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冶金炉は、文脈が分かっている場合は単に炉と呼ばれることが多く、金属を加熱、溶解、またはその他の方法で処理するために使用される工業用炉です。炉は冶金の歴史を通じて中心的な装置であり、熱による金属の処理は、乾式冶金として知られる独自の工学専門分野です。
特に鉄鋼生産における重要な炉の用途の1つは製錬であり、金属鉱石を高熱で還元して金属分を鉱物脈石から分離します。炉に供給する熱エネルギーは、燃料の燃焼または電気によって直接供給されます。さまざまなプロセスと特定の金属や鉱石の独自の特性により、さまざまな炉の種類が生まれています。[1]
空気高炉
製錬用の炉の設計の多くは、鉱石、燃料、フラックスなどの他の試薬を1つのチャンバーにまとめます。次に、ベローズや電動ファンなどの機構によって、加圧された空気の噴流がチャンバー内に送り込まれます。この噴流によって燃料が高温で燃焼し、化学反応が促進されます。
このタイプの炉には以下のものがあります。
- 高炉は、鉄鉱石から銑鉄を生産するために使用されます。これらは次のように分類できます。
- 鉱石から海綿鉄を生産する高炉の前身である鋳塊炉
- 錫を精錬するための伝統的な炉である吹炉
- 鉛を精錬するための伝統的な炉である精錬所
吹き込む
産業革命以前の小規模な鉄鉱石工場でも、かなりの熱容量がありました。冷たい炉を鉄の精錬に必要な温度まで上げるには、現代の技術にかかわらず、かなりの量のエネルギーが必要です。このため、冶金学者は高炉を継続的に稼働させ続けるために最善を尽くし、炉の停止は不幸な出来事と見なされます。
逆に、新しい炉や一時的に停止していた炉の始動は、特別な機会となることが多い。伝統的な鉱石炉では、炉に鉱石を投入できる状態になるまでに、燃料を数回燃やす必要があった。英語では、このプロセスは「炉に吹き込む」ことと呼ばれ、一方、停止して冷えた炉は「吹き消す」ことと呼ばれ、この用語は現代の高炉にも今でも使われている。[2]
反射炉
反射炉では、金属または鉱石が試薬と混合される反応室が排気ガス流にさらされます。ただし、燃料は反応室に直接追加されず、燃焼は別の室で行われます。このタイプの炉には次のものがあります。
- 平炉は、19世紀から20世紀にかけて銑鉄を鋼鉄に精錬する製鉄方法であった。
- パドリング炉は、18～19世紀に銑鉄を錬鉄に精錬する方法である。
精製コンバータ
冶金学では、金属、特に鉄を鋼にさらに精製するために使用される炉は、転炉とも呼ばれます。
電気炉
他の産業が電化の傾向にあるのと同様に、冶金業界では電気炉が普及しています。ただし、理論的にはどの炉でも電気加熱要素を使用できますが、プロセスの詳細により、このアプローチは主に電力需要の低い炉に限定されます。
代わりに、電気冶金炉は金属のバッチに直接電流を流すことが多い。これは、（まだ比較的純粋な）スクラップ金属のリサイクルや、鋳物工場での鋳造用のインゴットの再溶解に特に有用である。燃料や排気ガスがないため、これらの設計はあらゆる種類の金属を加熱するのに多用途である。[a]このような設計には以下のものがある。
- 電気アーク炉（EAF）は、電気アーク上の電極を介して金属に電流を流す。
- フロディン炉は初期の電気炉で、炭素を直接添加して鉱石から鉄を精錬するために特別に設計された。
- 電気誘導炉は渦電流によって金属を加熱するため、脈石や腐食のない金属がほとんど必要となる。
その他の炉
その他の冶金炉には、特別な設計上の特徴や用途があります。 1 つの機能は、熱処理または熱間加工を実行するために、材料を溶融する前に加熱することです。 この目的で使用される基本的な炉には、次のものがあります。
- 鍛冶場は、金属を鍛造する際に金属を加熱するための伝統的な金属職人の炉である。
- ソーキングピットは、通常は地中に設置された大きな加熱室で、鋼板を圧延する前に再加熱する場所です。
別の種類の炉は、材料を周囲の大気や汚染物質から隔離し、高度な熱処理やその他の技術を可能にします。
- マッフル炉は材料を囲み、汚染物質を遮断し、排気をそのエリアから遠ざけます。
- オートクレーブは補強され、気密に密閉されており、材料を熱と高圧にさらすことができる。
- 真空炉はオートクレーブに似ていますが、材料を真空にさらす代わりに