청주 송절동 제철유적은 제련로와 단야로가 함께 확인된 대규모 제철 유적으로, 고대 철 생산의 전 과정을 복원할 수 있는 중요한 사례로 평가된다. 이 연구에서는 출토된 철광석, 슬래그, 노벽, 송풍관 등의 시료를 대상으로 자연과학적 분석을 수행하여 제련 및 단야 공정의 특성과 조업 환경을 규명하고자 하였다.
철광석은 hematite(적철석), magnetite(자철석), 석영 등을 주성분으로 하며, 원료 품위가 다양하게 확인되었다. 슬래그의 경우 fayalite와 wüstite가 관찰되었고, 전철량은 약 40 wt%, 염기도는 0.1~0.25 범위에 집중적으로 분포하였다. 이러한 결과는 안정적이고 규격화된 제련 조업이 이루어졌음을 시사한다. 슬래그의 화학조성과 전철량을 종합적으로 검토한 결과, 청주 송절동 제철유적에서는 직접 제련법이 사용되었으며, 고대 제련의 특성인 산성 조업이 이루어진 것으로 판단된다.
슬래그, 노벽 시료의 fayalite, cristobalite의 검출로 1150℃~1350℃ 범위의 조업 환경이 추정되었다. 또한 입상 슬래그와 단조박편의 존재는 정련 및 성형 단계의 단야 공정이 함께 수행되었음을 보여준다.
이와 같은 분석 결과는 청주 송절동 유적이 단순 제련 시설이 아닌, 괴련철 생산부터 철기 제작까지 일련의 공정이 완비된 종합 제철 유적임을 입증한다. 더불어 구역별 시료 특성의 차이는 작업공정의 분화와 기술적 정형화가 이루어졌음을 보여주며, 이는 당시 지역 제철 기술의 높은 수준을 반영한다.