銑鉄(ピグアイアン)製造:主要工程と原料を解説
銑鉄製造の概要
銑鉄(ピグアイアン)製造プロセスは、鉄鉱石、木炭、および「フラックス」と呼ばれる中間材料を高炉内で組み合わせることから始まります。材料が激しい熱で結合すると、鉄鉱石の大部分が溶融し、過熱液状態になります。使用材料と冷却方法により、銑鉄製造は錬鉄、鋳鉄、または鋼の製造における中間工程となり得ます。
高炉の構造
銑鉄製造用高炉は通常、複数の開口部を持つ大型鋼構造物です。上部付近に鉱石、木炭、フラックスを交互に投入する開口部があります。下部には2つの扉があり、800〜1,200°C(1,472〜2,192°F)に予熱された空気を吹き込みます。最下部には溶融金属とスラグを排出する2つの開口部があります。
炉内での反応と溶融
炉内では、液状銑鉄生成に至る複数の反応が起こります。
- 木炭が一酸化炭素を放出し、送風熱を増幅してさらなる高温を生成
- 一酸化炭素が上昇する過程で鉄鉱石中の酸化鉄を還元し、純粋な金属鉄の割合を高め、鉱石の融点を低下
- フラックス(通常は石灰石または長石)が鉄鉱石の不純物と反応し、低融点のスラグを生成してさらなる精製
これらの相互作用完了後、鉄が溶融し、炉底から排出されます。
冷却と「ピグアイアン」の語源
次のステップは材料の冷却で、製品の珍しい名称の由来でもあります。溶融鉄が炉から流れ出す際、伝統的には中央の長い溝と、そこから角度を付けて分岐する多数の短い溝に誘導され、そこで冷却・凝固します。長い溝が母豚(ソウ)、短い溝が子豚(ピグレット)に見えることから「ピグアイアン」と名付けられました。現代の銑鉄製造では、この方法は用いられず、液状のまま輸送する手法が開発されています。
後工程への展開
銑鉄製造は通常、完成鉄製品への一工程に過ぎません。この形態の鉄は高炭素含有でほぼ使用不能だからです。汎用性を持たせるには、再溶解してスラグと混合し錬鉄にするか、追加の鉄鉱石と合金を加えて鋳鉄にします。最も一般的は鋼製造への中間工程で、二次燃焼で残留不純物を除去し、他金属を添加して鉄基合金(鋼)を作ります。
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