高炉

鉄鉱石は、まだ「鉄」ではありません

鉱山から掘り出した鉄鉱石は、赤や黒のただの石ころです。その中の鉄分は、酸素とがっちり結びついています。そのため、鉄を取り出すにはまずこの酸素を引き離さなければなりません。

それを行うのが「高炉」の役目です。上から鉄鉱石とコークス（石炭を蒸し焼きにした硬い塊）を交互に何層も積み重ねるように入れます。そして下からは高温の熱風を勢いよく吹き込みます。コークスが燃えて生じるガスが上昇しながら、鉄鉱石から酸素を奪い取っていくのです。

炉の底にたまったドロドロの鉄（溶銑）は、数時間ごとに外へ排出されます。ただし、この鉄はまだ私たちがよく知る「鋼（こう・スチール）」ではありません。炭素が多く含まれており、冷え固まると硬いもののポキッと折れやすい「銑鉄（せんてつ）」と呼ばれる状態だからです。しなやかで強い「鋼」にするには、余分な炭素を取り除く工程がもう一度必要になります。

その役割を果たすのが、隣に控える別の炉です。高炉が鉄鉱石から溶けた銑鉄を取り出す炉なら、「転炉（てんろ）」はその銑鉄に酸素を吹き込んで炭素を減らし、強靭な鋼に仕上げる炉です。この2つは一連のリレーの前半と後半であり、競合する設備ではありません。

なぜ何年間も火を止められないのか

高炉の内部を満たしているのは、上から積み入れられた鉄鉱石とコークスで、その最下部に溶けた鉄がたまっています。流れ出る鉄の温度は1,500度以上にも達します。製鉄所の明かりが夜通し消えない理由はここにあります。

もし、適切な手順を踏まずに火を止めてしまったらどうなるでしょうか。内部に残った溶銑や原料がそのまま冷え、一体化してカチカチに固まってしまいます。そうなると、炉全体が巨大な鉄の塊と化してしまいます。大手製鉄会社も、こうなると炉を解体して建て直すしかなく、数カ月もの時間と莫大な費用がかかると説明しています。

そのため、操業を止める際にも厳格な手順が存在します。送風口を塞いで熱を閉じ込め、数日から数週間後に再稼働させる休止方法もあれば、長期間止める場合は内部の原料をすべて出し切って炉を空にします。内側のレンガを張り替える大規模な改修停止は、炉の寿命サイクルに合わせて計画的に行われます。

高炉の内側は熱に耐える分厚い耐火レンガで覆われ、その外側を鋼鉄の外殻が包んでいます。この壁は、温めたり冷やしたりを頻繁に繰り返すようには作られていません。そのため、一度火を入れると何年間も連続して稼働させ続けるのです。火を焚いて鉄を扱うという点ではキッチンのコンロやかまどと同じですが、かまどのように気まぐれに消したりつけたりはできず、止めて再点火するには膨大なコストを伴います。

この特徴は、鉄鋼産業全体の構造にも影響を与えています。景気が悪化して鉄の需要が減っても、高炉は簡単に生産を絞ることができません。止めたり動かしたりするコストがあまりに大きいため、需要が少し落ちたからといって安易に炉を止められないのです。これは「投資したお金がもったいない」という埋没費用の問題とは次元が異なる、設備そのものの物理的特性からくる制約なのです。

少し詳しく：鉄を作るルートは一つではない

鉄鋼を作るルートは、大きく分けて2つあります。「高炉・転炉ルート」は鉄鉱石からスタートし、「電炉（電気炉）ルート」は使い終わった鉄くず（鉄スクラップ）からスタートします。スクラップが不足している地域では鉄鉱石から作るルートが選ばれ、スクラップが豊富にある地域ではそれを溶かすルートが発展しました。2つのルートを分ける決定打は、技術の優劣や新旧ではなく「原料」なのです。

その中間に位置するルートもあります。鉄鉱石を天然ガスや水素で還元して固体の鉄をつくり、それを電炉で溶かす方法です。原料は鉄鉱石ですが、溶かす設備は電炉を使う形です。

この2つの主要ルートは現在も並行して動いています。世界鉄鋼協会（worldsteel）の集計によると、世界の粗鋼生産量の約7割（2025年集計で69.4%）が高炉・転炉ルートによるものです。鉄スクラップが十分に集まらない地域では、鉄鉱石から作るルートを選ばざるを得ないのが実情です。

現在、高炉が直面している最大の課題はコストではなく「二酸化炭素の排出」です。世界鉄鋼協会も、鉄鉱石から鉄を取り出す製銑段階に排出が集中していると指摘しています。酸素を引き離す役割をコークスのガスが担い、そのガスが酸素と結びついて二酸化炭素（CO2）として排出されるからです。そのため現在、炭素の代わりに水素を使って酸素を取り除く技術の開発・実証が進められています。

2021年にはスウェーデンで、水素還元鉄を使った鋼材が世界で初めて納入されました。その鉄も高炉ではなく電炉で溶かして鋼に加工されます。ただし、これらはまだ実証・初期段階であり、OECD（経済協力開発機構）も多くの低炭素化プロジェクトが計画延期に直面していると報告しています。現時点で確認できているのは「実物が完成した」という段階までです。