暑い中、鉄鋼スラグで舗装

 

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高炉は一度火がつけられると、通常は１０年間くらい休むことなく連続操業される。最新鋭の高炉ではだいたい１日に１万５０００ｔの鉄鉱石と５０００ｔのコークスから、約１万ｔの銑鉄が作られる。その際　［鉱石（2000ｔ）＋コークス（900ｔ）＋石灰石（600ｔ）＋熱風（3600ｔ）］　から　［銑鉄（1000ｔ）＋スラグ（700ｔ）＋廃ガス（5300ｔ）＋炉塵（100ｔ）］が生じる。

　
　鉄鉱石とコークスは交互に６０ｃｍ厚の層をなすように積み重ねられている。反応は間断なく進み、鉄鉱石とコークスの層は１時間に３ｍの割合でずり下がっていき、だいたい装入から８時間後に銑鉄となる。

 

　操業中に突然停止させた炉の解体調査(１９６８～１９７２年)から、炉内の様子が下図のようなものであることが解ってきた。融着帯というものが存在し、その形状が高炉の操業状態と深く関わることが解ってきた。

 

　融着帯の上にある塊状帯では鉱石もコークスも原型をとどめており、下から上がってきた一酸化炭素ガスによる間接還元が進行中である。また熱風中に含まれる水分が分解してできる水素ガスによる還元反応も進行している。

　融着帯では、鉱石と鉱石が半分融けた状態で、お互いに融着しあって板状につながっている。そこはガスが通り抜けられないので、ガスはコークス層をすり抜けて上に逃げる。そのため融着帯の形が高炉の生産性を大きく左右する。

　融着帯の下の滴下帯では鉱石がどんどん融解して滴となって豪雨のようにコークスの間を流れ落ちていく。そこでは、液状の酸化鉄とコークスの炭素が直接反応する直接還元が進行している。

 

　その下に円錐状のデッドマン(炉芯コークス)と言われる部分がある。送風羽口に近い所のコークスはガス化して消滅するが、炉の中央部のコークスは文字通りほとんど動かないで静止している。燃え尽きるまでに約１ヶ月程度かかる。この部分は高炉内の熱変動を緩和する蓄熱材としての働きと、そのまわりに滞留するコークス粉が滴下する鉄やスラグと接触して消失する場を与える。デッドマンは溶けた銑鉄の中央部に浮かぶ浮島のようなもので、その浮遊位置や大きさ・形状が高炉の操業状態に大きく影響する。

 

　最終的に溶融した鉄が炉内を滴下し、最下層の湯だまりにたまり、出銑口から取り出される。

　鉄鉱石中に含まれる不純物（ケイ素、アルミニウム、マグネシウム、カルシウムなどの酸化物）も一酸化炭素や水素による還元反応をうけながら溶融して、最後に熔融した鉄の上に鉱滓（スラグ）として浮かぶ。鉱滓は密度が小さく鉄の上に分離して浮かんでおり、鉱滓口から取り出される。