たたら製鉄の2つの製造術「ケラ（鉧）押し法」「ズク（銑鉄）押し法」作業手順についてご紹介
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今回は、たたら製鉄の2つの製造術「ケラ（鉧）押し法」「ズク（銑鉄）押し法」作業手順についてご紹介します。
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たたら製鉄とは
たたら製鉄とは、日本古来の製鉄法のことをいい、日本独特の製鉄法で、千年以上の歴史をもつものです。たたらという言葉は元来「ふいご」を意味する言葉で、非常に古い言葉であり、
「日本書紀に神武天皇のお后になる媛蹈鞴五十鈴姫命(ひめたたらいすずのひめのみこと)が出雲の神、事代主命の姫であった」
と書かれています。
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蹈鞴（たたら）で鉄を吹くことから製鉄法全体を「たたら」よ呼ぶようになる
蹈鞴（たたら）で鉄を吹くことから鉄を製錬する「炉」のことも「たたら」というようになり、さらに、高殿（たたら）と呼ばれる炉全体を収める大きな家屋、さらにはこれら全体を含めた製鉄工場もか「たたら」と言うようになってゆきます。
西播磨たたら・天児屋鉄山の配置図
西播磨・天児屋鉄山の配置図
| 天児屋鉄山の配置一覧 | ||
| 信仰 | 金屋子神祀 | |
|
炭焼き/鉄づくり
|
高殿（たたら） | 砂鉄溶解炉場 |
| 鉄池（かないけ） | 鉄冷却池 | |
| 大銅場 | 鉄塊粉砕場 | |
|
砂鉄/炭貯蔵
|
砂鉄小屋 | |
| 炭小屋 | ||
| 鍛冶 | 鍛冶小屋 | |
|
管理と流通
|
勘定場 | 管理事務所 |
| 馬小屋 | ||
| 倉庫 | ||
| 住居 | 山内小屋 | |
| 信仰 | 山の神祀 | |
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2024.03.27
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「たたら製鉄」の2つの方法「ケラ（鉧）押し法」「ズク（銑鉄）押し法」
たたら製鉄は、鉄原料として砂鉄を木炭の燃焼熱によって砂鉄を還元し、鉄を得る方法です。このたたら製鉄には大きく分けて2つの方法があります。
1つは、砂鉄から直接鋼を作る「ケラ（鉧）押し法(直接製鉄法)」、もう1つは銑鉄(ズク)を作ることを目的とする「ズク（銑鉄）押し法」です。
たたら製鉄の原理
たたら製鉄は、いわゆる「酸化と還元」の原理を利用しています。酸化は、酸素と結合すること。還元は、反対に酸素を失うことです。
一般的に、地上では酸素が多いので、酸化が起こりやすくなっています。一方の還元は、目的を持って利用されていることが多いので、産業や生活の発展に役立っています。例えば、酸素と結びついた酸化化合物から酸素を取り除き還元すると、それが金属の化合物ならば、純粋な金属が取り出せるというわけです。
たたら製鉄では、酸化鉄を含む砂鉄を、炭と一緒に燃焼することで酸素を奪い、還元させて純物質の鉄を取り出しています。
| 炭素・一酸化炭素による還元 | |||
| Fe系 | 酸素O/木炭C | 二酸化炭素 | |
| 砂鉄 | Fe₃O₄ | CO | CO₂ |
| 酸化鉄 | FeO | CO | CO₂ |
| 鉄 | Fe | ||
ケラ（鉧）とは
ケラ（鉧）とは、鋼のもとになる塊で、叩いたり、伸ばしたりして鍛えることができ、しかも焼きを入れて硬くすることができるので、日本刀をはじめ、刃物、工具などに用いられてきました。
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2024.03.24
ズク（銑鉄）とは
一方のズク（銑鉄）は、炭素量が高く、溶け易いので鋳物にも用いられますが、大部分は大鍛冶場(おおかじば)に運ばれて炭素を抜き、左下鉄(さげがね)と呼ばれる鋼や、さらに炭素を下げて軟らかくした包丁鉄に用いられてきました。
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2024.03.27
2種類の砂鉄「真砂(まさ)砂鉄」「赤目(あこめ)砂鉄」
用いる砂鉄も2種類に大別されます。主にケラ（鉧）押し法に用いる「真砂(まさ)砂鉄」とズク（銑鉄）押し法に用いる「赤目(あこめ)砂鉄」があります。
中国山地の北側で主に採用された「真砂砂鉄」によるケラ（鉧）押し法
「真砂砂鉄」は、酸性岩類の花崗岩系を母岩とし、チタン分が少ないのが特徴です。ケラ（鉧）押し法は、真砂砂鉄が採れる中国山地の北側で主に採用された方法で操業開始から終了までに三昼夜も必要な精製方法でした。
| 「たたら製鉄」と「高炉製鉄」の比較 | ||
| 方法 | たたら製鉄 (ケラ押し法) |
高炉製鉄 |
| 材料 | 砂鉄 | 鉄鉱石 |
| 燃料 | 木炭 | コークス |
| 炉頂温度(°) | 900~1000 | 500 |
| 炉心温度(°C) | 1200 | 1300-1700 |
| 炉底温度(°C) | 1500 | 約2000 |
| 還元剤 | 真砂土、 珪酸塩(Na²SiQ³) |
石灰石（CaCO³） |
| 還元温度(°C) | 約1000 | 1300~1500 |
| 精錬時間(h） | 97 | 8 |
| 通気方法 | フイゴ(空気) | 吹きつけ(一酸化炭素) |
たたら操業時の「温度と木炭/砂鉄量」
| たたら操業時の「温度と木炭/砂鉄量」 | |||||
|
工程
|
温度(K) |
CO/
(CO+CO²) |
装入木炭量
(kg) |
装入砂鉄量
(kg) |
|
| 炉 中央上部 |
炉底部 | ||||
| 籠り期 | 1423 | 1723 |
平均84.3%
|
1600 | 1260 |
| 籠り次期 | 1473 | 1773 | 1500 | 1350 | |
| 上り期 | 1473 | 1793 | 3600 | 3378 | |
| 下り期 | 1373 | 1823 | 8200 | 8923 | |
| 合計 | ‐ | ‐ | ‐ | 14900 | 14911 |
ケラ（鉧）押し法の作業手順
ケラ（鉧）押し法の作業手順は、5つの工程で行われています。
| たたら製鉄の一代の5工程 | |||
| 一夜の区分 | 操業の展開 | 作業内容 | |
|
第1日目
|
籠もり
（こもり）期 |
火入れ | 薪をいれ、送風しないで炉を乾燥させる。 |
| 送風開始 | 火勢をつける。 | ||
| 砂鉄投入開始 | 砂鉄は炉の長軸にそって二列に振り入れる。 砂鉄と木炭を交互に投入する。 |
||
| 籠り次ぎ期 | ケラ（鉧） のはじまり |
投入間隔、投入量ともに多くし、安定状態にする。 鋼のはじまり湯路からノロが出はじめる。 砂鉄の量、投入間隔を1度決めたもので押し通す。 |
|
| 第2日目 | 上り期 | ケラ（鉧）の成長 | 「ノロ(不純物)」の流出が多くなる。 |
| 第3日目 |
下り期
|
くだり | 砂鉄の投入を続ける。送風を強くする。 |
|
第4日目
|
おおくだり | 砂鉄投入を完了する。 炉体の底は侵食されてうすくなり、 炉外に火が噴出するほどに壁も薄くなる。 |
|
|
釜出し期
|
送風停止 | 送風を止める。 | |
| 釜出し | 炉体を壊し、ケラを外に出す。 | ||
| 冷却 | ケラ（鉧）を池に投入し、急激に冷却する。 | ||
【1】「籠もり期」第1日目
低融点で還元性のよい「籠り(こもり)」砂鉄を投入し、次に木炭を投入して燃焼させ「ノロ(鉄滓：不純物)」を作ります。その時、発熱反応によって炉内の保温が良くなり、これを「籠もり期」と言います。
【ノロ(鉄滓)】鉱石から鉄を精錬する際、溶けて分離した、鉄以外の鉱石の成分。 不要な不純物のことです。
【2】「籠り次ぎ期」第1日目
さらに炉温を上げると「ノロ(不純物)」だけでなく「ズク(銑鉄)」も生成されます、これが籠り次ぎ期です。
【3】ケラ（鉧）が成長する「上り期」第2日目
次第に「真砂砂鉄」の配合を増していくと、ケラ（鉧）種ができ、炉の状況は活発になり、炎は山吹色に高く輝き出します。そして、炉が次第に侵食される一方、ケラ（鉧）が成長する(上り期)に入ります。
【4・5】炉壁が痩せ細る「下り期/釜出し」第3・4日目
さらに真砂砂鉄の装入を増して、ケラを大きく成長させますが、この頃になると炉壁は痩せ細り、これ以上の操業に耐えられなくなり、たたらの操業を終了させます(下り期・釜出し)。
13tの砂鉄からケラ（鉧）が2.8t、銑鉄(ズク)が0.8t精製される
以上の工程が、ケラ（鉧）押し法での一操業であり、一代(ひとよ)と呼ばれています。当時の記録として、一代に装入する砂鉄約13t、木炭約13tに対し、できるケラ（鉧）は、約2.8t、銑鉄(ズク)は約0.8tとなっています。
| 「ケラ（鉧）押し法」による必要な材料と精製物（ケラ・ズク） | ||
|
材料
|
砂鉄量 | 13トン |
| 木炭量 | 13トン | |
|
精製物
|
ケラ（鉧） | 2.8トン |
| ズク(銑鉄) | 0.8トン | |
| 歩留まり | 28％ | |
その結果、鉄の装入砂鉄に対する歩留りは約28%になります。
「ケラ（鉧）押し法」「ズク（銑鉄）押し法」の違い
「ズク（銑鉄）押し法」は、「ケラ（鉧）押し法」と比べると次の点が異なります。
| 「ケラ（鉧）押し法」「ズク（銑鉄）押し法」の違い |
| 【1】原料砂鉄に「赤目砂鉄」を用いること。 |
| 【2】羽口の位置が低く、傾斜を約1/2弱とし、炉底部全体に風がいきわたるようにしていること。 |
| 【3】炉底部傾斜を大きくしていること。 |
| 【4】木炭の装入後、砂鉄を入れること。 |
中国地方全体では、山陰、山陽ともに「ケラ（鉧）押し法」のたたらが多く、中国地方以外で行われた製鉄法も「ケラ（鉧）押し法」が多かったのです。
「真砂(まさ)砂鉄」を使用した「ケラ（鉧）押し法」
「赤目(あこめ)砂鉄/川浜砂鉄」を使用した「ズク（銑鉄）押し法」
たたら製鉄の2つの製造術「ケラ（鉧）押し法」「ズク（銑鉄）押し法」作業手順についてご紹介
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2024.03.28
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