平炉

平炉または平炉は、銑鉄から余分な炭素やその他の不純物を燃焼させて鋼を製造する、いくつかの種類の工業用炉のいずれかです。^{[ 1 ]}鋼は融点が高いため製造が難しく、通常の燃料と炉では鋼の大量生産には不十分であり、平炉は、この困難を克服するために19世紀に開発されたいくつかの技術の1つでした。平炉が取って代わったベッセマー法と比較すると、主な利点は、過剰な窒素への曝露による鋼の脆化がなく、制御が容易であり、大量の鉄くずや鋼くずの溶解と精製が可能であったことです。^{[ 2 ]}

平炉は、ドイツ/イギリスのエンジニア、カール・ヴィルヘルム・ジーメンスによって最初に開発されました。1865年、フランスのエンジニア、ピエール＝エミール・マルタンはジーメンスからライセンスを取得し、彼の再生炉を初めて製鋼に適用しました。彼らのプロセスはジーメンス・マルタン法またはマルタン・ジーメンス法として知られ、炉は「平炉」と呼ばれていました。平炉のほとんどは、その動作の遅さなどが原因で、1990年代初頭までに閉鎖され、塩基性酸素炉または電気アーク炉に置き換えられました。^{[ 2 ]}

平炉製鋼の最古の例は、現在のタンザニアのハヤ族の文化において約2000年前に見られ、^{[ 3 ]}ヨーロッパでは8世紀にスペインで発明されたカタルーニャ式鍛冶炉に見られるが、この用語は19世紀以降の特定の製鋼プロセスに限定されるのが一般的であり、そのためブルームリー（カタルーニャ式鍛冶炉を含む）、精錬炉、パドル炉は適用対象から除外される。

平炉製鋼法はバッチ式製鋼法であり、バッチは「加熱」と呼ばれます。まず、炉に損傷がないか検査します。炉が準備完了または修理されたら、板金、シュレッダー処理された車両、廃金属などの軽量スクラップを投入します。炉は燃焼ガスで加熱されます。投入物が溶けたら、建築、建設、製鉄所のスクラップなどの重量スクラップと、高炉からの銑鉄が投入されます。すべての鋼が溶けたら、石灰石などのスラグ形成剤が投入されます。溶融した銑鉄と接触した大気中の酸素は、銑鉄に含まれる過剰な炭素を直接酸化して一酸化炭素（CO）を生成します。さらに、酸化鉄（FeO）やその他の不純物に含まれるFe（II）も、炭素をCOに酸化し、同時にFe（II）を金属鉄に還元することで、銑鉄の脱炭に寄与します。生成された一酸化炭素（CO）は、鋼が形成される過程で排煙として排出されます。 「熱」の酸化力を高めるには、酸化鉄鉱石をさらに加えることができる。^{[ 4 ]}

このプロセスはベッセマー転炉よりもはるかに遅いため、品質評価のための制御やサンプリングが容易です。通常、加熱準備には8時間から8時間半かかり、鋼への転換を完了するにはさらに時間がかかります。プロセスが遅いため、ベッセマープロセスのようにすべての炭素を燃焼させる必要はなく、所望の炭素含有量に達した時点でいつでもプロセスを終了できます。^{[ 4 ]}

炉の出鋼は高炉と同じ方法で行われます。炉床の側面に穴を開け、そこから生鋼が流れ出します。すべての鋼が出鋼されたら、スラグをすくい取ります。生鋼は、鋳造してインゴットにする場合（鋳造と呼ばれる工程）、または圧延工場で連続鋳造に使用される場合があります。^{[ 4 ]}

再生器は炉の特徴的な部分であり、耐火レンガの煙道で構成され、レンガは立てて並べられ、レンガの間に多数の小さな通路ができるように配置されています。^{[ 4 ]} レンガは排出される排ガスから熱の大部分を吸収し、後で燃焼のために流入する冷ガスにその熱を戻します。

カール・ヴィルヘルム・ジーメンスは1850年代にジーメンス再生炉を開発し、1857年には燃料の70～80%を節約できるほどの熱を回収できると主張した。この炉は、燃焼用の燃料と空気の再生予熱を利用して高温で稼働する。再生予熱では、炉からの排ガスがレンガの入ったチャンバーに送り込まれ、そこでガスからレンガに熱が伝達される。その後、炉の流れが逆転し、燃料と空気がチャンバーを通過してレンガによって加熱される。この方法により、平炉は鋼鉄を溶かすのに十分な高温に達することができるが、ジーメンスは当初それを鋼鉄の溶解には使用しなかった。^{[ 5 ]}

1865年、フランスのエンジニア、ピエール＝エミール・マルタンはシーメンスからライセンスを取得し、初めて再生炉を製鋼に応用した。シーメンス再生炉の最も魅力的な特徴は、高層ビルの建設などに使用される大量の基本鋼を迅速に生産できることである。^{[ 5 ]} 炉の通常のサイズは50～100トンだが、特殊なプロセスでは250トンまたは500トンの容量を持つものもある。

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  1895年製のシーメンス製炉。
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  30トン級シーメンス・マーティン製炉、断面図、1917年。
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  平炉の規模の変遷。

シーメンス・マーティン法はベッセマー法を置き換えるのではなく補完するものでした。処理速度が遅いため制御しやすく、より良質な製品の生産が可能でした。また、大量の鉄くずの溶解と精製も可能で、鉄鋼生産コストをさらに削減し、厄介な廃棄物をリサイクルすることができました。重要な欠点の1つは、原料の溶解と精製に数時間かかることです。これは20世紀初頭には利点であり、工場の化学者が鋼を分析し、さらに精製する時間を決定する時間を与えてくれました。しかし、1975年頃までには、原子吸光分光光度計などの電子機器によって鋼の分析がはるかに簡単かつ迅速になりました。平炉周辺の作業環境は非常に危険だと言われていますが、塩基性酸素炉や電気アーク炉周辺の環境ではさらに危険かもしれません。^{[ 5 ]}

一方、この製法はベッセマー製法よりも規模の経済性が低いため、全盛期には鋼鉄のコストが高かったが、他方、天然資源の制約によりそもそも大量の鋼鉄を生産できない国々にはより適していた。^{[ 6 ]}

ロシアの技術者は20世紀半ばにツインハース炉を発明しました。この炉はレンガの壁で隔てられた2つの溶融プールを持ち、再生室はありません。代わりに、炉の天井には直接バーナーと酸素ランスがあります。このアイデアは、2つの熱を同時に、ただし異なる段階で処理することです。たとえば、一方が装入されている間、もう一方は脱炭されます。このアイデアは、自由炎形成の代わりに酸素吹き込みで余分な炭素と不純物を燃焼させることです。発生するすべての反応は発熱反応であるため、バーナーは補助的な役割しか果たしません。^{[ 7 ]}これは、自由炎形成と再生室の代わりに酸素吹き込みを使用するAJAX炉と似ています。

• ベッセマー法
• セメント化（冶金学）
• るつぼ鋼 § るつぼ鋼の製造方法
• AJAX炉、酸素ベースの平炉法

• Barraclough, K. (1990), Steelmaking 1850–1900 , Institute of Metals, London, pp . 137–203 
• ゲイル、WKV（1969）、『鉄と鋼』 、ロングマンズ、ロンドン、 74～ 77ページ 
• Siemens, CW (1862年6月)「温室、パドル製造、加熱等に適用される再生式ガス炉について」機械学会論文集13巻21-26頁。doi : 10.1243/PIME_PROC_1862_013_007_02。

• 高炉の前身
• 「製鉄炉への溶銑の投与」、『ポピュラーサイエンス』 、1919年2月号、64ページ、Googleブックスによるスキャン。