錬鉄

錬鉄：鋼鉄生産以前の鉄の王者

鉄は、その特性を炭素含有量によって大きく変化させます。高炉で生産される銑鉄は炭素を4～5％含み、そのまま鋳型に流し込むと鋳鉄となります。鋳鉄は脆いため、構造物には適しません。一方、炭素量が少ない鉄は強靭で、古くから武器や道具などに利用されてきました。しかし、初期の製鉄技術では、炭素量を精密に制御することは困難でした。

パドル法による錬鉄生産

18世紀、イギリスのシェフィールドで坩堝を用いた製鋼技術が開発されましたが、生産量は限られていました。本格的な錬鉄生産が始まるのは19世紀初頭、反射炉の発明によるものです。反射炉は、石炭の高温燃焼ガスで銑鉄を加熱し、炭素を燃焼させることで炭素量を減らします。この過程で、鉄の融点は上昇し粘度が高くなります。

反射炉の側面から鉄の棒を差し込み、炉内をかき混ぜることで、炭素の少ない強靭な鉄を取り出す製法が確立しました。この製法は、炉内をかき混ぜる様子が船のオールを漕ぐように見えることから「パドル法」と呼ばれています。初期の錬鉄は不純物が含まれていましたが、反射炉の改良により、純度の高い錬鉄が生産されるようになりました。

錬鉄の用途と時代

パドル法で生産された錬鉄は、加工が容易で強靭であることから、19世紀には鉄道レール、建造物の構造材、軍艦の装甲板など、様々な用途に用いられました。有名なパリのエッフェル塔も、錬鉄で作られています。錬鉄は、人力で扱える程度の大きさの塊として炉から取り出され、赤熱状態のうちに大きな塊にまとめられ、蒸気動力のローラーで圧延加工することで、様々な形状に成形されました。

しかし、1855年にベッセマー法が開発されると、鋼鉄の大量生産が可能になり、錬鉄は次第にその地位を失っていきます。ベッセマー法は、転炉を用いて効率的に鋼鉄を生産できるため、パドル法による錬鉄生産は非効率で、コスト競争で劣るようになりました。また、鋼鉄の方が錬鉄よりも強靭だったことも、錬鉄衰退の要因です。

現代における錬鉄

現在、錬鉄は直接製鉄法における製鋼の中間素材として、少量ながら利用されています。かつては鉄の王者として君臨した錬鉄は、今ではニッチな存在ではありますが、その歴史的な役割は、製鉄技術の発展を語る上で重要なものです。錬鉄の歴史は、人間の鉄への挑戦の歴史そのものであり、現代の高度な製鉄技術の礎を築いたと言えるでしょう。

参考文献

山ノ内弘『金屬材料學 中 其の一』早稻田大學出版部、1924年3月14日
三木貴博 [監修]『金属材料が一番わかる』（初版）技術評論社〈しくみ図解シリーズ〉、2014年9月25日

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