キューポラ

キューポラ（cupola furnace）は、コークスの燃焼ねんしょう熱ねつを利用りようして鉄てつを溶とかし鋳物いものの溶湯（ようとう：溶解ようかいされ液体えきたい状じょうになった鉄てつ）を得えるためのシャフト型がた溶解ようかい炉ろに分類ぶんるいされる溶解ようかい炉ろ。訳語やくごは溶銑ようせん炉ろ。文献ぶんけんおよび専門せんもん書しょなどでキュポラと短縮たんしゅくされ表記ひょうきされることもある。

構造こうぞう

キューポラの構造こうぞうは、ボイラー鋼こう鈑などを数すうメートル-数すう十じゅうメートルの長ながさに末広すえひろがりの円筒えんとう形がたに加工かこうした構造こうぞう物ぶつを縦たて型がたに設置せっちし、内側うちがわには耐たい熱ねつ煉瓦れんがや耐火たいかモルタル（パッチングモルタルなどのキューポラ用よう耐火たいか物ぶつ）が貼はられている。

その他たに、円筒えんとう形がたの中なか間あいだまでが末広すえひろがり型がたの形状けいじょうで、その下部かぶを逆ぎゃくに絞しぼった形状けいじょう（高炉こうろに近ちかい形状けいじょう）の「ホワイティング型がたキューポラ」、日本人にっぽんじんの開発かいはつした「坂さか川がわ式しき熱風ねっぷう水冷すいれいキューポラ」もあったが、現在げんざいは数すう機き現存げんそんするのみである。

キューポラ各部かくぶの役割やくわり、名称めいしょうとして、円筒えんとう型がたの上部じょうぶから溶解ようかい材料ざいりょうを「底そこ開びらきバケット」や「スキップ式しきホイスト」などで挿入そうにゅうする「材料ざいりょう投入とうにゅう口こう」、コークスなどの燃焼ねんしょうで発生はっせいしたガス（主おもにCOガス）を吸引きゅういんする「ガスダクト」、挿入そうにゅうされた材料ざいりょうを予熱よねつする「予熱よねつ帯たい」、材料ざいりょうをコークスの燃焼ねんしょう熱ねつで溶解ようかいする「溶解ようかい帯たい」、還元かんげん作用さようが行おこなわれる「還元かんげん帯たい」、溶とけた鉄てつが一時いちじ的てきに炉ろ内ないに溜たまる「湯ゆ溜たまり帯たい」、溶とけた鉄てつが出でてくる穴あな「出湯いでゆ口こう」、炉ろの最さい下部かぶで溶湯が漏もれないように耐火たいか物ぶつで施工しこうしてある「炉ろ床ゆか」、溶解ようかい後ごに炉ろ内ない残滓ざんし物ぶつや耐火たいか物ぶつを排出はいしゅつするための「底そこ扉とびら（もしくはマンホール）」という構成こうせいである。

なお、古来こらいからある日本にっぽん独自どくじの「こしき炉ろ（甑こしき炉ろ）」は燃料ねんりょうに石炭せきたんや木炭もくたんを使用しようしたもので炉ろの原理げんりは同おなじである。

キューポラは、時間じかんあたり溶解ようかい量りょうで大おおきさを表あらわすのが通例つうれいであり、小型こがたの物ものは毎時まいじ1-3トンから大型おおがたのものは毎時まいじ80-120トンのものまで使用しようされている。日本にっぽんでは5-30トンクラスが主流しゅりゅうである。

分類ぶんるい

キューポラ形態けいたいの分類ぶんるいとして、炉ろ内ない全面ぜんめんに耐火たいか物ぶつを施工しこうする「ライニングキューポラ」と湯ゆ溜たまり帯たいと炉ろ床ゆかのみ耐火たいか物ぶつを施工しこうする「ノーライニングキューポラ」がある。

次つぎに、炉ろ内ないに溶湯を常つねに一定いってい量りょう溜ためておく「ウエットボトム方式ほうしき」と、炉ろ内ないには溜ためずに排出はいしゅつし炉ろ体からだ前部ぜんぶに設置せっちされたサイフォンに溜ためる「ドライボトム方式ほうしき」がある。

また、溶湯と一緒いっしょにキューポラのスラグ（溶融ようゆうされたコークス等とうの残滓ざんし物ぶつ）を炉ろ内ないから排出はいしゅつし、キューポラ前部ぜんぶに取とり付つけられたスラグセパレーターにて分離ぶんりする「フロントスラッギング方式ほうしき」と、溶湯とスラグを別々べつべつの穴あなから排出はいしゅつする「リアスラッギング方式ほうしき」という分類ぶんるいとなる。

使用しよう法ほう

溶解ようかい方法ほうほうとしては、溶解ようかい帯たいまで積つみ上あげられたコークス「初はつ込こめコークス」（ベッドコークスとも呼よばれる）に、溶解ようかい帯たい下部かぶに取とり付つけられた「羽はね口こう（はぐち）」といわれる部分ぶぶんから送風そうふう機きで空気くうきを送おくりコークスを燃焼ねんしょうさせ材料ざいりょうを溶解ようかいする。その時ときの燃焼ねんしょう温度おんどは1,600℃にも達たっする。また、空気くうきに純じゅん酸素さんそを数かず%混まぜ溶解ようかい効率こうりつを上あげる方法ほうほうもある。

操業そうぎょう条件じょうけんとして最もっとも重要じゅうようなのは、送風そうふうの加減かげんである。送風そうふうが過剰かじょうになると、固体こたい地金じがねの表面ひょうめんに厚あつい酸化さんか皮膜ひまくができ、材質ざいしつ劣化れっかの原因げんいんになり、また、ベッドコークスの燃焼ねんしょう消耗しょうもうが速はやまり、追おい込こめコークスの追従ついしょう補充ほじゅうが間まに合あわなくなる。逆ぎゃくに送風そうふう過少かしょうの場合ばあいも、コークスの不完全ふかんぜん燃焼ねんしょうによって発熱はつねつ量りょうが不足ふそくすることになる。ゆえに、どちらも結果けっかとして出湯いでゆ温度おんどが低ひくくなりすぎて品質ひんしつが劣化れっかする。適正てきせいな送風そうふう量りょうは、炉ろの断だん面積めんせき1m²あたり100-110m³/秒びょうとされている。また、送風そうふうされる空気くうきの温度おんどと湿度しつども鋳鉄ちゅうてつの品質ひんしつに大おおきな影響えいきょうを与あたえる。

1970年ねん以前いぜんは大気たいきをそのまま炉ろ内ないに送風そうふうした「冷風れいふう操業そうぎょう」が主おもであったが、燃焼ねんしょう効率こうりつが安定あんていせず出湯いでゆ温度おんどが低ひくいことと（酸化さんか溶解ようかいとなる）、大気たいき中ちゅうの水分すいぶん量りょうの増減ぞうげんに起因きいんする品質ひんしつ不良ふりょう（ガス欠陥けっかん、ザク巣す欠陥けっかんなど）が大おおきな問題もんだいとなっていた。これを改善かいぜんするため排はいガス中ちゅうのCOガスをキューポラに併設へいせつされた燃焼ねんしょう室しつで700-1,000℃に燃焼ねんしょうさせ、その高温こうおんのガス熱量ねつりょうを利用りようし炉ろ内ないへ送風そうふうする大気たいきを熱ねつ交換こうかん機きで300-700℃まで加熱かねつし送風そうふうする「熱風ねっぷう操業そうぎょう」が行おこなわれ、この方法ほうほうが現在げんざい主流しゅりゅうとなっている。

熱風ねっぷう操業そうぎょうは品質ひんしつを改善かいぜんするばかりでなく、燃焼ねんしょう効率こうりつ改善かいぜんによるコークス使用しよう量りょうの低減ていげんにもつながる。

特徴とくちょう

キューポラのメリットとして、大量たいりょうの溶湯を連続れんぞく溶解ようかいできる、コークスで溶解ようかいするので溶解ようかいコストが電炉でんろに比くらべて低ひくい、亜鉛あえんなど不純物ふじゅんぶつを精錬せいれんする作用さようがあるので、電炉でんろで使用しようできない材料ざいりょうを使用しようすることができる、炭素たんそ分ぶんがコークスから補給ほきゅう（吸炭）されるので、電炉でんろのように溶解ようかいによる損失そんしつを追加ついかする必要ひつようが無ない、という点てんがあげられる。

デメリットとして、目的もくてきの成分せいぶんを得えるための操みさお炉ろ方法ほうほうが非常ひじょうに難むずかしく熟練じゅくれんを要ようする、熱ねつ交換こうかん器きや集塵機しゅうじんきなど設備せつびが大型おおがたで投資とうし費用ひようが大おおきい（甑こしき炉ろは単純たんじゅんな構造こうぞうのため安価あんかである）、粉塵ふんじんやCO₂ガスの発生はっせい量りょうが多おおく環境かんきょうに大おおきな影響えいきょうを与あたえてしまう、コークス由来ゆらいの硫化りゅうか物ぶつが発生はっせいする、上記じょうきのメリットである吸炭が過剰かじょうとなって品質ひんしつ低下ていかが起おこりうる、ということがある。

また、コークスの60%以上いじょうは中国ちゅうごくからの輸入ゆにゅうに頼たよっているので、中国ちゅうごく国内こくないの需給じゅきゅう動向どうこうによって価格かかくの変動へんどうが激はげしくなっており、将来しょうらい的てきにコークスの確保かくほが懸念けねんされるという点てんがあげられる。

現在げんざいでは、地球ちきゅう温暖おんだん化かや温室おんしつ効果こうかガスの排出はいしゅつなどの環境かんきょう問題もんだい、特とくにCO₂発生はっせい量りょうの多おおさを問題もんだい視しされるため、中ちゅう周波しゅうは誘導ゆうどう炉ろ（電気でんき炉ろ）に取とって代かわられつつあり、昭和しょうわ50年代ねんだいごろまでは300社しゃ以上いじょうに設置せっちされていたとされるキューポラも、現在げんざいでは不ふ況きょうなどの影響えいきょうもあるが数すう十じゅう社しゃのみである。しかしながら、溶湯を大量たいりょうに必要ひつようとする自動車じどうしゃ部品ぶひん、建設けんせつ機械きかい、船舶せんぱく部品ぶひんの鋳物いもの工場こうじょうでは現在げんざいでも主流しゅりゅうであり、CO₂発生はっせい量りょう対策たいさくとして排出はいしゅつされた熱量ねつりょうを回収かいしゅうし有効ゆうこう利用りようする施策しさくを進すすめている鋳物いもの会社かいしゃも多おおい。

各地かくちのキューポラ

埼玉さいたま県けん川口かわぐち市しのキューポラ

『キューポラのある街まち』（1962年ねん）

キューポラの、屋根やねから突つき出でたその姿すがたは鋳物いもの工場こうじょうのシンボル的てきな存在そんざいで、鋳物いもの産業さんぎょうが盛さかんだった1980年代ねんだいごろまでの埼玉さいたま県けん川口かわぐち市しにはキューポラが多おおく見みられ、小説しょうせつ『キューポラのある街まち』の舞台ぶたいとなっている。同どう作品さくひんは1962年ねんに吉永よしなが小百合さゆり主演しゅえんで映画えいが化かされた。

実際じっさいに屋外おくがいに見みえているのはキューポラに付属ふぞくする排煙はいえん筒とうである。キューポラ本体ほんたいが屋根やねから突つき出だしていると炎ほのおや燃焼ねんしょうした細こまかいコークスが飛とび散ちり、周辺しゅうへんの延焼えんしょうの原因げんいんになる。キューポラ以前いぜんの甑こしき全盛ぜんせいの時代じだいでは、工場こうじょう群ぐんの屋根やねからコークスの炎ほのおが立たち上のぼる風景ふうけいが川口かわぐちのあちこちで見受みうけられた。これにちなんでか、川口かわぐちオートレース場じょうでは例年れいねん「GI日刊にっかんスポーツキューポラ杯はい争奪そうだつ戦せん」が行おこなわれている。ただし、1970年代ねんだいから1990年代ねんだいごろの川口かわぐちにおいては、かつて鋳物いもの工場こうじょうであった場所ばしょは次々つぎつぎとマンションへと変貌へんぼうしていき、21世紀せいきの川口かわぐちにおいて鋳物いもの工場こうじょうはごくわずかしか残存ざんそんしていない。

しかし、川口かわぐち市しは川口かわぐち駅えき東口ひがしぐちに川口かわぐち市立しりつ中央ちゅうおう図書館としょかんやメディアセブンなどの公共こうきょう施設しせつ、ならびにマルエツや無印むじるし良品りょうひんなどの民間みんかん商店しょうてんが入居にゅうきょしているキュポ・ラという建物たてものを建築けんちくする事ことにより、過去かこのキューポラをしのんでいる。また、キューポラをモチーフとしたマスコットキャラクター、きゅぽらんが存在そんざいする。

川口かわぐちオートレース場じょうのイメージ曲きょく『ぶっちぎりの青春せいしゅん』・『ぶっちぎりの青春せいしゅん☆now』（歌うた：ささきいさお）でも歌うたわれている。

富山とやま県けん高岡たかおか市しのキューポラ

詳細しょうさいは金屋かなや町まちの項こう「旧きゅう南部なんぶ鋳造ちゅうぞう所しょのキューポラと煙突えんとつ」を参照さんしょう

高岡たかおか銅器どうきで有名ゆうめいな富山とやま県けん高岡たかおか市しの鋳物いもの製造せいぞう発祥はっしょうの地ち金屋かなや町まちの一角いっかくには、旧きゅう南部なんぶ鋳造ちゅうぞう所しょのキューポラと角形かくがた煙突えんとつが残のこされている（現在げんざいはパチンコ店てん駐車ちゅうしゃ場じょう内ない）。明治めいじ期きに入はいり金屋かなや町まちではいくつかの近代きんだい的てきな西洋せいよう式しき溶鉱炉ようこうろキューポラが建造けんぞうされた。その後ごほとんどのキューポラは役目やくめを終おえ取とり壊こわされていったが、旧きゅう南部なんぶ鋳造ちゅうぞう所しょのキューポラは1924年ねん（大正たいしょう13年ねん）に建造けんぞうされ、2000年ねん（平成へいせい12年ねん）2月がつまで使用しようされた唯一ゆいいつ現存げんそんするもので、2001年ねん（平成へいせい13年ねん）10月がつ12日にちには国くにの登録とうろく有形ゆうけい文化財ぶんかざいに登録とうろくされている。

外部がいぶリンク

• 鋳物いものの技術ぎじゅつ－キュポラ熔解－ - 科学かがく映像えいぞう館かん
• いこまいけ高岡たかおか 金屋かなや町まち
• 『キュポラ』 - コトバンク