「鋼の大量生産の歴史(1784年~現在)」についてご紹介
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鍛鉄の大量生産の夜明け、1784年に発明された「パドル法」
パドル法
反射炉の2つの煙突の左側の火床で石炭を焚くと、右側の銑鉄をおいた熔解室に強い火焔が移り、天井に沿って火焔が流れ、その反射熱によって銑鉄の溶解が起こります。熔解した鉄中の炭素は、火焔の運ぶ酸素と反応することにより酸化し、鉄から除去されます。
また鉄から酸素が除去されるにつれ鉄の融点が上昇し、炭素の拡散が遅くなるため、炭素が抜けにくくなります。そのため、これをこねて反応を促進させます。この方法を「パドル法」といい、1784年にヘンリー・コート(HenryCort)によって発明されました。これにより、鍛鉄の大量生産が可能になったのである。
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ベッセマー(Bessemer)製鋼法の発明
1856年には、英国人のヘンリー・ベッセマー(HenryBessemer)により「耐火煉瓦で内張りした巨大な鉄の容器の中に銑鉄を入れ、容器の底部から高圧の空気を吹き込んで熔鉄中の炭素を燃やし鋼を取り出すという」大規模製錬の方法が発明されます。
この巨大な容器は傾動するようになっているため「転炉」と呼ばれており、英語ではこれをコンバーター(converter)と呼んでいます。
転炉による大規模製錬
| 「転炉による大規模製錬」の流れ |
| 【1】転炉を傾けて溶けた銑鉄を流し込む |
| 【2】転炉の底から空気を吹き込む |
| 【3】溶けた鋼溶けた鋼を流し込む |
効率の良い反射炉「平炉」の発明
これと同時期に、ドイツのシーメンス三兄弟とフランスのマルタンにより、平炉が発明されます。これはいわば効率の良い反射炉である。反射炉の石炭焚きをガス燃焼方式に変えると火力が増加するので、コークスを用います。
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純度の高い熔鋼を得る方法「トーマス製鋼法」が考案される
また1878年に、英国人トーマス(S.G.Thomas)によって、トーマス製鋼法が考案されます。これは、CaOを平炉内に投入してCaO-SiO2-FeOのスラグを形成させ、その中にリンを吸収させて純度の高い熔鋼を得る方法です。
第二次世界大戦後、鉄鉱石から直接鋼が得られる「転炉法(LD法)」が開発される
第二次世界大戦後には、熔鉄に上から純酸素を吹き込む「転炉法」が開発されます。これは、鉄鉱石から直接鋼が得られる画期的方法となり、オーストリア北西部にあるリンツ市のドナウィッツ社(Linz,DonawitzLtd)により大量生産化されたことから、今日ではこの方法はLD法と呼ばれています。
「底吹き転炉法(OBM法)」「上底双方」「酸素吹き込み法」への発展
1960年代には、酸素を底部から吹き込む「底吹き転炉法(OBM法)」が開発され、その後改良が進み、1970年代から1980年代においては「上底双方」からの「酸素吹き込み法」が製鋼法の主流となっています。
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日本の鉄製錬と製鋼技術
日本では、BC300〜300年の弥生時代に鉄の農機具が出現します。はじめは輸入した鉄を加工するだけでしたが、やがて朝鮮半島から文明が入った出雲地方で、たたら吹き(玉鋼製造)という方法による鉄の製錬が行われるようになります。
たたら吹き(玉鋼製造)
原料は砂鉄(科学的にはマグネタイト)で、これと木炭を層状に積み、側面低部から絶え間なくふいごの風を送り(たたら踏み)、木炭の燃焼によるCOガスによって、大体700°C前後で砂鉄の固体還元を行うものです(Fe3O4+CO→Fe+CO2)。
たたら踏み(『日本山海名物図会』第1巻より)
このようにして出来上がる海綿状のものがたまはがね玉鋼で、実際には木炭の炭素も微量ながら直接侵入したものでした。出雲地方とは別に関東、東北、北陸にも、中国東北部あるいはシベリアから渡来したと思われる鉄製錬技術が、同様の製鉄遺跡として残っています。
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世界をリードする日本の製鋼技術
製鋼技術については、日本国は資源の乏しい国であり、現在は、鉄鉱石もまたほとんど輸入に頼っています。しかし、戦後の昭和20年代後半から製鋼技術が急速に進展し、世界に冠たるものとなります。
条鋼と鋼管技術についてはドイツが多少追随してはいるものの、過去50年間、我が国の薄鋼、厚鋼、条鋼、鋼管技術ならびに圧延理論は常に世界をリードしています。
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