溶鉱炉

高炉 （こうろ、blast furnace）は 製鉄所 の主要な設備で、 鉄鉱石 から 銑鉄 を取り出すための炉。 鉄溶鉱炉 （てつようこうろ）と呼ばれることもある。大型のものでは高さ 100 メートルを超え、製鉄所のシンボル的存在となっている。

銑鋼一貫製鉄所 という、鉄鉱石から高炉、 転炉 、 連続鋳造 工程を経て最終製品（主として各種鉄板、パイプ類）を生産する大規模な製鉄所のみが高炉を所有している。このような製鉄所を持つ鉄鋼会社は 高炉メーカー と呼ばれている。

高炉による銑鉄生産

高炉の頂部から 鉄鉱石 による金属原料と コークス などの燃料を兼ねる還元材、不純物除去の目的で 石灰石 を入れ、下部側面から加熱された空気を吹き入れてコークスを燃焼させる。頂部から投入される原料等はあらかじめ簡単に焼かれて固塊状に加工されており、炉内での高温ガスの上方への流路と原料等の流動性が確保されている。高炉内部ではコークスの炭素が鉄から酸素を奪って熱と一酸化炭素、二酸化炭素を生じる。この反応が熱源となり鉄鉱石を溶かし、炉の上部から下部に沈降してゆく過程で必要な反応が連続的に行なわれ下部に到達する頃には燃焼温度は最高となり、炉の底部で高温液体状の 銑鉄 が得られる。不純物を多く含む高温液体状の スラグ は銑鉄の上に層を成してたまる。銑鉄とスラグは底部側面から適時、自然流動によって取り出される。

高炉頂部からは一酸化炭素、二酸化炭素等を多く含む高温ガスがパイプによって取り出され、粉塵等がサイクロンで除去された後、随時切り替えられる複数組の熱風炉の1つへと送られる。高温ガスは熱風炉内のレンガ等を加熱した後、煙突より排気される。十分に加熱された熱風炉の1つが排気経路とは別に切り替えられて、外気より取り込まれた冷風が熱風炉により加熱される。熱くなった空気は炉下部の側面より粉砕された微粉末炭と共に圧入され、炉内を上昇する内に酸素が燃焼に寄与する。これらの流れにより一連のガスサイクルを形成する。

高炉にはコークス炉や鉄鉱石焼結炉が常に併設され、投入原料の事前加工が行なわれている。一度、火が入れられた高炉は常に稼動されて、数年に一度の程度の炉内壁の修理等の時以外に停止されることはない。

高炉で作られた銑鉄は保温効率と移送の利便性を兼ね備えた「トーピードカー」（ 混銑車 ）と呼ばれる細長いタンク車両に流しこまれて、次の工程へと送られる。送られた銑鉄は 溶銑予備処理 を施した後、転炉へ入れられ、 鋼鉄 へと変換される。

主な反応

炭素（コークス）の燃焼によって、 一酸化炭素 、 二酸化炭素 が生成する。

$\backslash rm\; C\; +\; \backslash frac\{1\}\{2\}O\_2\; \backslash longrightarrow\; CO$

$\backslash rm\; C\; +\; O\_2\; \backslash longrightarrow\; CO\_2$

$\backslash rm\; CO\_2\; +\; C\; \backslash \; \backslash overrightarrow\backslash longleftarrow\; \backslash \; 2CO$

生成した一酸化炭素によって一連の鉄の還元反応が起こる。これをまとめて書くと以下の式となる。

$\backslash rm\; Fe\_2O\_3\; +\; 3CO\; \backslash longrightarrow\; 2Fe\; +\; 3CO\_2$

ただし実際には、還元反応は以下のような３段階のプロセスを経る。...