無煙炭鉄

無煙炭鉄または無煙炭銑鉄は、無煙炭と鉄鉱石を一緒に製錬して抽出された鉄であり、鉄の製錬で木炭の代わりに無煙炭を使用しています。これは1830年代後半の重要な技術的進歩であり、米国とヨーロッパでの産業革命を大幅に加速させることができました。^[1]

多くの画期的な進歩とは異なり、この時代の貢献者、場所、日付は、1830 年代後半の特定の時期によく記録されています。繰り返し使用でき、確実に成功した最初の溶鉱炉と精錬所は、英国と米国の両方で同じ人物によって管理され、主に製鉄業者のデイビッド トーマスが管理および監督しました。トーマスは、ウェールズのイニスセデウィン製鉄所の責任者になって間もない 1820 年に、地元で入手可能なウェールズの無煙炭鉱床を使用する実験を開始しました。

1837年から1838年頃、ペンシルバニア州のポートカーボン^[2]や現在のジムソープでも実験が行われていたが、ウェールズよりも全体的に成功していた。リーハイ・コール・アンド・ナビゲーション・カンパニー（LC&N）とその創設者であるジョサイア・ホワイトとアースキン・ハザードは、1832年から1837年にかけてジムソープの2つの炉で無煙炭を使って製錬する体系的な実験を開始し、2つの異なる設計の炉で冷風法を使用することで断続的ではあるが散発的に改善された成功を収めた。

大西洋の両側でこの予備作業が行われている間に、別の頭脳が [スコットランドで] 働いていました。その頭脳が成功の秘密を解き明かす鍵を提供しました。それは、熱風炉の発明者であるグラスゴーのニールソン氏です。ニールソン氏は 1828 年に、その貴重な発明の特許を取得しましたが、その重要性は長い間認識されていませんでした。ニールソン氏が発行した熱風炉に関するパンフレットをトーマス氏は熱心に読み、その発見の価値をすぐに確信しました。

ある晩、クレイン氏と彼の書斎に座ってその件について話し合っているとき、トーマス氏はふいごを取り、火格子の無煙炭の火を吹き始めました。 「デイビッド、やめたほうがいいよ」とクレイン氏は言いました。「吹き消してしまうよ」。トーマス氏は答えました。「ここにニールソンの熱風炉があれば、無煙炭は松のように燃えるだろう」。クレイン氏は「デイビッド、まさにその通りだ」と言い、このアイデアは実行に耐えるものだと認識され、トーマス氏の不屈の勇気と粘り強さによって成功しました。

実際、これが無煙炭から鉄を作る際に熱風をうまく利用したきっかけでした。その間に、スコットランドのクライド製鉄所では、半瀝青炭を熱風で加熱する炉を稼働させていました。トーマス氏はクレイン氏にこの新しい発見をすぐに採用するよう強く勧め、クレイン氏はそのプロセスがどのように機能するかを見るためにスコットランドに派遣されました。トーマス氏は非常に注意深く調査した後、熱風が無煙炭炉にまさに必要なものであると判断しました。彼はニールソン氏から免許をもらい、加熱炉の構造を理解している熟練の機械工とともにイニスドウィンに戻り、すぐに熱風炉の製作に取り掛かり、高さ 11 フィート、幅 45 フィートの「キューポラ炉」として知られる炉にそれを設置しました。 炉は1837 年 2 月 5 日に吹き込まれ、大成功でした。そして、その後も、この炉から無煙炭が途切れることなく利益を生み続けました
 
。 無煙炭は世界の商業において生まれたばかりの商品であり、デイビッド トーマスはその名付け親でした。彼の成功のニュースは英国中に広まり、ロンドン鉱業ジャーナル紙はそれを大いに取り上げ、米国の新聞にもこの発見の記事が掲載されました。

— サミュエル・トーマス、アメリカ鉱山技術者協会紀要（1899年）^[1]

LC&N社のホワイトとハザードは、現在のペンシルベニア州ジム・ソープに建設された2基の冷間高炉で10年近く実験を行った後、ジョージ・クレインのイニスドウィン製鉄所でデイビッド・トーマスによって無煙炭銑鉄が定期的かつ確実に生産されているという知らせを受けて、ウェールズで人材募集を行った。リーハイ・ギャップの下流約6マイル、現在ジム・ソープとして知られるモーク・チャンクの会社事務所から14～15マイル (23～24 km) のカタソークア・クリークが、LC&N社とデイビッド・トーマスによる新しい合弁事業であるリーハイ・クレイン製鉄所に選ばれた。耐火レンガ工場などのインフラを構築した後、2基目の高炉の建設中であった1840年7月4日、北米初の熱間高炉で無煙炭銑鉄が生産された。無煙炭銑鉄は、錬鉄と鋳鉄の生産に不可欠な原料であった。

アメリカで最初の無煙炭銑鉄の製錬は、1840年7月4日、主要パートナーのデイビッド・トーマス、ジョサイア・ホワイト、アースキン・ハザードによって、サミュエル・トーマスとLCIWの従業員の支援を受けて、カタソークア・クリーク沿いのリーハイ・クレーン製鉄所の最初の高炉で行われた。この場所はペンシルベニア州東部のリーハイ・バレー地域のカタソークアであった。この技術により、産業界は需要に応えるだけの鋳鉄を生産できるようになり、最終的には錬鉄と鋼の生産の需要にも応えられるよう生産を調整した。これらの有用な材料は、銑鉄を原料として反射炉（後にベッセマー転炉）に投入する追加処理を加えることで得られる。

無煙炭は石炭や岩炭としても知られ、着火が非常に難しく、^[3]採掘、洗浄、小さな塊に砕くのが難しく、熱を発生させたり温度を維持して燃焼を継続したりするには適切な条件が必要であり、これは石炭粒子のサイズと均一性に大きく左右されます。しかし、アメリカの都市は燃料不足に陥り、大都市近郊の森林は枯渇し、アメリカ最大の都市フィラデルフィアは製造業を維持するために工場や鋳造所の燃料も必要としていました。発明家で実業家のジョサイア・ホワイト（ワイヤー工場、鋳造所、釘工場の所有者）は、米英戦争中に鉄工処理炉で無煙炭を燃焼させる方法を発見しましたが、^[4]製錬作業での使用は当たり外れがあり、冷間高炉への特定の装入物の材料充填形状に依存していました。^[5]瀝青炭や無煙炭のコークス化 の初期の発展により、高炉での冷風による地元の石炭源を使用した鉄の製錬が可能になり、1830年代後半には大量の鉄の生産が可能になり、初期の北米産業革命の基本的なインフラストラクチャが構築されました。産業革命は鉄製品とわずかな鋼鉄だけで構築されました。当時、木材に比べて鉄の使用は最小限でした。ほとんどの鉄道の線路でさえ木製のレールが敷かれ、時には鉄のストラップで覆われていました。より多くの鉄が利用可能になるにつれて、鉄の用途が増え、産業革命の一環として需要、実験、改良の増加というサイクルが生まれました。

米国の最初のエネルギー危機の間、大都市や米国東海岸の都市の近くの森林は人口や工場の中心地からどんどん遠ざかっていき、暖房や鍛冶場用の燃料、特に製錬やガラス製造に長い間好まれていたクリーンな燃焼の木炭の価格が高騰し、何十年にもわたる代替燃料の探求が生まれました。1792年半ばまでに、フィラデルフィアの著名な人々がリーハイ炭鉱会社(LHCM Co.)を設立し、デラウェア川渓谷を経由して到達可能な都市、特に当時米国最大かつ最も工業化された都市であったフィラデルフィアに無煙炭を運びました。しかし、無煙炭を唯一の燃料として使用する方法を完全に理解している人は誰もいませんでした。十分に熱い基礎火があれば「時々」燃えるので、炉の燃料を補うことができるということだけでした。

LHCM 社は、ローザンヌからリーハイ川の変わりやすい水位や、同様に荒々しいデラウェア川の 70 マイル (110 km ) 以上を生き延びた多くの岩や急流に沿って 46 ～ 47 マイル (74 ～ 76 km) の旅で、多くの箱船積みの石炭をフィラデルフィアの埠頭に運ぶのに非常に苦労しました。ましてや、その燃料を使用するリスクを冒し て産業に燃料を確実に届ける能力はありませんでした。米英戦争のさなか、鉄鋼業界の大物ジョサイア・ホワイトは、石炭を確実に燃やすにはどうしたらよいか、組織的に実験を行うよう職長に命じました。それは他の燃料を補助する用途があることが認識され、荷役動物に積まれた石炭が時折フィラデルフィアに到着しました。市の製粉所や鋳造所は、イギリス海軍の封鎖を回避する必要に迫られており、バージニアからの瀝青炭の沿岸輸送を再開できるかもしれないと考えていました。これらの実験により底喫水が確立され、ドアを閉めることが鍵となりました。

戦前、ボルチモア、ボストン、ニューアーク、ニューヘイブン、ニューヨーク市、フィラデルフィアの産業家たちは、バージニアとイギリスから船積みで瀝青石を輸入していたが、戦争とそれに先立つイギリス製品に対する禁輸措置により、これらの供給は入手困難になったり、政治的に阻止されたりした。戦後、オレゴン州やコロンビア川流域など遠く離れた地域におけるさまざまな境界紛争が解決されるまで、制裁は続いた。

1814年から1818年の間、東海岸沿いの産業は依然としてエネルギー救済を渇望していたが、ハザードとホワイトがLHCM社に問い合わせたところ、同社の運営と権利が利用可能であることが示された。^[6]スクーカル運河 となる改良工事の遅々たる進捗にいらだちを感じたホワイトとハザードは、急流が点在するリーハイ川の航行を改良および運営する権利をペンシルバニア州議会に申請し、リーハイ運河につながるプロセスを開始した。これにより、1820年後半に定期的かつ大量の安定した石炭の配送が開始された。無煙炭の大量流入は、次の世紀の産業化に大きな影響を与えた。

無煙炭（コークス化なし）を使った鉄の製錬の研究は、1820年代にウェールズでトーマスによって始まりました。 ^[1]フランスでは、最も有名なのは1827年にヴィジールでゲイマールとロビンによって行われた実験です。^[7] 1830年代にはポッツビル^[7]とペンシルベニア州ジムソープで実験が行われました。 ^{[4]初期の試みでは、徐々に無煙炭を}コークスや木炭 などの他の燃料に置き換えようとしましたが、冷風技術の使用では無煙炭を再生燃焼に保つための熱が不十分だったため、すべて失敗しました。^[7]同じ時期に、トーマスは無煙炭と他の燃料の混合物の実験も続けており、その後、それらの実験と新しい熱風処理を組み合わせました。

トーマス氏は、熱風がまさに無煙炭炉に必要なものだと判断しました。彼はニールソン氏から免許をもらい、また、加熱炉の構造を理解している熟練の機械工を連れてイニスドウィンに戻り、すぐに熱風炉の製作に取り掛かり、幅 11 フィート、高さ 45 フィートの「キューポラ炉」として知られる炉に熱風炉を取り付けました。炉は 1837 年 2 月 5 日に吹き込まれ、大成功で、この炉から無煙炭鉄が途切れることなく利益を上げて生産され続けました。

無煙鉄は世界の商業において新しく生まれた商品であり、デイビッド・トーマスはそのゴッドファーザーでした。彼の成功のニュースはイギリス中に広まり、ロンドン鉱山ジャーナル紙はそれを大いに取り上げ、その発見に関する記事は米国の新聞に掲載されました。

1837 年 5 月、フィラデルフィアのソロモン W. ロバーツがイニスドウィンを訪れ、稼働中の溶鉱炉を見て、すぐに叔父でリーハイ炭鉱会社のジョサイア ホワイトに、そこでの熱風の成功を報告しました。このとき、1837 年から 1838 年にかけて、リーハイ炭鉱会社と、ペンシルバニア州マウチ チャンク近郊に素晴らしい鉱山が集中している他の会社は、高炉で無煙炭を使用する実験を行っていましたが、あまり成功しなかったため、同社の主要人物の 1 人で、後にリーハイ クレイン鉄会社の主要人物となったアースキン ハザード氏をウェールズに派遣し、イニスドウィンでの実施状況を調査し、リーハイでの溶鉱炉建設を監督する有能な人物をこの国に雇うことが決定されました。

ハザード氏は 1838 年 11 月に到着し、炉が完全に正常に稼働していることを確認しました。

— サミュエル・トーマス、1899年の演説^[1]

米国では、リーハイ炭鉱会社(LC&N) が1820 年にフィラデルフィアに無煙炭の輸送を開始しました。これは、経営陣が「スクーカル川の滝」にある製鉄所で十分な燃料を入手できなかったためでした。そのため、リーハイ運河を建設し、行き当たりばったりのリーハイ炭鉱会社の工場を引き継ぎました。1827 年に米国で 2 番目に営業中の鉄道を建設した後、1820 年代後半までに順調に稼働する工場を設立し、スクーカル郡の大規模な無煙炭鉱床を製鉄に利用することに大きな関心を抱き、製鉄所と鋳造所が主な事業でした。

1830年、フランクリン研究所は無煙炭鉄を最も多く製造した製造者に金メダルを授与し、ニコラス・ビドルとその仲間は無煙炭を使って一定時間内に一定量の鉄鉱石を製錬した最初の個人に5,000ドルの賞金を授与した。当時の産業大手であったリーハイ炭鉱会社は、製錬法の発展を奨励するため、無料の水力発電と石炭および船舶の割引料金も提供した。^[8]

最初の重要な進歩は1828年から1829年に起こりました^[1]。スコットランド人のジェームズ・ボーモント・ニールソンが、従来の燃料を使った炉の効率を改善するために考案した熱風技術とプロセスの特許を取得しました。[ 9 ^]熱風技術を無煙炭製錬に初めて採用したのは、フレデリック・W・ゲゼンハイナー博士で、1831年にその方法の特許を申請し、1833年に取得しました。1836年に、彼はペンシルベニア州ポッツビル近郊のバレー・ファーネスという自分の土地で実用的な規模で無煙炭鉄の製錬を試みました。一方、同じ年にホワイト・アンド・ハザードのLC&N社はペンシルベニア州ジム・ソープに実験的な高炉を2基建設しました。彼は少量の鉄を生産しましたが、機械の故障のため、2か月以上炉を稼働させることができませんでした。^[10]ジョセフ・リトナー知事を含む著名な訪問者が彼の成功を認める中、彼はバレー・ファーネスの株式を売却し、ニューヨーク市に向かった。^[11]

研究は大西洋を挟んで並行して進められていた。オーナーのジョージ・クレインとイニスセドウィン製鉄所の監督であるデイビッド・トーマスは、熱風を使って無煙炭を精錬するというアイデアを思いついた。トーマスはスコットランドに派遣され、^{ニールソン}の設備を調査し、イニスセドウィンでそれを再現した。クレーンは1836年に無煙炭と熱風を使った鉄の精錬に関する英国特許を申請し、1837年に取得した。特許が封印された頃には、イニスセドウィンは燃料として無煙炭のみを使って約35トンの鉄を生産していた。^[12]

ガイゼンハイナーとクレイン（その成功にLC&Nがすぐ続いた）の両方に触発されて、米国での実験は続いた。バウマン・ギトー社は、1837年後半にペンシルベニア州ジム・ソープ近くの古い炉を使用して無煙炭鉄を生産した。彼らは近くにもう一つ実験用の炉を建設し、1838年の秋から冬にかけて約2か月、そして1839年にもしばらくの間稼働させたが、^{[13] [14]}機械的な欠陥のため、1839年末に炉は放棄された。^[15]その間に、ポッツビルのパイオニア炉は1839年に無煙炭燃料を使って吹き込まれた。^[16]これは、吹き込みのために、ニールソン法とイニスドウィン工場に詳しいウェールズ移民のベンジャミン・ペリーの協力を得て建設された。この炉は無煙炭だけで3か月間稼働し、賞金5,000ドルを獲得する条件を満たした。^{[17] [18]}パイオニア炉の設計では、1839年5月に米国に到着したデイビッド・トーマスもライマンを助けていた。トーマスはLC&Nに雇われ、リーハイ・クレーン鉄会社とカタソークアの最初の炉を設立し、1840年に他の5つの無煙炭炉とともに爆発運転を開始した。これは米国における無煙炭鉄生産の商業的確立を示した。^{[19] [20]}

アレゲニー高原西部でコークスに適した瀝青炭鉱床が発見された結果、燃料としての無煙炭は徐々に置き換えられていった。1875年にはコークス燃焼炉の生産が無煙炭燃焼炉の生産を上回り^[21]、米国最後の無煙炭炉であった旧ロックリッジ鉄会社が1914年にコークスに転換した^[22]。

• フレッド・ブレンクマン (1884)。『ペンシルバニア州カーボン郡の歴史』。ハリスバーグ、ペンシルバニア州: J. ナンゲッサー。

• バーソロミュー、アン・M.; メッツ、ランス・E.; クナイス、マイケル (1989)。デラウェア・アンド・リーハイ運河(初版)。ペンシルベニア州ベスレヘム: オーク印刷会社。pp. 4–5。ISBN 0-930973-09-7LCCN 89-25150 –ペンシルベニア州イーストンのヒュー ・ムーア歴史公園・博物館、運河歴史技術センター経由。
• バーソロミュー、クレイグ L.; メッツ、ランス E. (1988)。バーソロミュー、アン (編)。リーハイバレーの無煙炭産業。運河の歴史と技術センター。ISBN 0-930973-08-9。
• ゴードン、ロバート B. (1996)。アメリカの鉄 1607-1900。ボルチモア: ジョンズ・ホプキンス大学出版局。ISBN 0-8018-6816-5。
• コルソン、ジョージ (1960)。『ブラックロック：ペンシルバニア・ダッチの鉱業伝説』ボルチモア：ジョンズ・ホプキンス・プレス。