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操業中の塊鉄炉
まもなく塊鉄が下部の穴から取り出される |
炉から取り出された直後の塊鉄
周りに散らばっているのが ハンマーによって打ち出されたスラッグ |
以下は Bloomery - Wikipedia (塊鉄炉) の翻訳です。
英語から翻訳する場合には「塊鉄炉」の訳語を採用すると思いますが、 独語では bloomery (塊鉄炉) のことを rennofen (レン炉) と呼び、bloom (塊鉄) のことを luppe (ルッペ) と呼んでいるようです。なお英語の bloomery, bloom はもともと このように呼ばれていたわけではなく、後世に包括的にこのように呼ばれることになったものです。
現在の英語版の Wikipedia の bloomery では内容が少し変化していますが、 以前の内容の方がよくわかる部分があるため翻訳に関しては更新していません。
塊鉄炉は酸化鉄から鉄を精錬するために、かって広く使用された炉の型式である。 塊鉄炉は鉄を精錬することができる最も初期の精錬装置である。 塊鉄炉の生産物は鉄とスラッグの多孔性の塊で、塊鉄 (bloom) と呼ばれる。 塊鉄におけるスラッグと鉄の混合物はスポンジ鉄と称し、 普通は (シングルして) かたまりにし、 更に、 錬鉄 (wrought iron) にフォージ (forge, 成型) する。 塊鉄炉は現在では高炉に取って代わられ、高炉の生産物は銑鉄 (pig iron) である。
シングル (shingle) とはハンマーでたたいて、スラッグを除去する操作です。 最初は、この程度の理解しかなかったのですが、you-tube の動画を見て内容の詳細がはっきりしました。 次の動画では塊鉄炉から塊鉄を取りだす作業とシングル (shingle) の作業がどのようなものかを示しています。
Bloomery Furnace - Järnframställning Hälltjärn 12 juni 2011他にも AltaVista で bloomery furnace you-tubeで検索すると you-tube で色々な動画が検索されます。 このような動画から、シングルの実際の作業内容が実にはっきりします。
まず、塊鉄炉ではスラッグと鉄の混合物として鉄が製造されます。 スラッグは日本語では ノロ (鉄滓、てっさい）と呼ぶようで、 日本の「たたら」製鉄の場合には途中で炉に穴をあけて流し出してしまいます (ノロ出し)。塊鉄炉では色々な方式があるようですが、 同様に (恐らく後期のものでは) 炉に穴をあけてスラッグを流し出します。しかし、このようなことをしてもスラッグは鉄の中に残ります。 日本の「たたら」では冷却してから別の作業に移りますが、塊鉄炉では普通は灼熱した塊鉄を取り出します。 このとき、鉄は半溶融の状態ですが、一応固体の状態で、一方でスラッグは液体の状態です。 スラッグの溶融温度が低いためです。このときに、塊鉄をハンマーで打つと液体のスラッグが 塊から飛び出してきます。何度もハンマー打ちをして固める (consolidate する) 操作がシングルです。
この操作は塊鉄炉から製造される塊鉄のみにされる処理ではなく、銑鉄を脱炭素した後にも同じ処理をする必要があります。 パドル炉で製造された鉄に関しても同様な操作が必要です。 (より後のベッセマー工程では、これは関係しない。) そうすると、日本の包丁鉄の製造にも同じ処理があるはずだと気付き、 探してみた所、次の第一ページがヒットしました。これはフレームの右側に登場するページで 第二のページからリンクをたどれます。
関連するのは「下げ場」の中のノロ搾りです。上のページでは現代的に動力ハンマーを使用していますが、 まさしくこれがシングルです。 しかし、塊鉄から錬鉄を作る際にはシングルをした後も何度もハンマー打ちをする必要が あり、こちらの方は一般にフォージ (成形) と呼ばれ、最終的には板鉄などが製造されます。 また、シングルする操作も含め全体の処理を単に フォージと呼んでいることもあるので必ずしも言葉が 1 対 1 に対応しているわけではないと思われます。 更に、上のページの作者は独自に古い時代の製鉄法 (製刀法というべきか) を 再現を試みているようなので、用語自身がこの作者が作ったものかもしれません。 「シングル」の訳としては「ノロ絞り」が適切ですが、こうするとスラッグをノロと言い換えないと いけなくなるのでこの訳を採用しませんでした。
塊鉄炉は、土や粘土や石からなる耐熱性の壁を持った 縦穴もしくは煙突から構成される。 底部に近い部分に、1 つもしくは複数の (粘土もしくは金属の) パイプが側壁から挿入されている。 これらのパイプは羽口(はぐち, tuyere, チュイエール, 送風管) と呼ばれ、 自然な通気や「ふいご」あるいは トロンプ (trompe) によって空気が送り込まれた。 塊鉄炉の底部の開口部から塊鉄を取り出すこともあるし、 あるいは傾けて、上部から塊鉄を取り出すこともある。
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操業中の塊鉄炉
まもなく塊鉄が下部の穴から取り出される |
炉から取り出された直後の塊鉄
周りに散らばっているのが ハンマーによって打ち出されたスラッグ |
塊鉄炉を使用する前に最初にすることは 木炭と鉄鉱石を用意することである。 木炭は木材を加熱して生産され、精錬の工程で必要となる 純粋に近い炭素燃料となる。 鉱石は小さく砕かれて、鉱石の中にある水分を除去するために 火の中で焼かれる。 鉱石の中の大きな不純物は砕かれて除去される。 前回の作業で生じたスラッグは鉄成分が高いので、 砕かれて、新しい鉱石と共に塊鉄炉に入れられる。
実際の作業では、塊鉄炉は前もって木炭を燃やして加熱しておき、 熱くなったら、鉄鉱石と追加の木炭をほぼ 1 対 1 の比で上部から挿入する。 炉の内部では、 木炭の不完全燃焼による一酸化炭素が 鉄鉱石を溶かすことなく、鉄鉱石の中の酸化鉄を金属の鉄に変える。 これにより、塊鉄炉は鉱石の溶解温度よりも低い温度で動作する。 塊鉄炉の望ましい生産物は、簡単に フォージ(forge, 成型) できるもので、 純鉄に近く、炭素の含有量が少ないものでなければならない。そのため 温度や木炭と鉄の比を注意深く制御して、鉄が余りに多くの炭素を含有しないようにしなければ ならない。さもなければ フォージ(forge) できなくなるのである。 塊鉄炉は自己フラックス効果 (self-flux) があるため、スラッグ (かなくそ) を生じさせるための 追加の石灰岩が必要でない。
このようにして作られた鉄の微粒子が炉の底部に落ち、互いに溶融して、スポンジ状の塊 -- 塊鉄 -- となる。 炉の底部は溶けたスラッグで一杯となり、しばしばファイヤライト (fayalite, 鉄かんらん石) から構成される。 ファイヤライトとはシリコンと酸素と鉄とそれ以外の鉱石の不純物の混合物である。 塊鉄はとりわけ多孔性で、開口部がスラッグで満たされるため、 塊鉄は再度加熱して、ハンマーで打ちつけて、溶けたスラッグを追い出さなければならない。 このように処理した鉄は「ハンマーで作業した」(wrought) と言い、その結果生じた純粋に近い鉄を錬鉄 (wrought iron) という。
鉄は西洋では紀元前 3000 年頃に精錬されていたようである。 しかし、青銅の鍛冶屋は鉄に不慣れであったため、ずっと後にならないと使用しなかったようである。 西洋では鉄は紀元前 1200 年頃に使用し始められた。恐らくは青銅の代用である。 青銅は銅とスズの不足により手に入れることが困難となっていたからである。、
鉄器時代の始まりは、世界中のほとんどの場所で、最初に塊鉄炉が幅広く使用された時期と一致している。 これよりも前に鉄は見受けられるが、ニッケルが多く含まれているため、隕石の鉄であると思われる。 それ以外の初期の鉄の実例は青銅の精錬の際に偶然に鉄鉱石が紛れ込んで生成された可能性がある。
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| 単純な塊鉄炉と「ふいご」の絵 | 中世の塊鉄炉 |
中国は長いこと例外であると思われていた。 紀元前 5 世紀までに、南部の 呉 (Wu) の金属加工者は高炉[爆風炉]を発明し、 鋳鉄の (加工) 手段、 更には高炉[爆風炉]で製造される炭素成分の多い銑鉄を 炭素成分の少ない錬鉄のような材質にするための脱炭素法を発明している。 中国は塊鉄炉の段階を全く飛ばして、高炉[爆風炉] と塊鉄を手に入れるための精製炉から始めたと 思われた。しかしながら、最近に判明したことから、 塊鉄炉の使用は紀元前 800 年頃に西から中国に伝わり、高炉[爆風炉]がこれに取って代わった。 この理論の根拠は 秦の景公の墓 (BC 537 年) で見つかった「10 個以上もの」掘削用の道具である。 墓は 陝西省の 鳳翔県にあり、現在はこの場所に博物館がある。
The earliest use of iron in China
景公の墓で見つかったものは鋳鉄製のようです (正確には不明)。 ワグナーはこの話を言及する前に、隕石由来の鉄のことと、 西シベリア経由の錬鉄の話を記述しており、 後者は 新疆を経由して伝来しているようです。 錬鉄が使用されているのは黄金、ヒスイ、青銅の飾りがついた刀剣類で、 装飾品と思われます。
錬鉄製の刀を装飾品としている根拠には次の点も挙げています。 ローマ帝国では、 ガリア人の剣は、しばしば純粋な鉄 (錬鉄) で、 このため使用中に曲がってしまい、戦闘士は戦闘から離脱して、刀を真っすぐにした。
初期の塊鉄炉は比較的小さく、一回の火入れで、1 キロにも満たない鉄が精錬されたのみである。 中世ヨーロッパでは、これに比べると随分と大きな塊鉄炉が建設され、一回の製造量は 15 kg 程度であった、 無論例外はある。 水力を「ふいご」の動力に使用することにより、塊鉄炉はより大きく、より熱くなった。 ヨーロッパの平均の塊鉄の大きさは急速に増え、300 kg となり、この頃、塊鉄炉が 終焉を迎えることとなった。 動力に水力を使用した「ふいご」や、より大きな塊鉄炉では温度が上昇し、 鉄の溶融温度を越えたのである。これは望ましいことではなかった、 何故ならば、これにより炭素が溶融した鉄に溶け込み、 ハンマーで作業できない銑鉄が製造されるからである。 溶融した鉄は高炉の出現までは望ましいものではなかったのである。
塊鉄炉の形式の溶鉱炉は典型的には非常に炭素成分の少ない鉄から鋳鉄までの色々な鉄を製造する。 鉄が溶け 2% から 4% の炭素を素含むと鋳鉄が生じる。鋳鉄はフォージできない (打ち固めることができない)。 (塊鉄炉では) 天然鋼 (natural steel) も製造され、これはおよそ炭素を 0.2% から 1.5% 含む。 名匠の鍛冶屋 (master smith) は低炭素鉄 (錬鉄) と低炭素鋼 (マイルド・スティール) を少々選択して、 溶融フォージ (forge weld) して、シート (板)にする。 次に高炭素鋼をシートの上に積み上げ、その上に低炭素鋼のシートを置き、 溶融フォージして一つにする。 薄くなるまでフォージして、折り畳み、再び溶融フォージする。 この打ち固めて、折り畳み、再び溶融する工程は 15 回に至るまで繰り返す必要がある。 これは良好な鋼 -- 例えば刀剣 -- が必要とされる場合であり、 良好な刀剣が非常に高価である理由の一つである。 溶融するたびに、およそ 0.03% の炭素が燃えつくされるので、名匠の鍛冶屋は原料の混合物に 十分な高炭素鋼があることを確認する必要がある。
(1) 上の文章の 2 段落目では forge weld を溶融フォージと訳しました。 これはどういう作業かというと、鉄を溶かさずに灼熱の状態にして ハンマーで打つ作業のことと思われます。実際には鉄は溶けずに固体状態のままです。 日本語ではこのようにフォージすることを「鍛える」と称しており、
forge weldの意味 - 英和辞典 Weblio辞書では forge weld を鍛造と訳していますが、不適切と思われるので、この訳語を採用しませんでした。
(2) 上の文章の 2 段落目には原文で引用文献がありません。これだけでは信頼性が低いので、 「natural steel」(天然鋼) を英文ページで検索した所次を見つけました。
A Cuide to the Metallurgy of the ... (PDF)
このページは後で引用する GlossaryOfFerrousMetallurgyTerms (PDF) の付録のようです。前者から一部分を引用します。
従って Wikipedia の本文に書いてあることは信頼できるようです。整理をすると
(3) 鋼は次のように分類されます(Carbon steel - Wikipedia)。
| 炭素量 | |
| ロー・カーボン・スティール | 0.05% - 0.15% |
| マイルド・スティール | 0.16% - 0.29% |
| Medium carbon steel | 0.30% - 0.59% |
| High carbon steel | 0.60% - 0.99% |
| Ultra-high carbon steel | 1.00% - 2.00% |
但し、一般的にはマイルド・スティールよりも炭素成分の多いものを単にハイ・カーボン・スティールと 呼んでいるように思われます。
malleable (マリーアブル) とは「mallet (つち、マレー) で色々な形にすることができる」と言う意味です。 ロー・カーボン・スティールとマイルド・スティールは malleable (マリーアブル) ですが、 それ以外のハイ・カーボン・スティールはそうではありません。 もっとも、加熱すればハイ・カーボン・スティールも malleable となります。 (Wikipedia の説明と、上の文章の説明が炭素量でずれていますが、これは目をつむることにします) また、ロー・カーボン・スティールとマイルド・スティールは焼き入れすることができませんが、 ハイ・カーボン・スティールは焼き入れすることができます。 日本刀は製造時に焼き入れをしますから、ハイ・カーボン・スティールです。
(4) チャリベス (Chalybes) の形容詞形がチャリビアン (Charybean)。Charybes の読みは次を参考にした。
J-GLOBAL - On the Ancient Chaly ・・・【文献】但し、このページではチャリブス族とも呼んでいる。チャリベスの方が英語読みとしては正しいと思う。 しかし、ラテン語読みでは「カリベス」となるようである。以下に発音記号が書いてある。
Chalybes - Wikitionaryこのページではチャリベス族が黒海の南部に住み、鉱山と鋼で有名であることが記され、 ウェルギリウスの アエネーイスから一文を引用している：
チャリベス族は、これ以外にも色々な古典の作者により言及されている。 例えば： ホメーロス (Homer), ストラボン (Strabo), クセノポン (Xenophon) ( Chalybes - Wikipedia)。
イングランドとウェールズでは 1491 年頃に ウィールドに高炉が到来したのにもかかわらず 塊鉄炉 (恐らくはハンマーにも「ふいご」にも水力を利用した) は 西ミッドランド地方では 1580 年以後まで操業していた。 ファーネス (Furness) と カンバーランド (Cumberland) では 17 世紀初期まで操業し、 イングランド最後の炉 (ガースタング (Garstang) の近郊にあるもの) は、およそ 1770 年に至るまで 閉鎖されることがなかった。
塊鉄炉は、スペインと南フランスではカタロニア炉 (Catalan forge) として 19 世紀中ごろまで 生き延び、オーストラリアではシュトゥック炉 (stuckofen) として 1775 年まで生き延びた。 ニューヨークの アディロンダック山脈 (アディロンダックス, Adirondacks) では、熱風の技術を使った新しい塊鉄炉が 19 世紀に建設されている。
GlossaryOfFerrousMetallurgyTerms (PDF)のドイツ鋼 (German steel) の説明で、シュトゥック炉 (Stucköfen) で生産できるものに、鋳鉄、鋼、マリーアブル (槌で成形可能, malleable) な鉄、錬鉄を挙げ、 これを製造するには燃料と鉱石の比を変えること、従って精錬温度を変えればよいとしています。 そしてこの理由から、ローマ帝国のノリクム鋼は偶然にできた天然鋼で、 これを意図的にしたのがシュトゥック炉でできるドイツ鋼ではないか、と推察しています。
この結論は訳注, 天然鋼等 でも得られていますが、 基本的には同一の文献からの結論だと言うことを留意しておく必要があります。
西アフリカにおける塊鉄炉形式の精錬と刃物類のフォージは BC 500 年頃のアフリカの ノク文化 (Nok culture) に登場している。 東アフリカにおける塊鉄炉形式の溶鉱炉の最も初期の記録は ヌビア (Nubia) と アクスム (Axum) の精錬された鉄の発見で、 これは BC 1000 年 -- BC 500 年のものである。 メロエにはとりわけ、 古代の塊鉄炉があったことが知られており、 ヌビア人 (Nubians) や クシュ人 (Kushites) に金属の道具を提供し、 余剰が売りに出された。
アメリカのスペインの植民地における塊鉄炉あるいはカタロニア炉は 幾つかの布教活動 (mission)、 エンコミエンダ (encomienda) そして プエブロ の自給自足の一環であった。 アルタ・カリフォルニアにおける スペインのフランシスコ会士の布教活動 (Franciscan Spanish mission) の一環として 1790 年代からの「サン・ホアン・カスピトラーノの布教活動」(Mission San Juan Capistrano) における複数の「カタロニア炉」は、 現在のカリフォルニア州におけるこの種の現存する施設としては最も古いものである。 「塊鉄炉」の看板は、この場所が「... オレンジ郡の最初の産業複合施設である..」と宣言している。
