熱風

グラスゴーガス工場の元現場監督、ジェームズ・ボーモント・ニールソンは、炉の送風を予熱するシステムを発明した。彼は、流入空気の温度を149 ℃（300 °F）まで上げることで、生産鉄1トンあたり石炭8.06ロングトン（8.19t ）から5.16ロングトン（5.24t ）に燃料消費量を削減できることを発見し、さらに高温にすればさらに削減できることも分かった。^{[ 4 ]}彼は、チャールズ・マッキントッシュ を含むパートナーとともに、1828年にこの技術の特許を取得した。 ^{[ 5 ]} 当初、加熱容器は錬鉄板で作られていたが、これが酸化したため、鋳鉄製の容器に交換した。^{[ 4 ]}    

1828年1月の特許に基づき、トーマス・ボットフィールドは熱風送風法の発明者として歴史的に主張されている。ニールソンは特許訴訟に勝訴したため、熱風送風の発明者として認められている。^{[ 1 ]}ニールソンと彼のパートナーは、特許侵害者に対して特許権を行使するために大規模な訴訟を行った。^{[ 5 ]}この技術のイギリス全土への普及は比較的遅かった。1840年までに、58人の製鉄業者がライセンスを取得し、年間3万ポンドのロイヤリティ収入を得ていた。特許が失効する頃には、ライセンス数は80になっていた。1843年、特許失効直後には、スタッフォードシャー南部の80の炉のうち42が熱風送風を使用しており、南ウェールズでの普及はさらに遅かった。^{[ 6 ]}

熱風のその他の利点としては、コークスの代わりに生の石炭を使用できることが挙げられます。スコットランドでは、比較的質の低い「ブラックバンド」鉄鉱石を採算が取れるように製錬することができました。^{[ 5 ]} また、炉の1日あたりの生産量も増加しました。カルダー製鉄所の場合、1828年の1日あたり5.6ロングトン（5.7トン）から1833年には8.2ロングトン（8.3トン）に増加し、1830年代にはスコットランドが英国で最も低コストで鉄鋼を生産する地域となりました。^{[ 7 ]}  

初期の熱風炉は、熱膨張と収縮によってパイプが破損する可能性があるため、問題が多かった。これは、パイプをローラーで支えることである程度改善された。また、革が使用できなくなったため、送風管を羽口に接続する新しい方法を考案する必要があった。 ^{[ 8 ]}

最終的にこの原理は、カウパーストーブ（排ガスからの廃熱で流入する送風空気を予熱するもので、現代の高炉で使用されている）などの再生式熱交換器や、シーメンス・マルティン法による平炉（製鋼用）でさらに効率的に応用された。^{[ 9 ]}

ウェールズのイニスケドウィン工場のジョージ・クレーンとデイビッド・トーマスはそれぞれ独立して同じアイデアを思いつき、クレーンは1836年にイギリスで特許を申請した。彼らは1837年2月5日に新しい製鉄法で鉄の生産を開始した。クレーンはその後ゲッセンハイナーの特許を買い取り、その特許に改良を加え、イギリスとアメリカの両方でこの製鉄法の使用を支配した。クレーンはウェールズに留まったが、トーマスはリーハイ石炭航海会社のためにアメリカに移住し、この製鉄法を利用するためにリーハイ・クレーン鉄鋼会社を設立した。^{[ 10 ]}

熱風により、製鉄に無煙炭を使用できるようになりました。また、燃料が少なくなれば硫黄と灰分も比例して少なくなるため、低品質の石炭を使用することも可能になりました。 ^{[ 11 ]}

この製鉄法が発明された当時、良質なコークス用石炭はイギリスと西ドイツでしか十分な量が入手できなかったため^{[ 12 ]} 、米国の製鉄所では木炭が使われていた。そのため、製鉄所は木炭生産のために広大な森林地帯を必要とし、近くの森林が伐採されると一般的に送風を停止せざるを得なかった。無煙炭を燃料として使う試みは、冷風条件下では着火しにくいため失敗に終わった。1831年、フレデリック・W・ゲッセンハイナー博士は、熱風と無煙炭を用いた製鉄法の米国特許を申請した。彼は1836年にペンシルベニア州ポッツビル近郊のバレー炉でこの方法で少量の無煙鉄を生産したが、故障や1838年の病気と死により、この製鉄法を大規模生産に発展させることはできなかった。^{[ 10 ]}

南北戦争後、米国では無煙炭はコークスに取って代わられた。コークスはより多孔質で、19世紀後半のはるかに大型の炉におけるより重い負荷を支えることができた。^{[ 2 ]： 90 [ 13 ]： 139}