마산 현동유적은 제철유적이 확인되지 않으며, 분묘에서 제철부산물과 철정 그리고 여러 제품들이 출토되었다. 제철부산물과 대부분의 철정, 완제품은 삼각좌표에서 한 군집에 속하였으나, 소수의 철정이 다른 군집에 속하는 것이 확인되었다. 이를 통해 다른 제작방식이나 다른 철광석을 사용하여 제련하였을 수 있으며, 제철유적이 없는 것으로 보았을 때 마산현동 유적은 제철부터 했던 집단이 아니라 정련단야를 하여 제품까지 제작하던 집단인 것으로 판단된다. Metallurgical investigation and microstructures analysis in metal artifacts provides the data required to study their manufacturing techniques, including materials, heat processing, and smelting. Smelting produces slags, iron bloom, and sponge iron, which indicate ironmaking techniques. Thus, iron bars have been considered material evidence of how iron was distributed and made in ancient times. This study analyzed 2 slags, 3 iron blooms, 2 sponge iron pieces, and 15 iron bars containing metal cores excavated at 1329 Hyeon-dong, Masan. The iron bars were divided based on their width: two micro-sized bars, two small-sized bars, two medium-sized bars, and seven large-sized bars. The correlations among slags, iron blooms, sponge iron, and iron bars, and the differences among the different processes’ outcomes were examined in this study. The study’s findings indicate that smelting was performed in acid work in Hyeon-dong, Masan. Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analysis of the iron blooms and sponge iron did not show a significant difference in composition, which seems to be attributable to various impurities and oxides separated and released as the iron ores melted. The findings suggest that iron blooms were initially formed and gathered, creating a larger sponge iron. An analysis of the iron bars’ microstructures suggests that the materials’ carbon content was adjusted through smelting followed by a steel manufacture process. Additionally, smelting temperatures determined by the ingredients’ overall composition were applied to the FCS and FAS ternary diagram. The wüstite crystallization temperature of slags was 1,150℃, and the core temperature was 1,200±50℃. Meanwhile, the iron blooms’ and sponge iron’s wüstite crystallization temperature was 1,200℃, and the core temperature was estimated at 1,300±50℃. In contrast, the iron bars’ wüstite crystallization temperature was 1,100℃, and the core temperature was 1,300±50℃. Comprehensive analysis of the composition of the artifacts from Hyeon-dong showed that slag former was not artificially added, and Calcium oxide (CaO), the primary component of the slag former, originated from the iron ores. The compositions were applied to the Aluminium oxide (Al2O3)/Silicon dioxide-Calcium oxide (SiO2-CaO)/ Silicon dioxide-Potassium oxide (SiO2-K2O)/ Silicon dioxide (SiO2) triangular coordinates producing two clusters. Similarly,, identical artifacts excavated from the same location fall under different clusters, indicating no definite categorization criteria. The findings suggest that artifacts buried in the same spot were likely manufactured with different techniques or iron ores. An analysis of the ironmaking byproducts, such as slags, iron blooms, and sponge iron, and iron products like iron bars, showed similar EDS values among the items. Applying the values to triangular coordinates showed that, aside from a few exceptions, the iron bars fall under Cluster A. The findings suggest that the slags, iron blooms, sponge iron, and iron bars were produced through smelting and other stages, forming a single process. A comparison between finished products, such as blades and farming or crafting tools, and the byproducts and iron bars showed similar EDS values, and the triangular coordinates confirmed that the iron bars fall under Cluster A with some exceptions. A comparison of microstructures showed that the finished products had similar structures and could have been manufactured with additional heat processing. Ironmaking remains were not discovered in Hyeon-dong, but iron production byproducts, iron bars, and other items were excavated from the ancient tombs in the area. The byproducts, finished products and several iron bars are under the same ternary diagram cluster, while some iron bars formed a separate cluster. The results suggest that the products were smelted using different techniques and iron ores, and the absence of the ironmaking remains suggests that whoever made the artifacts did not engage in ironmaking but was responsible for smelting, smithing, and manufacturing.

철광석의 소결특성에 미치는 융제의 영향

조용환 慶北大學校 大學院 1990 국내박사

Iron one sinter commonly consists of various oxides such as Fe_(2)O_(3), CaO, SiO_(2) Al_(2)O_(3), MgO and FeO, and the chemical composition significantly affects the quantity and structure of mineral phases produced by sintering process. To study the effect of complex oxides on the texture and melting property of iron ore sinter, sintering tests were carried out principally on the ternary system of Fe_(2)O_(3)-CaO-SiO_(2) and the effect of Al_(2)O_(3) and MgO on the experimental results based on the ternary system were also investigated. When the physical properties such as softening, melting and fluidizing points of iron ore sinter were plotted on the Fe_(2)O_(3)-CaO-SiO_(2) pseudo-ternary system, it was revealed that CaO component greatly affected the softening temperature and SiO_(2) component also affected a little in the lower Fe_(2)O_(3) region. The fluidizing temperature was lowered with increase of CaO content and decrease of SiO_(2). Melting point of ternary system was greatly affected by the CaO content is case of high-melting-point composition and by the ratio CaO/SiO_(2) in case of low-melting-point composition. The CaO component lowered the melting point of iron ore sinter and maximum temperature of sinter bed, which resulted in the decrease of the FeO quantity produced. Since the limestone is very reactive even in the low temperature region, it readily interacts with raw materials such as silica, ion ore and serpentine at high temperature to produce SiO_(2) rich melt. Accordingly, columnar calcium ferrite, which were characteristic in low basicity sinter formed a lot at high temperature, but formed little at low temperature. As the increase of MgO content leaded to the rise of melting point and reduced the melt quantity, the strength of iron ore sinter at room temperature was deteriorated. Since the condition in which the high temperature mineral phases were crystallized from melt affected the strength of iron ore sinter at room temperature, it was found to be necessary to lower the eutectic temperature by adjusting the quantity of CaO component. With the increase of MgO content, reduction degradation property was improved as magnetite with spinel structure became more stabilized and the amount of magnesio-ferrite increased. On the while, since the increase of MgO content in the liquid region of iron ore sinter enhanced the sintering temperature and the crystallization and cooling rate of the high temperature mineral phase, the micro0structure of iron ore sinter becomes readily formed and thus reduction degradation index was much improved. The higher the melting temperature, the easier the formation of magnesio-ferrite became due to the increase of MgO content as solid solution. Optimum ranges of basicity and MgO content for softening and melting-down properties under load of iron ore sinter were considered to be 1.7-1.8 and around 1.8 wt.% respectively, which were confirmed on the phase diagram of CaO-SiO_(2)-MgO-10% Al_(2)O_(3). The addition of Al_(2)O_(3) to the ternary system formed the quaternary system with calcium ferrite (CaO·2Fe_(2)O_(3)-CaO·6Al(2)O_(3)) solid solutions, which contains 3.5-6.7 wt.% SiO_(2) depending on the basicity. The Al_(2)O_(3) component increased the amount of crystallized calcium ferrite and extended its stable region to higher temperature. During softening and melting process of iron ore sinter, reduction from FeO to metal iron proceeded readily below 1100℃ and over 1400℃, while it was retarded between 1100℃ and 1400℃. The magesio-wustite phase melts in slag at 1300℃-1400℃, which is considered to be as one of the important factors to enhance dripping temperature. Iron-melt and slag-melt dripped separately and gradually at basicity 1.8, but simultaneously at basicity 2.0.

韓國産 鐵鑛石의 基礎硏究 : 第1部 化學分析 及還元特性

김성수 서울大學校 大學院 1960 국내석사

상온에서 분말철광석 순환 유동층의 수력학적 특성

신규환 漢陽大學校 1990 국내석사

馬山縣洞出土刀劍類의 金屬材料學的硏究

백서현 용인대학교 일반대학원 2020 국내석사

In this study, the metallurgical analysis of the swords the 4th and 5th century iron artifacts excavated from the national road construction section of GeojeMasan was conducted and the results of the analysis were compared with those excavated in Haman, Gimhae, Pohang, Ulsan, and Gyeongju, which were studied in advance, to summarize the production technology and material tendency. Analysis of the non-metallic inclusion of swords excavated from the national road construction section of GeojeMasan showed wüstite from the almost all artifacts, it is estimated that iron ore was smelted using the low temperature reduction process. So, it is judged that swords had been improved on their mechanical strength by carburizing and quenching particular sections of the tools as necessary after forging them with sponge iron or bloom iron produced by the low temperature reduction process. Given that most of the relics were used for carburizing and quenching in order to increase the intensity, it is believed that the swords were made with practical use as weapons. Therefore, it is assumed that the swords may have been used as weapons by the buried person, not just for the purpose of the burial. In order to estimate the operating temperature, chemical composition of the non-metallic inclusion was converted to an oxide and entered on FCS diagram and FAS diagram. As a result analysis shows that crystallization temperature of wüstite is 1150℃ and melting temperature is between 1300∼1400℃. Based on this, it is believed that the steel furnace used by the solid low temperature reduction method was operated at a relatively high temperature. As a result of checking the acidity and basicity, we can see that long sword1, long sword2, sword with round pommel1, sword with round pommel14, sword with round pommel4(No. 347), sword with round pommel16, sword with round pommel13, sword with round pommel4(No. 717), sword with round pommel28, iron sword10 and iron sword29 are acidic glassy slag. Ratio of CaO/SiO₂ in order to confirm the artificial addition of the CaO were analyzed. The percentage of CaO/SiO₂ according to the total amount of FeO is less than 0.4. As a result, It is judged that CaO did not add to the main ingredient. Ratio of Al₂O₃/SiO₂CaO/SiO₂K₂O/SiO₂ was indicated by triangular coordinates to view materialistic tendency. The distribution of proportions forms two clusters, depending on when they are produced and how they are buried. A group of four-century stone tombs, five-century stone tombs, five-century wooden tombs, and a group of A, consisting of swords with round pommel, long sword and iron swords, as well as four-century wooden tombs, and B-groups of swords with round pommel and long sword are observed. Groups A and B are judged to show different tendencies due to differences in iron ore used as materials at the time of manufacture or the use of additives with different main ingredients, such as yellow ocher without Ca. 본 연구에서는 거제마산 국도건설구간 내 유적에서 출토된 4∼5세기 철제 유물 중 刀劍類에 대한 금속학적 분석을 실시하고 선행연구 된 함안, 김해, 포항, 울산, 경주지역에서 출토된 철제 유물과 분석 결과를 비교하여 제작기술과 재료적인 경향성을 정리하였다. 거제마산 국도건설구간 내 유적에서 출토된 刀劍類의 비금속개재물을 분석한 결과 대부분의 유물에서 wüstite가 관찰되었으며 이는 철광석을 고체저온환원법을 이용하여 제련한 것으로 추정된다. 이로 보아 도검류는 모두 고체저온환원법으로 제련한 해면철 또는 괴련철을 이용하여 성형 가공한 후 필요한 부분에 침탄 및 담금질을 통해 기계적 강도를 향상 시켜 제작한 것으로 판단된다. 강도 증가를 위해 대부분의 유물에서 침탄 및 담금질을 시행한 것으로 보아 무기로서의 실용성을 가진 刀劍類를 제작한 것으로 보인다. 따라서 刀劍類는 위세품으로서의 기능과 더불어 실질적인 무기로서의 기능이 있으므로 특별히 심혈을 기울여 제작하였을 것으로 추정된다. 조업온도를 추정하기 위하여 비금속개재물의 조성을 산화물로 변환 후 FCS 상태도와 FAS 상태도에 대입하였다. 그 결과 wüstite의 정출온도는 1150℃로 분석되었으며 조업온도는 1300∼1400℃ 사이로 분석되었다. 이로 보아 고체저온환원법으로 사용된 제철로로서는 비교적 높은 온도에서 조업이 이루어진 것으로 판단된다. 산·염기도 확인 결과 대도1, 대도2, 환두대도1, 환두대도14, 환두대도 4(347호), 환두대도16, 환두대도13, 환두대도4(717호), 환두대도 28, 철검 10 그리고 철검29는 1 미만으로 산성 유리질 slag인 것을 알 수 있다. 조재제의 주성분인 CaO의 인위적인 첨가 여부를 알아보기 위해 CaO/SiO₂의 비율을 분석하였다. 전체 FeO 함량에 따른 CaO/SiO₂의 비율이 0.4를 넘지 않는 것으로 보아 CaO가 주성분인 조재제를 첨가하지 않은 것으로 판단된다. 재료적인 경향성을 보기 위해 Al₂O₃/SiO₂CaO/SiO₂K₂O/SiO₂의 비율을 삼각좌표로 나타내었다. 비율의 분포는 두 가지의 군집을 형성하고 있으며 이는 제작 시기와 부장양상에 따라 나타나고 있다. 4세기 석곽묘, 5세기 석곽묘, 5세기 목곽묘에서 출토된 대도, 환두대도, 철검으로 이루어진 A 군집과 4세기 목곽묘에서 출토된 대도, 환두대도로 이루어진 B 군집이 관찰된다. A 군집과 B 군집은 제작 당시 재료로 쓰였던 철광석의 차이 또는 Ca가 들어가지 않은 황토와 같이 주성분이 다른 첨가제의 사용으로 인해 다른 경향성을 보이는 것으로 판단된다.