銑鉄

ダクタイル鋳鉄の製造に使用される銑鉄

銑鉄（粗鉄とも呼ばれる）は、鉄鋼生産において鉄鋼業で使用される中間財です。銑鉄は、高炉で鉄鉱石を精錬することによって生成されます。銑鉄は炭素含有量が高く、通常3.8～4.7% ^{[ 1 ]} 、シリカやその他のドロスを含むため脆く、限られた用途を除いて材料として直接使用することはできません。^{[ 2 ]}

語源

銑鉄インゴットを製造するための鋳型の伝統的な形状は、砂で形成された枝分かれした構造で、多数のインゴットが中央の溝、つまり「ランナー」に対して直角に^{[ 3 ]}並んでおり、まるで母豚が子豚を育てている様子を彷彿とさせます。金属が冷えて固まると、小さなインゴット（「ピッグ」）はランナー（「ソウ」）から簡単に切り離されます。そのため、「銑鉄」と呼ばれます。^{[ 4 ]}銑鉄は再溶解を目的としているため、インゴットの大きさが不均一であったり、少量の砂が含まれていたりしても、鋳造や取り扱いが容易なため、それほど問題にはなりません。

「豚のように汗をかく」という表現は、鉄の製錬工程に由来しています。鉄が冷えると周囲の空気が露点に達し、「豚」の表面に水滴が形成されます。これは、鉄が安全に扱えるほど冷えたことを示しています。^{[ 5 ]}

歴史

1890年から1901年にかけてシカゴのイロコイ製錬所で銑鉄を鋳造する様子

中国では周の時代後期（紀元前256年に終焉）にはすでに銑鉄が作られていた。 ^{[ 6 ]}スウェーデンのラピュッタンなどの溶鉱炉は12世紀に遡り、現在はドイツのヴェストファーレン州の一部であるマルク地方の溶鉱炉のいくつかは13世紀に遡ると考えられる。^{[ 7 ]}これらの北ヨーロッパの発明が中国のものから派生したものか、独自の発明であったかは明らかではない。ワーグナー^{[ 8 ]}はシルクロードを通じたペルシャ人と中国との接触、およびヴァイキング人とペルシャとの接触を介した可能性のあるつながりを仮説として立てたが、^{[ 6 ]}ヴァイキング時代とラピュッタンの間には年代的なギャップがある。塊鉄炉から高炉への移行は大きくなく、必要なのは炉を高くし、より強力なふいごを備えることだけである。

錬鉄の製錬と生産は古代ヨーロッパと中東で知られていましたが、直接還元によって塊鉄炉で生産されていました。スラグに分散した銑鉄の小球はすべての製鉄炉で生成されますが、塊鉄炉の操業者は、炉内で鉄が液体に相転移する状況を避ける必要がありました。なぜなら、小球や生成された銑鉄は展延性がなく、一体となって叩くことができないからです。また、銑鉄を脱炭して鋼にすることは中世の技術では非常に面倒な作業であったため、中世以前のヨーロッパでは小球はスラグと共に廃棄されていました。^{[ 9 ]}

用途

伝統的に、銑鉄は精錬炉で錬鉄に加工され、後にパドル炉へと移行し、近年では鋼鉄に加工されています。^{[ 10 ]}これらの工程では、銑鉄を溶解し、攪拌しながら強い空気流を銑鉄に当てます。これにより、溶解した不純物（シリコンなど）が徹底的に酸化されます。パドル炉で得られる中間生成物は、精錬銑鉄、精錬金属、または精錬鉄として知られています。^{[ 11 ]}

銑鉄はねずみ鋳鉄の製造にも用いられます。これは、銑鉄を、多くの場合は大量の鋼鉄や鉄くずと共に再溶解し、不要な不純物を除去し、合金を添加し、炭素含有量を調整することで実現されます。ダクタイル鋳鉄は、特定の高純度銑鉄を用いて製造することも可能です。製造するダクタイル鋳鉄のグレードに応じて、シリコン、マンガン、硫黄、リンなどの元素含有量が低い銑鉄が選ばれる場合があります。高純度銑鉄は、ダクタイル鋳鉄の製造工程に有害な可能性のある元素（炭素を除く）をダクタイル鋳鉄の原料から希釈するために使用されます。

現代の用途

銑鉄は歴史的に、高炉の底部から導管を通って取鍋車に直接注ぎ込まれ、ほぼ液体の状態で製鋼所へと運ばれていました。この状態の銑鉄は「溶銑」と呼ばれていました。その後、溶銑は製鋼容器（通常は電気アーク炉、誘導炉、または転炉）に注がれ、そこで過剰な炭素が燃焼除去され、合金組成が制御されます。初期の製鋼法には、精錬炉、パドリング炉、ベッセマー法、平炉などがありました。

近代的な製鉄所や直接還元鉄工場では、溶銑を取鍋に移し、製鋼炉ですぐに使用するか、銑鋳造機で銑に鋳造して再利用または再販売します。近代的な銑鋳造機は、排出時に4～10キログラム（9～22ポンド）の小さな銑鉄に分割されるスティック銑を生産します。

参考文献

1. キャンプ、ジェームズ・マッキンタイア; フランシス、チャールズ・ブレイン (1920). 『鋼鉄の製造、成形および処理』（第2版）. ピッツバーグ：カーネギー製鋼会社. pp  . 174. OCLC  2566055 .
2. サミュエル・トーマス (1899年9月). 「初期の無煙炭鉄産業の思い出」 .アメリカ鉱山技術者協会紀要 (TheHopkinThomasProject.comによる転載) . 2014年3月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年12月5日閲覧。
3. 金属加工用語集.インダストリアル・プレス. 2003年. 297ページ. ISBN 9780831131289. 2017年2月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。
4. 鋼の製造、成形、および処理：製鉄編（PDF） AISE Steel Foundation. 1999年、p. 18。 2016年3月4日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。
5. 「豚のように汗をかく」科学社会局。2026年1月16日閲覧。
6. ワグナー、ドナルド『古代中国の鉄と鋼』ライデン 1996年：ブリル出版社
7. 『製鉄の重要性：技術革新と社会変革：1995年5月のノーバーグ会議で発表された論文』ゲルト・マグヌッソン編（Jernkontorets Berghistoriska Utskott H58、1995年）143～179ページに掲載された論文。
8. ゴラス、ピーター (1995)。「ドナルド・B・ワグナー：古代中国の鉄と鋼」。エコール・フランセーズ・ディ・エクストリーム・オリエントの会報。82 (1): 426–428。
9. 「中世の社会における鉄 II. 1985年5月6～10日にノーベルグで開催されたシンポジウムで発表された論文と議論」。Rapport H 39 - Jernkontoret（スウェーデン語） 。 2023年12月15日閲覧。
10. RF Tylecote、「冶金の歴史」（第2版、Institute of Materials、ロンドン、1992年）。
11. Rajput, RK (2000).エンジニアリング材料. S. Chand. p. 223. ISBN 81-219-1960-6。

外部リンク

• スミソニアン歴史研究所で銑鉄用の砂型を作る