鉄の工業的製法（手順・反応式・銑鉄・スラグ・鋼など）

【プロ講師解説】このページでは『鉄の工業的製法（手順・反応式・銑鉄・スラグ・鋼など）』について解説しています。解説は高校化学・化学基礎を扱うウェブメディア『化学のグルメ』を通じて6年間大学受験に携わるプロの化学講師が執筆します。

Recipes

工業的製法の流れ・仕組み

STEP1	溶鉱炉内に鉄鉱石（Fe₂O₃）・コークス（C）・石灰石（CaCO₃）を入れ、熱風を吹き込む → COが発生 → COによりFe₂O₃が還元 → 銑鉄が生成
STEP2	転炉で、融解した銑鉄にO₂を吹き込む → 鋼が生成

Point!

鉄の工業的製法はこの2STEPで行われる。銅の製法やアルミニウムの製法と比べると手順も少なくアッサリしているが、入試で頻出の大切なところなので油断しないで見ていこう。

溶鉱炉に鉄鉱石（主成分：Fe₂O₃）・コークスC・石灰石CaCO₃を入れ、熱風を吹き込む

まずは、溶鉱炉に鉄鉱石（主成分：Fe₂O₃）・コークスC・石灰石CaCO₃を入れ、熱風を吹き込む。

\[
CaCO_{3}→CaO+CO_{2}\\
C+O_{2}→CO_{2}\\
C+CO_{2}→2CO
\]

熱風により石灰石CaCO₃の熱分解及びコークスCの燃焼が起こり二酸化炭素CO₂が生じる。このCO₂をコークスの存在下で加熱すると一酸化炭素COになる。

\[
3Fe_{2}O_{3}+CO→2Fe_{3}O_{4}+CO_{2}\\
Fe_{3}O_{4}+CO→3FeO+CO_{2}\\
FeO+CO→Fe+CO_{2}
\]

Fe₂O₃が段階的に還元されて銑鉄（Fe）となる。（全体の反応式は次の通り）

\[
Fe_{2}O_{3}+3CO→2Fe+3CO_{2}
\]

銑鉄は炭素を多く含み（C＞2％）、硬くてもろいという性質がある。

また、不純物として鉄鉱石に含まれていたSiO₂やAl₂O₃が石灰石の熱分解で生じたCaOと反応して、CaSiO₃やCa(AlO₂)₂に変化したものをスラグということも覚えておこう。

転炉で、融解した銑鉄に酸素O₂を吹き込み、鋼を得る

最後に、転炉で、融解した銑鉄に酸素O₂を吹き込むことで鋼を得る。

鋼は（銑鉄と異なり）炭素をほとんど含んでおらず（0.02％＜C＜2％）、粘り気があってかたいという性質をもつ。