電気炉製鋼法

電気炉製鋼法：歴史、概要、そして現代への展開

電気炉製鋼法は、電気炉を用いて鉄鋼を製造する製鋼法です。高炉や転炉を用いた従来の方法とは異なり、鉄スクラップなどを原料として、電気エネルギーによるアーク放電で鉄を溶解、精錬します。その歴史は古く、19世紀初頭には電気による鉄鉱石の精錬実験が行われましたが、商業的な成功は20世紀に入ってからです。

日本の電気炉製鋼黎明期

日本においては、明治時代後期から電気炉製鋼法の研究が始まりました。1911年、長野県諏訪市で土橋長兵衛氏がエルー式小型電気炉を設置し、事業化に成功したのが最初期の実績です。この成功には、東京帝国大学の俵国一教授の指導が大きく貢献しました。

その後、1912年には島根県松江市で、松江電灯株式会社（中国電力の前身の一つ）の水力発電所建設を機に、安来鉄鋼合資会社（現在の日立金属安来製作所）が電気炉実験を開始しました。当初は発電所近郊の奥出雲で行われていましたが、地理的制約から松江市内の火力発電所構内に実験場を移転。そこで、電気とガスの両方を用いた実験を行い、熱処理などの技術基盤を築きました。

1915年には、安来鉄鋼合資会社の松江工場で日本初の電気炉（スタッサノ式1t）が稼働を開始し、翌年には高速度鋼の量産化に成功。電気炉製鋼法は本格的な産業として発展を始めました。

電気炉製鋼法の概要

現代の電気炉製鋼法は、高炉で鉄鉱石から銑鉄を製造し、転炉で製鋼を行う一貫製鉄所とは異なり、鉄スクラップ、銑鉄、直接還元鉄などを原料として、製鋼工程のみを行います。アーク放電による超高温で鉄を溶解し、不純物を取り除きます。この高温に耐えるため、人造黒鉛電極の使用が不可欠です。

電気炉製鋼法は、合金化の自由度が高いため、複雑な成分系の高性能な鉄鋼材料を製造できます。金型、工具、精密機械部品など、耐久性と高精度が求められる用途に広く用いられています。

高炉法・転炉法との比較

高炉法・転炉法は、鉄鉱石から銑鉄を製造する製鉄工程と、転炉による製鋼工程から成り立ちます。一方、電気炉製鋼法は製鋼工程のみで、鉄スクラップなどを原料とします。そのため、両者の全消費エネルギーを直接比較することは困難ですが、電気炉製鋼法は電力の種類を選択できるため、再生可能エネルギーの利用によりCO2排出量の大幅削減が可能です。

近年、電気炉製鋼におけるトランプエレメント（銅やアルミニウムなどの混入）の問題が指摘されていますが、使用性能に問題ないことが明らかになりつつあります。

炉の種類

電気炉は、交流電流を用いるAC炉と、直流電流を用いるDC炉の2種類に大別されます。AC炉は3本、DC炉は1本の人造黒鉛電極を使用します。

まとめ

電気炉製鋼法は、日本の近代化に貢献し、現在では高性能材料生産に欠かせない技術となっています。再生可能エネルギーとの組み合わせによる環境負荷低減も期待され、今後もその重要性は増していくでしょう。

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