チタン鉄鉱を含む鎌倉砂鉄を材料とするたたら製鉄の研究

たたら製鉄は原料を鉄鉱石から砂鉄に変えたことにより日本独自に発展した古代製鉄法である。砂鉄の成分は母岩をつくるマグマの違いにより地域差があり、チタンを多く含むものは赤目砂鉄、少ないものは真砂砂鉄として分類される。真砂砂鉄を産出する奥出雲地方では近代製鉄技術の導入後も大正時代末期まで操業が行われたが、赤目砂鉄を主体にしたたたら製鉄は室町時代から慶長時代に衰退した。その原因は諸説あり、赤目砂鉄では品質の良い鉄を得ることが難しく、安定した生産量を確保できなかったためと考えられている。近年、赤目砂鉄に分類される鎌倉砂鉄を使用した製鉄が実施されたが、良質のケラが得られる操業過程の報告はなされていない。このような背景を踏まえ、鎌倉砂鉄から良質の鉄を得る操業過程を確立し、鎌倉たたら製鉄衰退原因を探る研究を開始した。様々な条件での操業により、製鉄のパラメータになるのは砂鉄密度、選鉱方法、添加粘土量、装荷比(砂鉄/木炭)、炉内温度、送風量、炉の高さ、炉内構造、木炭の品質であることがわかり、安定して高品質の鉄が得られる設定値を見出し、鎌倉砂鉄によるたたら製鉄操業過程の確立に成功した。真砂砂鉄に比べて赤目砂鉄はパラメータの自由度が小さく、わずかな変化でも鉄が得られないことを確認した。古代製鉄では勘と経験に頼る操業のため、赤目砂鉄による製鉄は困難だったことに加え、伝承方法が一子相伝的であったことも衰退の一因であると結論づけた。さらに、原料となった砂鉄および生成鉄について鉄を含む17種類の元素の定量分析を行った。その結果、奥出雲砂鉄と鎌倉砂鉄の違いは砂鉄の種類によるチタンおよび採取場所の違い(山または海)によるカルシウムについて明確な違いが観察された。カルシウムは海水の影響によるものと考えられ、鉄生成の重要な要因となることがわかった。鉄生成の過程では、炭素(一酸化炭素ガス)は鉄酸化物の強力な還元剤であり、その反応は発熱反応である。吸炭が進むとより低い温度で鉄と炭素の合金液滴が形成され、炉底に不純物を含まない高純度の銑鉄(ケラ)が生成する。さらに、砂鉄とケラに微量に含まれる銅およびニッケルの成分割合はほとんど変化が見られない。このことから、生成鉄の原料になった砂鉄の産地を特定する手がかりになると考えており、今後の研究に期待できる。

たたら製鉄は原料を鉄鉱石から砂鉄に変えたことにより日本独自に発展した古代製鉄法である。砂鉄の成分は母岩をつくるマグマの違いにより地域差があり、チタンを多く含むものは赤目砂鉄、少ないものは真砂砂鉄として分類される。真砂砂鉄を産出する奥出雲地方では近代製鉄技術の導入後も大正時代末期まで操業が行われたが、赤目砂鉄を主体にしたたたら製鉄は室町時代から慶長時代に衰退した。その原因は諸説あり、赤目砂鉄では品質の良い鉄を得ることが難しく、安定した生産量を確保できなかったためと考えられている。近年、赤目砂鉄に分類される鎌倉砂鉄を使用した製鉄が実施されたが、良質のケラが得られる操業過程の報告はなされていない。このような背景を踏まえ、鎌倉砂鉄から良質の鉄を得る操業過程を確立し、鎌倉たたら製鉄衰退原因を探る研究を開始した。様々な条件での操業により、製鉄のパラメータになるのは砂鉄密度、選鉱方法、添加粘土量、装荷比(砂鉄/木炭)、炉内温度、送風量、炉の高さ、炉内構造、木炭の品質であることがわかり、安定して高品質の鉄が得られる設定値を見出し、鎌倉砂鉄によるたたら製鉄操業過程の確立に成功した。真砂砂鉄に比べて赤目砂鉄はパラメータの自由度が小さく、わずかな変化でも鉄が得られないことを確認した。古代製鉄では勘と経験に頼る操業のため、赤目砂鉄による製鉄は困難だったことに加え、伝承方法が一子相伝的であったことも衰退の一因であると結論づけた。さらに、原料となった砂鉄および生成鉄について鉄を含む17種類の元素の定量分析を行った。その結果、奥出雲砂鉄と鎌倉砂鉄の違いは砂鉄の種類によるチタンおよび採取場所の違い(山または海)によるカルシウムについて明確な違いが観察された。カルシウムは海水の影響によるものと考えられ、鉄生成の重要な要因となることがわかった。鉄生成の過程では、炭素(一酸化炭素ガス)は鉄酸化物の強力な還元剤であり、その反応は発熱反応である。吸炭が進むとより低い温度で鉄と炭素の合金液滴が形成され、炉底に不純物を含まない高純度の銑鉄(ケラ)が生成する。さらに、砂鉄とケラに微量に含まれる銅およびニッケルの成分割合はほとんど変化が見られない。このことから、生成鉄の原料になった砂鉄の産地を特定する手がかりになると考えており、今後の研究に期待できる。