高炉

地中から掘り出した鉄鉱石は、赤や黒の石のかたまりです。その中の鉄は、酸素としっかり結びついています。そのため、鉄を得るにはまずこの酸素を引きはがす必要があります。

高炉の仕事がまさにそれです。上から鉄鉱石とコークス(石炭を蒸し焼きにした硬いかたまり)を交互に層にして入れていきます。下からは熱した空気を勢いよく吹き込みます。コークスが燃えてできた気体は上へ昇りながら、鉄鉱石にくっついた酸素を奪っていきます。

底にたまった溶けた鉄は、数時間おきに外へ流し出します。ただし、この溶けた鉄はまだ鋼ではありません。炭素がたくさん混ざっているので、固めると硬いけれど折れやすい銑鉄になるのです。鋼にするには、炭素を取り除く工程がもう一つ必要です。

その役目を担うのは、隣に立つ別の炉です。高炉は鉄鉱石から溶けた鉄を取り出す炉で、転炉はその溶けた鉄に酸素を吹き込んで炭素を減らし、鋼に仕上げる炉です。二つは一本の道の前半と後半であって、競い合う設備ではありません。

高炉の中を満たしているのは、上から積み込んだ鉄鉱石とコークスで、溶けた鉄は一番下の底にたまっています。流れ出る鉄は1,400度を大きく超えます。製鉄所が夜になっても火を絶やさない理由がここにあります。

では、手順を踏まずに火を消したらどうなるでしょうか。中に残った溶けた鉄と積まれていた原料が、そのまま冷えて一緒に固まってしまいます。すると炉の中が巨大な鉄のかたまりになります。ポスコ(韓国の鉄鋼大手)は、こうなると解体して建て直すしかなく、数か月かかると説明しています。

そのため、止めるときにも決まった手順があります。送風口をふさいで熱を閉じ込め、数日から数週間後に再び立ち上げることもありますし、もっと長く休むときは、上に積まれた原料を全部下ろして炉を空にします。内側のレンガを交換する大規模な休止は、炉の寿命サイクルにあらかじめ組み込まれています。

高炉の内側は熱に耐える分厚いレンガで囲まれ、その外側を鋼の殻が包んでいます。この壁は、温めたり冷やしたりを繰り返すようには作られていません。だから一度火を入れたら、何年もそのまま稼働させます。火を焚いて金属を扱うという点では台所のかまどと同じです。ただ、かまどはいつでも冷まして火をつけ直せますが、高炉は消して立ち上げ直すのに大きなコストがかかります。

この性質は産業全体の姿まで変えてしまいます。需要が減っても、高炉側は生産を簡単には減らせません。止めて再び動かすのに大きなコストがかかるので、需要が少し落ちたくらいでは気軽に止められないのです。すでに使ってしまったお金が惜しいというサンクコスト(埋没費用)の話とは次元が違う、設備の性質からくる制約です。

鋼を作る道は大きく二つあります。高炉―転炉ルートは鉄鉱石から始まり、電気炉ルートは誰かが使って捨てたスクラップ(鉄くず)から始まります。スクラップが足りない場所では鉱石から始める道が選ばれ、スクラップがたまっている場所ではそれを溶かす道が育ちました。二つの道を分けるのは、技術の新しい古いではなく原料です。

その中間にあたる道もあります。鉱石をガスや水素で還元して鉄にしておき、それを電気炉で溶かす道です。原料は鉱石なのに、溶かす炉は電気炉というわけです。

二つの道は今も並んで動いています。世界鉄鋼協会の集計によると、2025年に世界で作られた鋼の69.4%が高炉―転炉ルートから出ています。スクラップがたまっていない地域では、鉱石から始める道のほかに選べる道がなかなかありません。

最近、高炉にかかっている圧力はコストではなく排出です。世界鉄鋼協会は、鉱石から鉄を作る段階に排出が集中していると指摘しています。酸素を引きはがす仕事をコークスが燃えてできた気体が担い、その気体が酸素を抱えて二酸化炭素として出ていくからです。そこで、炭素の代わりに水素で酸素を取り除く方法が試されています。

2021年にはスウェーデンで、水素で還元した鉄で作った鋼材が初めて納品されました。その鉄も高炉ではなく電気炉で溶かして鋼になります。ただし、まだ試験段階で、OECDは排出の少ない事業の多くが先送りされていると指摘しています。今のところ確認できているのは「実物ができた」ところまでです。