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やして鋼を生産する工業用炉の一種である。^[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、平炉型炉は、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つであった。平炉が取って代わったベッセマー法と比較して、その主な利点は、鋼を^過剰な窒素にさらさないこと（鋼が脆くなる^{原因となる）、制御が容易であること、大量の}スクラップ鉄と鋼を溶解および精錬できることであった。^[2]

平炉は、ドイツ生まれの技術者カール・ヴィルヘルム・シーメンスによって初めて開発されました。1865年、フランスの技術者ピエール・エミール・マルタンがシーメンスからライセンスを取得し、初めて彼の蓄熱炉を製鋼に応用しました。彼らの方法はシーメンス・マルタン法またはマルタン・シーメンス法と呼ばれ、炉は「平炉」と呼ばれていました。ほとんどの平炉は、動作が遅いなどの理由から、1990年代初頭までに閉鎖され、重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、現在のタンザニアに居住するハヤ族の文化に約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の鍛冶場に見られますが、この用語は19世紀以降の特定の製鋼プロセスに限定するのが一般的であり、そのため、塊鉄炉（カタルーニャの鍛冶場を含む）、精錬炉、およびパドル炉はその適用範囲から除外されます。

平炉法は バッチ法であり、バッチは「ヒート」と呼ばれます。炉は最初に損傷の可能性がないか検査されます。準備または修理が完了すると、金属板、細断された車両、または廃金属などの軽いスクラップが炉に装填されます。炉は燃焼ガスを使用して加熱されます。装填物が溶けると、高炉からの銑鉄とともに、建築、建設、または製鉄​​スクラップなどの重いスクラップが追加されます。鋼鉄がすべて溶けると、石灰石などのスラグ形成剤が追加されます。溶融銑鉄と接触する大気中の酸素は、含まれている過剰な炭素を直接酸化して一酸化炭素(CO) を形成します。さらに、鉄(II) 酸化物(FeO)に含まれる Fe(II)やその他の不純物も、炭素を CO に酸化し、同時に Fe(II) を金属 Fe に還元することで、銑鉄の脱炭化に寄与します。生成された一酸化炭素 (CO) は、鋼鉄が形成される間に煙とともに排出されます。 「熱」の酸化力を高めるために、より多くの酸化鉄鉱石を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とサンプル採取が容易です。加熱の準備には通常8時間から8時間半かかり、鋼鉄への変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やす必要はありませんが、必要な炭素含有量が達成された時点でプロセスを終了できます。^[4]

炉の出鋼方法は高炉の出鋼方法と同じである。炉床の側面に穴をあけ、鋼鉄の原石を流し出す。鋼鉄の出鋼がすべて終わったら、スラグをすくい取る。鋼鉄の原石は鋳塊に鋳造される（鋳込み鋳造）か、圧延工場で連続鋳造に使用される。^[4]

再生炉は炉の特徴的な部分で、耐火レンガの煙道で構成され、煙道にはレンガが端に並べられ、そ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廃ガスから熱のほとんどを吸収し、後で燃焼のために入ってくる冷たいガスに戻します。

カール・ヴィルヘルム・シーメンスは1850年代にシーメンス蓄熱炉を開発し、1857年には70～80%の燃料を節約できるほどの熱を回収していると主張した。この炉は、燃焼のために燃料と空気を蓄熱予熱することで高温で稼働する。蓄熱予熱では、炉からの排気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わる。次に炉の流れが逆転し、燃料と空気がチャンバーを通過してレンガで加熱される。この方法により、平炉は鋼を溶かすのに十分な高温に達することができるが、シーメンスは当初それをその用途には使用していなかった。^[5]

1865年、フランスの技術者ピエール＝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、初めて蓄熱炉を製鉄に応用しました。シーメンスの蓄熱炉の最も魅力的な特徴は、例えば高層ビルの建設に使用される大量の基本的な鋼を迅速に生産できることです。^[5] 通常の炉のサイズは50〜100トンですが、特別なプロセスでは250トンまたは500トンの容量を持つ場合があります。

• 
  1895 年製のシーメンス炉。
• 
  30 トンのシーメンス・マーチン炉、断面図、1917 年。
• 平炉サイズの進化。

シーメンス・マーティン法はベッセマー法に取って代わるものではなく、ベッセマー法を補完するものである。この法は速度が遅いため制御が容易で、より優れた製品を生産することができる。また、大量のスクラップ鋼の溶解と精錬も可能で、鋼鉄生産コストをさらに下げ、厄介な廃棄物をリサイクルすることができる。この法の重要な欠点の 1 つは、溶解と精錬に数時間かかることである。これは 20 世紀初頭には利点であった。植物化学者が鋼鉄を分析し、さらにどのくらい精錬を続けるかを決定する時間が得られたからである。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鉄の分析がはるかに容易かつ迅速になった。平炉の周囲の作業環境は非常に危険であると言われているが、それは酸素炉や電気アーク炉の周囲の環境においてはさらに当てはまるかもしれない。^[5]

一方で、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くなりましたが、他方では、天然資源の制限により大量の鋼鉄を生産できない国々にとってはより適していました。^[6]

最終的に、酸素製鋼法が平炉に取って代わりました。1950 年代までに西ヨーロッパで、1980 年代までに東ヨーロッパで、酸素製鋼法は急速にベッセマー法とシーメンス・マーティン法の両方に取って代わりました。平炉製鋼法は 1900 年までに英国でベッセマー法に取って代わりましたが、ヨーロッパの他の地域、特にドイツでは、1960 年代後半に酸素製鋼法に取って代わられるまで、ベッセマー法とトーマス法が使用されていました。旧東ドイツでは最後の平炉が1993年に停止された。米国ではベッセマー法による鉄鋼生産は1968年に終了し、平炉は1992年までに停止していた。ルーマニアのフネドアラ製鉄所では、最後の420トン容量の平炉が1999年6月12日に閉鎖され、2001年から2003年の間に解体・廃棄されたが、炉の8本の煙突は2011年2月まで残っていた。中国では最後の平炉工場が2001年に閉鎖された。ツインハース炉の形のこの方法は、インドの鉄鋼公社ビライ製鉄所とウクライナの一部で使用されていた。ロシアは2018年3月に最後の平炉を廃止し、博物館の展示品として保存することを検討していた。インドのSAILは、労働集約的なプロセスを実行するための人員が不足したため、COVID19の出現により2020年4月にそれを停止した。^[7]

2024年現在、平炉を使用して鉄鋼を生産している世界最大の製鉄所は、ウクライナ中部のザポリージャスタル製鉄所で、500トンの生産能力を持つ平炉7基と高炉4基を備えている。燃料油が大量に安価に入手できることと、侵略が続いていることが、プロセスの遅さと新しい炉技術へのアップグレードにかかる法外なコストにもかかわらず、収益性に大きく貢献している。^{[8] [9]}

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

• バラクロフ、K.（1990）、鉄鋼製造1850-1900、金属学会、ロンドン、pp.137-203
• ゲイル、WKV（1969）、鉄と鋼、ロングマンズ、ロンドン、pp. 74-77
• Siemens, CW (1862 年 6 月)。「温室、パドリング、暖房などに適用される蓄熱ガス炉について」。機械技術者協会の議事録。13 。機械技術者協会: 21–26。doi :10.1243/PIME_PROC_1862_013_007_02。

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• 高炉の前身
• 「溶鉄の鋼炉への投与」、Popular Science 、1919 年 2 月、64 ページ、 Google ブックスでスキャン。