高炉こうろ

スペイン、セスタオ (Sestao) の高炉こうろ

高炉こうろ（こうろ、blast furnace）は製鉄せいてつ所しょの主要しゅような設備せつびで、鉄鉱てっこう石せきを熱処理ねつしょりして、鉄てつを取とり出だすための炉ろ。鉄てつ溶鉱炉ようこうろ（てつようこうろ）と呼よばれることもある（「溶」は「熔」の常用漢字じょうようかんじによる書かき換かえ）。大型おおがたのものでは高たかさ 100 メートルを超こえ、製鉄せいてつ所しょのシンボル的てき存在そんざいとなっている。

鉱石こうせきから銑鉄せんてつを取とりだす高炉こうろ、その銑鉄せんてつを鋼鉄こうてつに処理しょりする転てん炉ろ、生産せいさんされた鉄てつを圧延あつえんや連続れんぞく鋳造ちゅうぞうで製品せいひん加工かこうする設備せつびを持もつ、銑ずく鋼こう一貫いっかん製鉄せいてつ所しょのみが高炉こうろを所有しょゆうしている。このような大だい規模きぼ施設しせつを持もつ鉄鋼てっこう会社かいしゃは高炉こうろメーカーと呼よばれている。

高炉こうろによる銑鉄せんてつ生産せいさん

1.焼しょう結ゆい鉱こう、石灰石せっかいせき 2.コークス 3.ベルトコンベヤ 4.投入とうにゅう口こう 5.焼しょう結ゆい鉱こう、塊かたまり鉱石こうせき、石灰石せっかいせき 6.コークス 7.熱風ねっぷう管かん 8.スラグ 9.溶銑ようせん 10.スラグ車しゃ 11.トーピードカー 12.ガス分離ぶんり器き 13.熱風ねっぷう炉ろ 14.煙突えんとつ 15.冷風れいふう 16.微粉びふん炭ずみ 17.粉砕ふんさい機き 18.分配ぶんぱい器き

高炉こうろの頂いただき部ぶから鉄鉱てっこう石せきによる金属きんぞく原料げんりょうとコークスなどの燃料ねんりょうを兼かねる還元かんげん材ざい、不純物ふじゅんぶつ除去じょきょの目的もくてきで石灰石せっかいせきを入いれ、下部かぶ側面そくめんから加熱かねつされた空気くうきを吹ふき入いれてコークスを燃焼ねんしょうさせる。頂いただき部ぶから投入とうにゅうされる原料げんりょう等とうはあらかじめ簡単かんたんに焼やかれて固かた塊状かいじょうに加工かこうされており、炉ろ内ないでの高温こうおんガスの上方かみがたへの流りゅう路ろと原料げんりょう等とうの流動りゅうどう性せいが確保かくほされている。高炉こうろ内部ないぶではコークスの炭素たんそが鉄てつから酸素さんそを奪うばって熱ねつと一酸化いっさんか炭素たんそ、二酸化炭素にさんかたんそを生しょうじる。この反応はんのうが熱源ねつげんとなり鉄鉱てっこう石せきを溶とかし、炉ろの上部じょうぶから下部かぶに沈降ちんこうしてゆく過程かていで必要ひつような反応はんのうが連続れんぞく的てきに行おこなわれ下部かぶに到達とうたつする頃ころには燃焼ねんしょう温度おんどは最高さいこうとなり、炉ろの底部ていぶで高温こうおん液体えきたい状じょうの銑鉄せんてつが得えられる。不純物ふじゅんぶつを多おおく含ふくむ高温こうおん液体えきたい状じょうのスラグは銑鉄せんてつの上うえに層そうを成なしてたまる。銑鉄せんてつとスラグは底部ていぶ側面そくめんから適時てきじ、自然しぜん流動りゅうどうによって取とり出だされる。

高炉こうろ頂いただき部ぶからは一酸化いっさんか炭素たんそ、二酸化炭素にさんかたんそ等とうを多おおく含ふくむ高温こうおんの高炉こうろガスがパイプによって取とり出だされ、粉塵ふんじん等とうがサイクロンで除去じょきょされた後のち、随時ずいじ切きり替かえられる複数ふくすう組ぐみの熱風ねっぷう炉ろの1つへと送おくられる。高温こうおんガスは熱風ねっぷう炉ろ内ないのレンガ等とうを加熱かねつした後のち、煙突えんとつより排気はいきされる。十分じゅうぶんに加熱かねつされた熱風ねっぷう炉ろの1つが排気はいき経路けいろとは別べつに切きり替かえられて、外気がいきより取とり込こまれた冷風れいふうが熱風ねっぷう炉ろにより加熱かねつされる。熱あつくなった空気くうきは炉ろ下部かぶの側面そくめんより粉砕ふんさいされた微ほろ粉末ふんまつ炭ずみと共ともに圧入あつにゅうされ、炉ろ内ないを上昇じょうしょうする内うちに酸素さんそが燃焼ねんしょうに寄与きよする。これらの流ながれにより一連いちれんのガスサイクルを形成けいせいする。

高炉こうろにはコークス炉ろや鉄鉱てっこう石せき焼しょう結ゆい炉ろが常つねに併設へいせつされ、投入とうにゅう原料げんりょうの事前じぜん加工かこうが行おこなわれている。一度いちど、火ひが入いれられた高炉こうろは常つねに稼動かどうされて、数すう年ねんに一いち度どの程度ていどの炉ろ内壁ないへきの修理しゅうり等とうの時とき以外いがいに停止ていしされることはない。

高炉こうろで作つくられた銑鉄せんてつは保温ほおん効率こうりつと移送いそうの利便りべん性せいを兼かね備そなえた「トーピードカー」（混こん銑ずく車しゃ）と呼よばれる細長ほそながいタンク車両しゃりょうに流ながしこまれて、次つぎの工程こうていへと送おくられる。送おくられた銑鉄せんてつは溶銑ようせん予備よび処理しょりを施ほどこした後のち、転てん炉ろへ入いれられ、鋼鉄こうてつへと変換へんかんされる。

主おもな反応はんのう

製鋼せいこう過程かていの例れい
鉄鉱てっこう石せき
↓
高炉こうろ - 鉄鉱てっこう石せきから銑鉄せんてつを取とり出だす
↓
溶銑ようせん予備よび処理しょり - 不純物ふじゅんぶつを酸化さんかさせる
↓
転てん炉ろ - 不純物ふじゅんぶつを取とり除のぞき鉄鋼てっこうにする
↓
二に次じ精錬せいれん - 成分せいぶんを微ほろ調整ちょうせいする
↓
連続れんぞく鋳造ちゅうぞう - 一定いっていの形かたちの半はん製品せいひんをつくる
↓
圧延あつえん - 半はん製品せいひんを加工かこうして製品せいひんにする
↓
出荷しゅっか

炭素たんそ（コークス）の燃焼ねんしょうによって、一酸化いっさんか炭素たんそ、二酸化炭素にさんかたんそが生成せいせいする。

${\ce {C + {\frac {1}{2}}O2 -> CO}}$

${\ce {C + O2 -> CO_2}}$

${\ce {CO2 + C \ <-> \ 2CO}}$

生成せいせいした一酸化いっさんか炭素たんそによって一連いちれんの鉄てつの還元かんげん反応はんのうが起おこる。これをまとめて書かくと以下いかの式しきとなる。

${\ce {Fe2O3 + 3CO -> 2Fe + 3CO2}}$

ただし実際じっさいには、還元かんげん反応はんのうは以下いかのような３段階だんかいのプロセスを経へる。

${\ce {Fe2O3 -> Fe_3O_4 -> FeO -> Fe}}$

この反応はんのう過程かていは、温度おんど T による。即すなわち、

320°C < T < 620°C

${\ce {3Fe_2O3 + CO -> 2Fe3O4 + CO2}}$

620°C < T < 950°C

${\ce {Fe_3O4 + CO -> 3FeO + CO2}}$

950°C < T

${\ce {FeO + CO -> Fe + CO2}}$

不純物ふじゅんぶつの除去じょきょ

原料げんりょう鉱石こうせきには SiO₂ などの不純物ふじゅんぶつが存在そんざいする。これを取とり除のぞくために高炉こうろ中ちゅうに石灰石せっかいせき（主成分しゅせいぶん CaCO₃）を入いれ、以下いかの反応はんのうにより粘性ねんせいが小ちいさく除去じょきょしやすいスラグを生成せいせいする。スラグは CaSiO₃ などの組成そせいを持もつ。

${\ce {SiO2 + CaCO3 -> CaSiO3 + CO2}}$

この反応はんのうのプロセスは以下いかのとおりである。

${\ce {CaCO3 -> CaO + CO2}}$

${\ce {CaO + SiO2 -> CaSiO3}}$

歴史れきし

18世紀せいきの高炉こうろ

鉄てつは、石いしを積つんだような低温ていおんしか出だせない原始げんし的てきなブルマリー炉ろ（Bloomery）でも海綿かいめん鉄てつなどを鉄鉱てっこう石せきから半はん固体こたい状じょうで取とり出だし、鍛冶たんや屋やが鎚づちで鍛きたえれば器具きぐにすることができる。古代こだいの鉄器てっきはそうして作つくられた。しかし高温こうおんで完全かんぜんに溶解ようかいさせ、液状えきじょうにした銑鉄せんてつは、鋳型いがたに流ながし込こんで自由じゆうな形かたちに造型ぞうけいすることができた。そのためには高温こうおんを得えるための、水車みずぐるまを動力どうりょくにする強力きょうりょくな鞴を装備そうびした高炉こうろが必要ひつようであった。

現在げんざい知しられている最もっとも古ふるい高炉こうろは、中国ちゅうごくの前漢ぜんかん時代じだい（紀元前きげんぜん1世紀せいき頃ごろ）のものとみられる。しかし、紀元前きげんぜん5世紀せいき頃ごろと見みられる鋳鉄ちゅうてつが中国ちゅうごくで発見はっけんされており、それよりも古ふるい高炉こうろがあった可能かのう性せいがある。初期しょきの高炉こうろは、内壁ないへきが粘土ねんどで作つくられており、リンを含ふくむ鉱石こうせきを使用しようしていたと見みられる。西洋せいようにおける最初さいしょの高炉こうろは、スウェーデンで1150年ねんから1350年ねんの間あいだに作つくられたらしい。この高炉こうろが、独自どくじの技術ぎじゅつで作つくられたのか、モンゴルからもたらされた技術ぎじゅつによって作つくられたのかははっきりしていない。高炉こうろは中世ちゅうせいを通つうじ、ヨーロッパ中なかの鉄鉱てっこう石せきのある地域ちいきへと伝播でんぱしていったが、のち高だか炉ろで製造せいぞうした銑鉄せんてつを精錬せいれんして鋼鉄こうてつとする技術ぎじゅつが考案こうあんされ、製鉄せいてつにおける高炉こうろの役割やくわりは不動ふどうのものになった。

初期しょきの高炉こうろは大量たいりょうの木炭もくたんを消費しょうひした。そのため製鉄せいてつ地域ちいきでは、造船ぞうせんや建築けんちくなど他たの用途ようとに使つかう木きが払底ふっていするほど森林しんりん破壊はかいの問題もんだいが常つねについてまわり、製鉄せいてつのため木きを切きることを禁止きんしする法律ほうりつが繰くり返かえし出だされた。そこで木炭もくたんに代かわる、石炭せきたんを使つかう高炉こうろが研究けんきゅうされた。石炭せきたんは硫黄いおうや燐りんなどの不純物ふじゅんぶつを含ふくむため、そのままでは使用しようできなかったが1709年ねん、エイブラハム・ダービーが石炭せきたんをコークスにすることでこの問題もんだいを解決かいけつする。その結果けっか、鉄てつの生産せいさん量りょうは大幅おおはばに増大ぞうだいし、蒸気じょうき機関きかんの発明はつめいと相あいまって、18世紀せいきの産業さんぎょう革命かくめいの基盤きばんとなった。

日本にっぽんにおける最初さいしょの近代きんだい高だか炉ろは、安政あんせい元年がんねん(1854年ねん)7月がつに、薩摩さつま藩はんによる集成しゅうせい館かん事業じぎょうによって完成かんせいした。島津しまつ斉彬なりあきらは反射はんしゃ炉ろで作つくられるたたら製鉄せいてつで生産せいさんした和かず鉄てつが、大砲たいほう鋳造ちゅうぞうに不向ふむきなことを知しっており、いち早はやく熔鉱炉ようこうろ建設けんせつに踏ふみ切きった。

高炉こうろ（神戸製鋼所こうべせいこうしょ加古川かこがわ製鉄せいてつ所しょ）

2004年ねん7月がつ現在げんざい、世界せかいで高炉こうろのある製鉄せいてつ所しょは、

• ミッタル・スチール
• ポスコ

ほか

日本にっぽんにおいて高炉こうろのある製鉄せいてつ所しょは、

• 日本にっぽん製鉄せいてつ - 7（北日本きたにっぽん(室蘭むろらん)・東日本ひがしにっぽん(鹿島かしま・君津きみつ)・名古屋なごや・関西かんさい(和歌山わかやま)・九州きゅうしゅう（戸畑とばた地区ちく・大分おおいた）
• JFEスチール - 4（東日本ひがしにっぽん製鉄せいてつ所しょ（京浜けいひん地区ちく・千葉ちば地区ちく）・西日本にしにほん製鉄せいてつ所しょ（倉敷くらしき地区ちく・福山ふくやま地区ちく））
• 神戸製鋼所こうべせいこうしょ - 1（加古川かこがわ）

の合計ごうけい12か所しょで、2022年ねん9月がつ現在げんざい21基きの高炉こうろが稼働かどうしている。

高炉こうろの耐火たいか煉瓦れんがの劣化れっか状じょう況きょうの把握はあく

耐火たいか煉瓦れんがの劣化れっか状じょう況きょうを調しらべるためにかつては耐火たいか煉瓦れんが内うちにコバルト60を入いれて製品せいひんへの含有がんゆう量りょうから劣化れっか状じょう況きょうを間接かんせつ的てきに把握はあくしていた。

炉ろ底そこの耐火たいか煉瓦れんがの劣化れっか状じょう況きょうなど、稼働かどう中ちゅうの溶鉱炉ようこうろの内部ないぶを外部がいぶから透視とうしすることは長年ながねんできなかったが、現在げんざいでは分解能ぶんかいのうは低ひくいものの、溶鉱炉ようこうろ内ないの様子ようすをミュー粒子りゅうしで透視とうしするミュオグラフィの開発かいはつが産学さんがく連携れんけいで進すすめられる。

コバルト60を用もちいたことから現代げんだいの鉄鋼てっこう製品せいひんには極ごく微量びりょうのコバルト60が環境かんきょうに拡散かくさんされた。無論むろん、人体じんたいや生態せいたい系けいに影響えいきょうを及およぼすものではないものの、微量びりょう放射能ほうしゃのう検出けんしゅつの際さいには障害しょうがいとなるため、太平洋戦争たいへいようせんそう前まえに金属きんぞく鉄てつとなった鉄てつが環境かんきょう放射能ほうしゃのうの遮蔽しゃへい材ざいとして使つかわれる。日本にっぽんにおける代表だいひょう例れいが戦艦せんかん陸奥みちのくの船体せんたい引ひき上あげで得えられた陸奥むつ鉄てつである。

日本にっぽんの高炉こうろの詳細しょうさい

会社かいしゃ	製鉄せいてつ所しょ	高炉こうろ番号ばんごう	炉ろ容積ようせき (m³)	最近さいきんの火入ひいれ
日本にっぽん製鉄せいてつ	北日本きたにっぽん(室蘭むろらん)	第だい2高だか炉ろ	3,014	2020年ねん11月22日にち
	東日本ひがしにっぽん(君津きみつ)	第だい2高だか炉ろ	4,500	2012年ねん5月がつ28日にち
	東日本ひがしにっぽん(君津きみつ)	第だい3高だか炉ろ	4,822	(2016年ねん3月がつ12日にち休止きゅうし)
	東日本ひがしにっぽん(君津きみつ)	第だい4高だか炉ろ	5,555	2003年ねん5月がつ8日にち
	東日本ひがしにっぽん(鹿島かしま)	第だい1高だか炉ろ	5,370	2004年ねん9月がつ29日にち
	東日本ひがしにっぽん(鹿島かしま)	第だい3高だか炉ろ	5,370	2007年ねん5月がつ22日にち(2024年度ねんど末まつ休止きゅうし予定よてい)
	名古屋なごや	第だい1高だか炉ろ	5,443	2007年ねん4月がつ25日にち
	名古屋なごや	第だい3高だか炉ろ	4,425	2022年ねん8月がつ27日にち
	関西かんさい(和歌山わかやま)	第だい5高だか炉ろ	2,700	1988年ねん2月がつ22日にち(2019年ねん1月がつ18日にち休止きゅうし)
	関西かんさい(和歌山わかやま)	第だい1高だか炉ろ	3,700	2009年ねん7月がつ17日にち(2020年ねん4月がつ25日にち休止きゅうし)
	関西かんさい(和歌山わかやま)	第だい2高だか炉ろ	3,700	2019年ねん2月がつ15日にち
	瀬戸内せとうち(呉ご)	第だい1高だか炉ろ	2,650	1995年ねん4月がつ(2021年ねん9月がつ29日にち休止きゅうし)
	瀬戸内せとうち(呉ご)	第だい2高だか炉ろ	2,080	2003年ねん11月(2020年ねん2月がつ15日にち休止きゅうし)
	九州きゅうしゅう(八幡やはた)	戸畑とばた第だい4高だか炉ろ	5,000	2014年ねん4月がつ20日はつか
	九州きゅうしゅう(八幡やはた)	小倉おぐら第だい2高だか炉ろ	2,150	2002年ねん4月がつ(3次じ)　(2020年ねん7月がつ18日にち休止きゅうし)
	九州きゅうしゅう(大分おおいた)	第だい1高だか炉ろ	5,775	2009年ねん8月がつ2日にち
	九州きゅうしゅう(大分おおいた)	第だい2高だか炉ろ	5,775	2004年ねん5月がつ15日にち
神戸製鋼所こうべせいこうしょ	加古川かこがわ	第だい1高だか炉ろ	4,550	(2007年ねん5月がつ20日はつか休止きゅうし)
	加古川かこがわ	第だい2高だか炉ろ	5,400	2007年ねん5月がつ29日にち（3次じ）
	加古川かこがわ	第だい3高だか炉ろ	4,844	2016年ねん12月23日にち（3次じ）
	神戸こうべ	第だい3高だか炉ろ	2,112	2007年ねん12月16日にち(2017年ねん10月がつ31日にち休止きゅうし)
JFEスチール	東日本ひがしにっぽん(千葉ちば)	第だい6高だか炉ろ	5,153	2023年ねん1月がつ13日にち（3次じ）
	東日本ひがしにっぽん(京浜けいひん)	第だい1高だか炉ろ	4,907	(2004年ねん3月がつ23日にち休止きゅうし)
	東日本ひがしにっぽん(京浜けいひん)	第だい2高だか炉ろ	5,000	2004年ねん3月がつ24日にち（2次じ)　(2023年ねん9月がつ16日にち休止きゅうし)
	西日本にしにほん(倉敷くらしき)	第だい1高だか炉ろ	2,564	(2002年ねん1月がつ23日にち休止きゅうし)
	西日本にしにほん(倉敷くらしき)	第だい2高だか炉ろ	4,100	2003年ねん11月13日にち（4次じ）
	西日本にしにほん(倉敷くらしき)	第だい3高だか炉ろ	5,055	2010年ねん2月がつ11日にち（4次じ）
	西日本にしにほん(倉敷くらしき)	第だい4高だか炉ろ	5,100	2021年ねん12月13日にち（4次じ）
	西日本にしにほん(福山ふくやま)	第だい2高だか炉ろ	2,828	(2011年ねん5月がつ12日にち休止きゅうし)
	西日本にしにほん(福山ふくやま)	第だい3高だか炉ろ	4,300	2011年ねん5月がつ14日にち（4次じ）
	西日本にしにほん(福山ふくやま)	第だい4高だか炉ろ	5,000	2006年ねん5月がつ5日にち（4次じ）
	西日本にしにほん(福山ふくやま)	第だい5高だか炉ろ	5,500	2005年ねん3月がつ31日にち（3次じ）

関連かんれん項目こうもく

• 製鉄せいてつ所しょ
• 高炉こうろメーカー

外部がいぶリンク

• 石井いしい邦くに宜むべ, 八木やぎ順一郎じゅんいちろう、「高炉こうろ製せい銑ずくプロセスの基礎きそ研究けんきゅう概況がいきょうと今後こんごの展開てんかい」『鉄てつと鋼はがね』 2001年ねん 87巻かん 5号ごう p.207-220, doi:10.2355/tetsutohagane1955.87.5_207
• 『高炉こうろ』 - コトバンク