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理科っぽい視点で身の回りのことを見てみませんか? そんない理科の時間B、第429回。
そんない理科の時間B、お送りいたしますのは、よしやすと、
かおりです。
よろしくお願いします。
よろしくお願いします。
今日は、ちょっと前から予告していた、鉄の話をしようと思っています。
お、伏線の回収ですね。
伏線の回収というか、宿題の回収というか。
はい。
結構ね、いろいろ調べるとたくさん情報があるんですけど、
鉄のどこが、何を話したらおもしろいのかわからないまま、
この録音の当日を迎えております。
何を話したらいいのかわからない、その頃は。
図書館でいろいろ借りてくると、
製鉄書の話あり、あとは製鉄の歴史。
あとは鉄ってこんな特性だよねとか。
あとは、日本の製鉄の特徴、タタラ製鉄と日本刀とか。
日本刀ね。
あとは、最新の鉄のテクノロジーとか。
最新。
最新。鉄もね、合金が違ったりとか。
あとは、高い、機能が高い鉄があったりとかっていうのがあって。
そうなんですよ。
だから自動車とかに使うのに、自動車に使ってる鉄。
自動車に今鉄使います?
ボディ鉄でしょ、だいたい。
プラスチック?
いやー、プラスチックじゃないですよ。だいたい鉄ですよ。
え、でもスマートはパキパキ割れましたよ。
それは一部だった。
フレームのところは鉄かな、がっちりしてるけど、
それ以外のところはプラスチックでしたよ。
その中でも、ここは柔らかくて、ここは硬くて、
ぶつかったときにはここは潰れるけどここは潰れないとかっていうのを、
鉄なんだけど材料が微妙に違ったりして、
やってるとかっていうのがあったりとか、あるんですよ、そういうことが。
どっからどうやったら面白いのかなっていうのが思っていたりします。
いろいろありすぎるってことね。話題として。
話題としてはたくさんあるんです。
図書館に行っても何冊もあるんです、鉄の話が。
最初にいくつかフォローアップのことをお話ししようと思うんですけど。
フォローアップ?
前回428回、メールにお答えしたやつで、
飛来心の話をしたと思うんですけど、
飛来心って雷を尖ったやつで受けて、地面に電線がつながってるんですね。
で、私は当たり前のように地面に電気流すんですよって言っちゃったんですけど、
これ皆さんには当たり前じゃないんだろうなって後から思ったんで補足をします。
普通、地面って電気を流す感じしないですよね。
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なんだけど、なぜか電気の世界だったら変ですけど、
そういうところでは、アースって言って地面に電極を指しておくと、
そこに電気が流れるつもりでいろんなことが進むわけですよ。
でもみんな、地面に電気流れるってどういうことって思ってるんじゃないかと思っていて、
地面の土自体にたくさん電気が流れるっていうわけではありません。
導線みたいなね。電線とは違うんですけど。
一方で、地面はすごく大きい物質の塊でしょ。
そこそこに水分もあったりすると、
ある程度電気を貯めておけるっていう性質があって、
大きい電流が流れてきても、それを受け止められるんですね。
地球として。アースね。
電流がどこかに流れていくというよりは、
例えば平井市から流れてきた電気自体は、
その近辺の土全体でじんわり受け止めるように電流が流れてっていうことが行われていて、
なので電気が流れてどこか行き先があって、
変電所とか発電所みたいなのがあるわけではなくて、地球という大きい…。
なんとなく薄まるってこと?全体的に広がって。
そうですね。地球全部って言うと言い過ぎで、
何十メートルかと深さも何十メートルかの範囲の中で、
電気を受け止めてくれるっていうイメージで持ってくれると一番合ってるかなと思います。
それが、変電所とか発電所とかそういうところでもアースっていうのを使ってたり、
お家の中でも漏電っていうのが起きたときに、
手で触るとビリビリビリってくるようなやつも、
アースっていうのをつないで地面につなげると、
少しぐらい電気が漏れたやつを地面が受け止めてくれるっていう感じで、
アースっていうのをつなぎます。
そうすると、電気製品の中から電流が手とかに触るところにつながったとしても、
そっちに影響が少なくできるっていうのでアースがつながっているのと、
アースっていう線に電気が流れると、
発電所から来た線の行きと帰りの流れる電流が変わるんで、
そうすると、これは普通と違って電気が漏れているぞって言って、
漏電遮断器っていうのが動いて、電気がストップするっていうね。
つまり電気がどっかに漏れて、人が触ったりとか、
他のものに流れると危ないから漏電遮断器が落ちるっていうのも、
アースをしっかり接続していると安全に漏電遮断器が動くというふうになっています。
アースってよくコンセントの横にペロッと紐がついてるじゃないですか。
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アースつなげてくださいってやるけど、結構大きな家電についてることが多いですよね、比較的。
水周りに近いところの家電についてることが多いんですよ。
なるほど、そうね。電子レンジだったりとか、あと洗濯機だったり。
そうね、確かに。
だからテレビとか掃除機とかにはついてない。
それは漏電とかするときに、水のところで危ないからっていうのもあるわけね。
ちょっとぐらいなんかあったとしても。
手に流れたら漏電遮断器が落ちるんですけど、ビリビリビリってきてから漏電遮断器が落ちるんですけど、
アースがちゃんとつながっていればビリビリってこなくて、
漏電遮断器が落ちて、アース側に流れてくっていうふうになってるんですよ。
アースっていうのはだいたい、水濡れするタイプの家電の人が触るような外壁のところとつながってるようになっているので。
ということで補足説明でした。
もう一つ、その前の前の427回で仮想通貨や暗号資産の話をしたんですけど、
こちらについてわかりにくいという声を複数いただいておりまして、
わかりにくいっていう話と、面白くないっていう話と、
細かく説明してもソフトウェアみたいなものって実体がないから何だかわからないっていう、
説明がわからない話と何だかわからないっていうのと、面白くないっていうのの混じってる感じもあって、
なかなかね、何をどう話すと面白くなるんだろうなって思いながらちょっと考えております。
この番組を撮る前にかおりさんとちょっと話したら、
あんまり身近じゃないからじゃないのっていう話とかをかおりさんからされて、
ビットコインはそうでもないかもしれないけど、
通信の暗号化みたいなやつって私にとってはすごく日常なんだなと思ってるんですけど、
かおりさん的にはそんなに日常というか、紛れてるかもしれないけど、
知らなくてもいいじゃんっていう感じなんだろうなと思って。
放送がデジタル化されてても、別にアナログよりも絵が綺麗だったらよくて、
どんなふうにデジタル化されてるのかなんて知らなくてもいいし、
知っても最初は面白くないのかなっていう。
そうそうそうそう、だからなんだろう、テレビ買い替えるのがめんどくせえってだけ?
かおりさんはオリンピックをテレビでは見てないんですよね。
No、見てません。
ネットで見るぐらいだよね。
ネットでも見てません、ほとんど。
なぜならうちにあるテレビは電源にもつながってないし、置いてあるだけだからです。
今回のオリンピックで、NHKがオリンピック中継の途中でニュースとかを入れるのに、
サブチャンネルっていうのを使って、
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要は1チャンネルというか、NHK総合っていうチャンネルを2つに分けて、
画質は悪いんだけど、ニュースとオリンピックの2つの放送をいっぺんに流すっていうのをやってたのね。
そうそう、そういう編成をやっていて。
ワンセグっていうのがあったじゃないですか。
今もあるんですけど。
実はデジタル放送っていうのは、13個のセグメントに分かれていて、
それを別々な情報を送れるようになってるっていう仕組みがあって、
普通のテレビは12個使ってハイビジョンっていうのを放送してるんだけど、
残りの1セグメントを使って、今は画質が悪い放送をしていて、それがワンセグっていうやつで。
12セグメントあるやつを、66で分けると半分の画質で2チャンネルも遅れて、
3つに分けて、4セグメント、4セグメント、4セグメントにすると、
昔のアナログ放送と同じぐらいの画質で3チャンネルも遅れるっていう仕組みがあってとかっていうのは、
私はデジタル放送が始まるときに、そんなことができるんだって思いながら聞いたんですけど、
普通の人にとっては何の関係もないというか。
ワンセグ自体はあったじゃないですか。
携帯で見れるとか、画質が悪いけどどうたら、でもちょっと見るだけだったら十分だよねとか。
っていうのに、じゃあワンセグのセグって何?セグメントって何?ってところで、
ちょっとふーんっていう知識としてはありましたけどね。
ハイビジョンの番組をあまり作ってない時期でも、ハイビジョン放送になったときに、
弱小放送局は、地方局とかは、昔のやつの再放送を低画質で3チャンネル分パラで流すみたいな話とかもやってたことがあって、
しばらくそんなのは出てこなかったんだけど、今回のオリンピックでマルチ放送、NHKの1番と2番っていうのができて、
急に出てくる裏チャンネルみたいな選挙区の仕方が1分流れるっていうのをやってたんですよ。
みたいなことをやっていて、別に仕組みなんか知らなくても見られればいいんじゃねえのみたいな話とかがあったりするのと、
暗号通貨の話も似ているのかなと思ったけど、
この私たちの番組って、普段知らなくてもいいことをちまちま話す番組じゃないですか。そもそも。
新しい視点が増えていいじゃないですか。
1日が0.何秒ずれててもそんなにみんな気にしないよねっていう話なんだけど、
やっぱ面白さがいろいろ違うんだなっていうので、いろいろ考えさせられていますという状況でございます。
で、今日本編では鉄の話をするんですけど。
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鉄。
鉄の、かおりさん鉄の何が知りたい?
えっとね、何が知りたい。私個人。
何の話だったら面白い?
私個人は結構キッチン用品が好きなので、
その素材、その調理に影響するって言い方は変だけど。
それ鉄とアルミと銅との比較とかなんじゃないの?
そうそうそう、比較をして。
そういう話は出てこないな。
じゃあ、じゃあ、えっと日本刀。
あ、日本刀ね。
私はすごく日本刀フェチではないけど、結構日本刀好きな人は多いじゃないですか。
そう、日本刀の何が分かると楽しいのかが。
一つは結構、今現時点の、日本刀を作れないって聞いたことあるんですよね。
今はもう、当時の技術としてはもう廃れたと。
そこら辺がどうなのかなとか。
じゃあ当時の技術ってどんなの?とか。
でも今のほうが、鉄の性能であったり性質とかっていうのはもう十分分かってるって言い方は変だけど、
分かってると思うのに、なんでそういうふうに作れないのかな?
そんな話が聞いてみたい。
そうですか。
と思うな。
一番最初にメールをいただいたときにも、
鉄のお話がしてほしいですってあったんですけど、
ちょっとぼんやりしていたところもあって、
何について話そうかなって思いながら、
私なりに鉄の話をしようと思います。
よしやす鉄ですね。
よし鉄。
ちなみに鉄道の話は出ません。
あ、そうですか。
はい。
ということで、本編のほうに行ってみたいと思います。
はーい。
というわけで、今日は鉄の話をします。
はい、鉄ですね。
FE。
そうです、鉄ですね。
地球、なんだっけ、コズミックフロントってNHKでやってるんだっけ?
はいはい。
アイアンプラネット、地球ってあった気がする。
そうなんですよ。
宇宙の中の元素の構成として、
鉄は思い割にはたくさんあるっていうところから話が始まるんですけど。
いいとこついた私。
打ち合わせしてないけど。
宇宙の中の元素っていうと、水素とヘリウムがとても多い。
そもそも、
一番ちっちゃいしね、簡単だしね。
ビッグバンが起きた後、一番基本的な元素ができたときには、
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すごいたくさんの水素とちょっとだけヘリウムっていうのができましたと。
で、水素が集まって、光勢、太陽みたいな星ね。
で、核融合が起きて、水素からヘリウム、
またいくつかの軽い元素が作られるようになりました。
核融合が、水素からヘリウムの核融合が一段落すると、
中から外に向かってエネルギーが出ないんで、
重力がだんだん縮んできてしまって、ぎゅうぎゅうに押されて、
今度はもう少し重い元素の核融合が始まるってことが起きます。
どっかで超新星爆発みたいなものが起こるんですけど、
一番最初の第一世代の構成は、あまり重い元素を作らないまま、
重い元素がたくさんないまま、超新星爆発をしたんですけど、
第二世代の構成とかは、水素だけではなくて、
ちょっとだけ重い元素も入りながら構成を作ると、
実は核融合の進みもちょっと早くてですね、
早熟な構成になってとかっていう、
第一世代、第二世代みたいなものがあって、
今、私たちの太陽系の太陽や地球っていうのは、
水素とヘリウムばっかりじゃなくて、
さっきかおりさんも言ったけど、
地球っていうのは、酸素とケイ素の後ぐらいに鉄が多いんじゃないかな。
酸素、ケイ素、アルミ、鉄かなっていうので、
地球の中の5%ぐらいは鉄。
おお、多いですね。
近くに含まれる鉄で、
地球の内部までだと鉄がとても多いと考えられています。
コアというか内核っていうのかな。
うん。総理大臣。
外核っていうのと内核っていう。
コアっていうところには鉄がとても多くて、
マントルっていうところはケイ素が多いんですけど、
こんだけたくさん鉄やら何やらがあるってことは、
我々の地球っていうのは、第三世代とか第四世代ぐらいに構成が爆発して、
少し重い元素ができて、また核融合がだんだん進んでいくと、
少し重い元素になって、核融合でまた重力とエネルギーが釣り合って光って、
それが燃料が終わるとまた中からの力が少なくなってグーって縮んで重力でね。
また少し重い元素ができてっていうタイプと、
もう一つは超新星爆発をするときに、
原子核、中性子と陽子があるところに、
新しく陽子や中性子がバーンってぶつかって、
くっついて重い原子核になるとかっていうのがあって、
重い元素がだんだんできるっていうのがあります。
実は鉄っていうのは、重すぎず軽すぎずっていう原子核の大きさなのね。
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鉄よりも重い元素は、中性子と陽子のバランスが悪いと崩壊、
核分裂をして、小さい原子番号が小さいものに分かれる。
すごく重いやつで半分ずつみたいに分かれちゃうのもあれば、
ちょろっとだけ中性子とか陽子を飛び出させて、
ちょっとだけ軽くなるっていうのもあるんですけど、
鉄よりも重いものでは、そういった核分裂で軽くなるっていうタイプの同位体とかが多くて、
一方で、鉄よりも軽い元素は、ぎゅーって押し付けられると核融合っていって、
くっついてエネルギーを出すっていうのがあって、
何をやると思うかというと、エネルギー的に不安定なんですよ。
上も下も。
上も下も、上も下も、それが起こるとエネルギーを出すわけですから、
エネルギーがちょっとだけ余ってるわけね。
なんですけど、鉄はそれでいうと一番安定していて、
いろんなものが宇宙の中でくっついたり離れたりする中で、
鉄まで行くと、鉄から他のものにはなかなかならないわけ。
どっしり構えちゃうわけですね。
そうそう。もちろんね、そこに中性子が入ってくれば、
重い鉄になって、不安定になると中性子が陽子になるとかっていうことが起きて、
重い元素になったりもするんですけど、
鉄自体はなかなか変わらないってのがあって、
実は重い元素の中では鉄は宇宙の中でも多いという、ちょっと変わった元素なんですね。
なので、鉄は一番安定している原子核を持つ元素ですっていう話と、
地球の内部にたくさん鉄があって、
鉄の惑星って言ってもいいんじゃないかっていう話と、
地面があるところには、酸素、ケイ素、アルミに続いて、
そこそこたくさん鉄があるよっていうのが、鉄の性質です。
地球では鉄が多いんですね。
それは他の太陽系の惑星でも鉄は多いんですか。
ある程度多いとか。
宇宙の中で鉄っていうのは、
原子番号が大きくなると存在確率が減っていくんですけど、
グラフを描くと、左のほうに水素があって右のほうに重い元素があると、
だんだん右下がりになるんですけど、
途中でこぼこがあって、
実は水平リー米っていうリー米Bみたいなやつはちょっとだけ少なくて、
そのあと、炭素とか窒素とか酸素とかはまた多くなって、
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偶数の原子番号のやつが多めで、奇数のやつが少なめでっていうふうに、
だんだん右下がりになっていくんですけど、
鉄のとこだけピョッて飛び出してるんですよ。
っていうふうに推測されていて、
宇宙の中の元素の相対的な数でも結構多い。
結構安定してるからっていう話と、
もうひとつ、地球は鉄がたくさんありますって話をしたんだけど、
なんで今、鉄鉱石が取れるかって話。
鉄がたくさんあって、海があったから、
海の水の中に鉄が溶けていましたと。
でも放っておくと、鉄分の多い海が広がるだけじゃないですか。
でも今、鉄鉱石っていうのがたくさん、
特にオーストラリアとか地域が、ロシアとオーストラリアと中国とかで、
鉄鉱石がたくさん取れるわけ。
なんでそこだけたくさん赤い鉄がまとまってあるかってわかります?
そこに鉄が沈んだわけですよね、沈んだというか。
そう、鉄が出てきたんです。
これはですね、なんと植物が酸素を作り始めたんですね。
植物が酸素を作り始めると、その酸素が海の中に溶けている鉄を結びついて、
酸化鉄として海の底に沈み始めたっていう時期がありまして。
そういう歴史があって、酸素がたくさん作られたから、
鉄が海の中で鉄鉱石のもとになる塊になって沈んで、
それを今掘り出して、鉄鉱石になっているっていう流れで、
皆さんの手元まで鉄がやってきているんですね。
それがロシア、オーストラリア、中国に多いのは、それは、
そのときに海だったから。
で、今は海じゃなくなってるから、掘れると。
そうです。
ああ、そうか。海じゃなければ、鉄は水に溶けてなかったし、溶けてないというか、なかったし、
そうすれば当然そこに沈みもしなかったと。
そうそう。
なるほど。
ということで、鉄はどこからやってきたかっていうと、
まずは、宇宙の中で安定している元素として、鉄っていうものがたくさんできて、
それが集まって、地球みたいな惑星になって、
で、鉄はそこそこあるんだけど、海の水に溶けていたのが、
植物のバクテリアによって、鉄鉱床ね。
鉄の鉱の床って書いて鉄鉱床なんですけど。
鉄の鉱の鉱って何?
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鉱は、鉄鉱石の鉱ね。鉄片に広い。
っていう鉄鉱床っていうのを形成して、
それが海底から地上に現れて、鉄鉱石になったというふうになっているわけですよ。
なるほど。
なので、植物、フランクトンというかシアノバクテリアっていうのがなければ、
こんなにまとまった鉄鉱石になってなかったんじゃないかと。
ということで、酸化鉄がたくさんある鉄鉱床が、
鉄鉱石になって現れてきています。
では、この鉄を人類が利用し始めたのって、いつからかっていう話で、
実は最初に利用したのは、
ヒッタイト人。
ヒッタイトの前に、
隕石の中の鉄が多いインテツと呼ばれてるやつを加工して作ったっていうナイフが、
ヒッタイトの前のエジプトに残っていて、
最初の鉄製品は隕石で鉄が多いものを叩いて伸ばして作ったっていうものが、
一番最初じゃないかと言われています。
それは落ちてきたものだから、そこにあったわけね。
黒光りするようなものがあって、
これは他の石と違うって言って、叩いたら割れないで伸びたみたいな。
なんで叩いたんだろうね。
投げてみたのかな。
石があったら叩くんですか、やっぱり。
というか、宝石とかもどっかから拾ってきて、
綺麗な石があれば王様に献上するとかってして、
その中に多分黒光りして、他の石とは違うものを見つけたんじゃないかと思うんですけどね。
そこだけ取ろうとしたのかな。
そこだけ取ろうとして叩いたら、あ、やべー叩いちゃった、あ、伸びた。
陰鉄は見かけも違うし、金属光沢があるんで、他の石とは違う感じになってくる。
綺麗に削ろうと思ったりとかしたのかもしれないけど、
そしたら性質が違うので。
あとは精銅とかっていうのが作られると、
これ金属っぽいっていうので、金属と同じように叩いて剣みたいにするっていうので、
剣として残ってるんですよね。
銅の有点っていうのは1084℃かな。
これが錫を加えると有点が下がって700℃ぐらいで溶けるようになるんですね。
銅と錫を合わせた合金が精銅と呼ばれていて、
精銅はあんまり錆びないし、低い温度で溶けるんで、
溶けたものを型に入れてものを作るっていう鋳造がやりやすいっていうので、
炭とかを使っても溶けるからね、温度的に。
炭の温度が1000℃弱ぐらいかな。基本的には。
なのでこれが溶かせるので、精銅器っていうのがたくさん作られたんだけど、
27:00
さっきかおりさんも言ったとおり、
一帯都人、一帯都文明というところが、
鉄のものが作れるというのを門外不出のテクノロジーとして、
鉄を輸出するっていうのをして、一大ビジネスをしていたんですけど。
あれ結局、一帯都の鉄加工技術って伝わってないんじゃなかったでしたっけ。
あれ伝わったんだっけ。結局流れちゃったんだっけ。
一部は伝わったんじゃないかと言われているんですけど、
純粋な鉄は1500℃を超えないと溶けないんですよ。
鉄の発見は諸説あるんですけど、
精銅を作るときに、いろんなものを入れて、
強くしたりとか、溶けやすくしたりとか、加工しやすくしたりするっていう中に、
鉄鉱石があったんではないかと。
とりあえず入れてみようと。
最後、精銅を作ったあと、
くずとして出てくる、不純物として鉄ができていたっていうところから、
鉄を作るにはこの石が向いてるんだろうなっていうのが見つかったっていう話と、
もう一つ、鉄は1500℃を超えないと溶けないっていうふうに今言いましたけど、
鉄を加工するには、鮮度とかいかなくても加工できるっていうのがそもそもありまして。
溶かさなくても叩けばいいってこと?
そう。つまり、厚くして形が変えられるぐらいまでになるには800℃を超えるぐらいで、
形が変えられるが柔らかくなるので。
なので、鉄を加工するには鮮度もなくて大丈夫っていうのと、
炭素が多めに入っていると、
さっき言った1500℃よりも低い温度で溶けるっていう性質もあって、
ある程度は溶かせて、
あと基本的には、加工するときにはドロドロなものを鋳造して作るのではなくて、
たぶん鉄鉱石を温めて溶かすんじゃなくて、
酸化鉄から酸素を取るっていうのができれば、
鉄の塊がドロドロに溶けてなくても、
塊になったものを熱い状態で800℃から900℃で叩いて加工するってことをやって、
鉄器を作っていたというのがヒッタイトの頃の鉄の作り方と加工の仕方。
鋳造ではないと。
鋳造ではない。
鋳造がたくさんできるようになるのは、
本当にたくさんできるようになるのは、18世紀、19世紀の産業革命の頃なんですけど、
そうなんですよっていうのがありまして、
そんなところから鉄の…。
物語が始まります。
製鉄というのが始まります。
鉄はどうやって作るかっていう話を今したんですけど、
30:01
酸化鉄っていう赤い鉄鉱石を、そこから酸素を抜く。
科学の言葉で言うと、還元するって言うんですけど。
ほうほうほう。酸化還元ね。
そうそう。酸素を引き剥がせば酸化鉄が鉄になるので、
いろんな人がいろんなことを考えたんですけども、
基本的には木炭みたいな炭素がたくさんあるもので温めてあげると、
炭素が燃えて一酸化炭素のガスが出たりすると、
それがとっても還元作用が強いのね。
炭素自体も還元作用があるんだけど。
一酸化炭素はそうですね。二酸化炭素になりたがるわけね。
そうそう。それが酸化鉄の中から酸素を引っ張って鉄にするというのができるようになって、
いろんな方法で炭と鉄鉱石を一緒に熱して、
熱くして酸化鉄のものから鉄を作る。
あとは、それが鉄として塊になるっていうのを、
いろんな方法で作るっていう製鉄の方法があちらこちらで進んでいきます。
いろんな鉄鉱石の出方もあるので、
その方法は地域によっても違ったりするんですけど、
場所によっては湖の底に鉄の塊みたいなものが泥としてあって、
それを製鉄に使うっていう地域があったり、
あとは鉄鉱石っていう酸化鉄、赤い鉄が地面の中からほって出てくるのもあれば、
日本みたいに鉄の鉱山はないけれども、
砂鉄として、砂と一緒の中に砂鉄が多く含まれてるところから、
砂鉄を使ってそれを鉄の塊にするってやつとかで、
いろんな製鉄方法ができてきます。
基本的には鉄を作るには、さっきも言ったとおり、
酸化鉄から酸素を抜いてっていうのを何かしらの方法でやって、
あとはある程度以上温めて、
ドロドロに溶けなくてもいいからくっつくぐらいまでの温度にはして、
塊にするっていうのがあれば鉄ができますよっていうこと。
だいたい炭素、つまり炭とかね、
あとは現代の製鉄ではコークスといって、
石炭を蒸し焼きにしたものと鉄鉱石を混ぜて、
同じようにコークスも炭素がたくさん入っているので、
ほぼ炭素の塊なので、
それで一酸化炭素、ガスで鉄を還元して炭素と直接触れて、
それがまた鉄の中の酸素とコークスの中の炭素が結びついて、
33:00
鉄を還元するってなって、最終的に鉄ができる。
そのときに熱を出すのが燃えるわけですから、
酸素と結びついて炭素がね。
ってことは、そこで熱が出る分で、
鉱炉っていう炉の全体の温度を高めて、
どんどんどんどん鉄を作っていくっていう方法があって、
炭素がたくさん入った鉄ができるっていうのが、
初期の頃って言ったらいいんですけど、
鉄の作り方の一番原点としてあります。
なので、炭とか木とかコークスっていう炭素を主原料としたもので、
鉄鉱石を還元してあげて、
鉄の塊を作るっていう方法が基本的にあります。
それだと、炭素がたくさん入った鉄っていうのができます。
普通に作ると炭素が5%ぐらい入っちゃうのかな。
なんですけれども、炭素がたくさん入りすぎると、
炭素と鉄が結びついた化合物が鉄の中にたくさんできるので、
それはとても硬いんです。
炭化鉄。FE3Cなのかな。
鉄原子が3個に対して炭素が1個っていう結びついた炭化鉄。
これをセメンタイトっていう名前で呼ぶんですけど、
ちょっと硬そうでしょ。
硬そうね。
これがたくさんあると、とても硬いんだけどもろくなる。
鉄の中にセメンタイトが均等に入らないで、
一部だけセメンタイトになるみたいなことがあると、
そこは硬いけど残りはもろいみたいなことになってしまって、
そういった炭素が多すぎるものは、
もろい、粘りのない鉄になるという特徴があって、
それでももちろん鉄製品は作れるので、
そのままでもいいんですけれども、
炭素が少なくなると、2%を切るとだんだん鉄の純度が高くなって、
一般的に2%よりも炭素が多いと、
鋳鉄とかいう異物を作るための鉄。
さっき言ったコークスと一緒に鉄ができてきてどろどろ溶けて、
炉から出てくる溶けた鉄を銭鉄、金片に先って書いて銭に鉄ね。
溶鉱炉で作られた鉄を一般に銭鉄というようです。
炭素が一番多いときは6%ぐらい含むことがあって、
2%を下回るようにしないと、
2%下回るとそれを鋼、金片におか?鋼鉄って言うじゃないですか。
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鋼鉄の鋼なんですけど、
これを炭素が少ないものとして、
炭素を2%にすると鋼鉄、鉄鋼みたいなのがあって、
この炭素の含有量で、
硬鉄とか硬いやつとか柔らかい鉄とかっていうのも調整ができるんですけども、
何が言いたいかっていうと、
鉄を作ってどろどろに溶けた鉄から炭素を抜くっていうのをやらないといけないんですよ。
炭素を抜かないと粘る鉄というのができません。
今はね、実は鉱炉っていう鉄を作る大きい炉で、
コークスっていう石炭を蒸し焼きにしたやつと鉄鉱石がメインの材料なんだけど、
それで作った銭鉄っていう炭素が多いやつをもう一回、
炭素を少なくするっていう工程を通して、鉄鉱にするんだねっていうのを取ってるんですけど、
タタラ製鉄っていう、日本が昔からやっている鉄の作り方は、
たまたまなのか、狙ってるのかが微妙なんですが、
鉄の塊がドーンってできるのね。
作り方は、砂鉄と墨を交互に入れて、
いろいろね、順番とかタイミングがあるらしいんですけど、
鉄を内部で溶かして、鉄の塊にするんですね。
そうすると、同じように酸化鉄の炭素が取れて鉄になるんですけど、
ずーっとね、ふいご、タタラっていう大きいお風呂みたいなやつの下のほうに口をたくさん作って、
そこにふいごっていう送風機ね、空気をずーっと送り込むんですよ。
アコーディオンみたいなやつでてるやつよね。
で、それを3日未満、空気を送り込むっていうのをやって、
鉄の塊の中に炭素が多いところと炭素が少ないところっていうのが両方できるように作れる鉄の塊ができるんですよ。
で、それをガンガン割るのね。
脆い鉄はガンガン割れるんだけど、真ん中のほうに玉鋼っていって、
鋼はこうですね、紀平両家の鉄鋼ね、っていう塊があって、
その周りの鉄と真ん中の鉄を分離することで、
1回の製鉄作業で、玉鋼っていう炭素が少なめな、つまり鉄鋼が作れるっていうのがあって、
日本刀では玉鋼っていうのを鍛える話と、
ガンガンガンガンってやったんですね。
そうそう。で、柔らかい鉄と固い鉄っていうのを組み合わせてサンドイッチにして、
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粘り、しなりもあるけど固くてよく切れるっていうのの両立ができるっていうことができるようになりました。
っていうのが、タタラ製鉄と玉鋼と日本刀の特徴としてあります。
現代でもたぶん同じような材料を作ることはある程度できるんだろうけど、
その中の不純物をどんどん取っていくっていう作業を、
みなさんがよく鍛冶屋さんで見る、鉄を叩いてる姿があるじゃないですか。
あいづちを入れるってやつですけど、
叩くのはハンマーみたいなやつでしょ。
ハンマーは土でね。
はい、カチン、はい、カチンってやるのがあいづちですよね。
声がかかってるの?私、直接というか動画的に見たことないんだけど。
ハンマーを打ちつける人は声は出さないよ。
でも、横でホイヤーって言うとカチンって打つわけ?
鉄の塊を握ってる人は声かけ合わせして、それに対してハンマーを入れるわけ。
へー、そうなの。
それがあいづちなのね。
っていうのをやって、高温で叩くことで不純物を出すっていうのを手作業でたくさんやるんですけど、
その点と、あとはさっき言った炭素が濃いところと薄いところの乱雑さっていうのが玉鋼が独特で、
今の均質な炭素が同じだけ含まれているってやつと、
内部構造が微妙に違うっていうのが、今作れないって言われることらしいです。
だから、タタラ製鉄と同じことをやれば同じような材料ができるんだろうけど、
今の鉄工所から出てくる鉄で、炭素の量を同じだけにしたっていうだけでは、
昔ながらの日本刀の粘りとはちょっと違ったものになってしまうっていうのがあるようです。
やっぱり日本刀にしてみれば、昔ながらの粘りのほうがいいわけ?
硬さと粘りのバランスはいいらしいんですけど。
今の技術で作ったやつよりも、昔のやつのほうが日本刀の性能って言い方はわかんないけど、としては良いと。
結局ね、世の中はお金の世界なので、タタラ製鉄やって日本刀作って、
たぶん一本刀作るのに何百万円かかってもいいんだったら。
三日三晩経ってふいごやるなんて、労働基準法に触れますよね。
監督してる人は触れると思いますけど、ふいごやる人は別に8時間で交談すればいいんでしょ。
そういうこと?
ずっと見てる人は寝ずの晩らしいんですけどね。
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ずっと一人が見てなきゃいけないの?
そうらしいです。そこも大変みたいで。
現場監督がやっぱり全部の指揮をとって、
空気をもっとしっかりとか言って、
ちょっと今空気減らしてーぐらいな。
そっちもあるし、どこで追加の炭を入れるかみたいなところも。
やっぱ見るのとつつくのが両方あるみたいですよ。
つつく?
溶けてる鉄を外から棒でつつくとかってのもやるみたいで。
柔らかさを見るとか。
鉄の性質として、鉄って中で結晶というか鉄の原子がある程度規則的に並んでいるんですけど、
温度によってその形が少し変わるんですね。
911度まではアルファ鉄っていって、それよりもあったかくなるとガンマ鉄っていって、
1392度を超えるとデルタ鉄っていうふうに性質が変わるんですって。
実はこれも炭素の含有量によって微妙に温度が変わるんですけど、
これで途中で中の結びつき方が変わるので、
炭素を含んだ鉄をそこそこ温めた後、急に冷やすっていうふうにやると、
先ほど言った中の分子構造というか結晶構造っていうのが急に変わるんで、
炭素が閉じ込められる感じが冷ますスピードによって違うってことが起きます。
焼き入れっていうのはデルタ鉄、1300度を超えた鉄を、
炭素が逃げる時間がないぐらい早く冷やすとカチカチと固まると、
セメンタイトっていうのがある程度形として残って、
デルタ鉄の中に炭素が入った状態のまま固まっていって、
これをマルテンサイトって言うんですけど、
これは焼き入れっていう行為で固くなるっていうことができます。
要は急に冷やすと中の構造が違って、
もう一つ焼きなましとかいうやり方で、
温めたやつをゆっくり冷やすと、
結晶って水の氷もそうなんですけど、
ゆっくりゆっくり氷にすると、
不純物じゃなくて純粋なものが集まって結晶になりたがるのね。
ゆっくりゆっくり結晶を作っていくから。
整列してくっついていくんで、
不純物がない鉄だけのものができて、
その間にちょっと炭素が濃いところっていうのができるんだけど、
全体的には炭素が薄いものがすごく増えて、
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これをパーライトって言うんですけど、
これをやると焼きなましって言って、
しなやかで柔らかいものができます。
この焼き入れと焼きなましっていうのをうまくコントロールすると、
鉄の中の構造がどのくらい細かく、
セメンタイトが分かれているかっていうのがコントロールできて、
これをやることで、同じ炭素の含有量であっても、
硬いところと柔らかいところっていうのが作れたりする。
全体的にやることもあるし、
一部だけ焼き入れをするっていうこともできたりして、
急に温めて急に冷ませばいいわけだから、
表面だけバーナーで温めて急に冷やすと、
表面だけ硬いものができたり、
ドリルの刃の先みたいなやつね。
とか、ドリルの刃の先だけ焼き入れするとか、
表面だけ焼き入れするとかあるんですよ。
本体っていうか、そこは別にそこまで硬さは必要ないから。
っていうのと、全部焼き入れしちゃうと、
ドリルの刃とかってパキンと折れやすくなっちゃう。
逆に。
だから全体的にはしなやかで粘りがあったほうがいいけど、
ものに当たるとこだけ硬いほうがいいみたいなところがあって、
電車のレールとかも、
表面だけバーナーで炙った後急に水で冷やすっていう、
上面だけ焼き入れするっていうのがあるらしいっていうのもありました。
そんなことでですね、
鉄っていうのは炭素の量と冷やし方で硬さや性質が変わるっていうのと、
最近は不純物をどんどんどんどん減らすっていう方向で、
いろんな鉄が作られるようになったり、
あとは皆さんご存じのステンレスっていうものは、
特にニッケルとクロムを入れるんですけど、
クロムっていう物質が表面にあると、
酸化物を作って、そこから先サビなくなるっていう特徴があって、
ステンレスでは鉄が主成分なのに、
酸化クロムっていうのが表面にすぐできるので、
サビが出ないっていうふうになっています。
酸化クロムはね、表面から内部に入っていかないので、
ステンレスができたりするっていうのがあります。
鉄のことってすごいいろんなことがあって、
このほかにもですね、反射炉って何なの?みたいな話とか、
日本刀が反ってるのは、まっすぐ作るんだけど、
実は焼き入れのときに最終的に反るんだよとか、
波紋はなんでできるんだよみたいな話とか、
いろいろたくさんあったりとかですね。
ヘモグロビンの話とかですね。
あとは使い捨て回路の話とかあるんですけど、
そんな話も鉄の話ではいろいろあるんですが、
番組の最初でも言った、何が面白いかよくわからないので、
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だいたいこのくらいのことにしようと思うんですけど、
最後は一つだけ。
今言ったみたいに、鉄っていうのは主にコークスっていう炭素を主原料にしたもので、
鉄を還元するっていう形で作られます。
ってことは何ができるかっていうと、二酸化炭素がたくさんできるんですね。
COで還元してCO2になって酸素とるわけですからね。
なので、実は製鉄業っていうのは、
二酸化炭素の配属がとても大きい産業の一つなんですね。
日本だともしかしたら、家庭で出されている二酸化炭素の総量と同じくらい、
製鉄で出てしまうっていうぐらい、二酸化炭素をたくさん出す産業です。
なのでこれから先、二酸化炭素をたくさん出す産業にも税金をかけるとかね、
そういうことをやっていくと、鉄の値段が高くなるっていうような心配がある。
一方で、じゃあ鉄鉱石を何かで還元すればいいだろうっていうので、
新しい技術で、例えば酸素と結びつきやすい物質を高温で吹き付けてやればいいはずだから、
水素を吹き付けて水にして鉄を還元するっていう水素還元法の研究が進んでいたり、
一方で、安く作るには二酸化炭素が出るのは仕方がないから、
二酸化炭素を回収して大気池に出さない研究をしようとかっていうのは、
実は製鉄っていうところで先進的に進められたりするっていうのがあります。
あとはね、大気汚染っていう話をすると、コークスとか鉄鉱石っていうのは、
鉄鉱石はさっき言ったとおり植物プランクトンが作ったものだし、
コークスっていうのは石炭ですから、
もともと植物が炭化してできたものだけど、
イオウとかリンみたいなものが入ってるよね、たくさん。
こういったものが、やっぱ排気ガスというか鉄を作るときにたくさん出るというのに対して、
二酸化炭素はある程度出してしまってるんだけども、
イオウとかリンについては、なるべく回収をしてそこから出ないようにっていう工夫をしていたりして、
実は鉄っていうのは、純度を上げるためにいろんな不純物をそこから取り出すっていうのをやって、
その取り出したものがいらないものとして排出されるっていうのをコントロールするっていうのが、
実は製鉄の大きいポイントだったりするっていうのが、
特に最近注目されることになっています。
なので、あちらこちらで日本の製鉄場が閉じていくっていうニュースが、
たぶんこれから出るんじゃないかと思いますけれども、
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それはコストの面で新興国の鉄に勝てないっていう話や、
あとは二酸化炭素やそういった排出するものの規制が高くなって、
新しい設備ではないと対応できないので古いものを閉じてしまうとか、
そういったものも含めて製鉄っていう産業がどう変わっていくかも、
実はこれから先大事になってくるんじゃないかと思います。
さっき言った、不純物をどこまで下げるかっていう話と、
温め方と冷やし方とか、ちょっとした添加物のやり方で、
薄く引っ張っても強度が落ちない鉄っていうちょっとお高い鉄が作れたりとか。
ハイテンション鋼っていうのかな。
ハイテンション鋼って感じですか。
そうなんです。ハイテンっていうふうに略されてるんですけど。
ハイテン。
そういったものの開発も進められていて、
それは新しい技術で鉄をより強靭にするように作ったって。
ハイテンションで使えるようになるわけですね。
そうそう。で、車の中でもハイテンをここに使って、
柔らかいやつをこっちに使ってっていうののメリハリをつけることで、
潰れるところと守るところをコントロールするとかっていうのとか、
軽くでも強いボディを作るとかっていうのに使われているというのも、
これから先注目のところかなと思っています。
ということで今日は鉄についてお話をしてきました。
これが皆さんに面白いって思ってもらえるのかどうかちょっと不安です。
そこですか。もっとテンションを上げていきましょう。
ということで、戻ってきてください、テンション。
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ということで、そんない理科の時間、第429回この辺にしたいと思います。
お送りいたしましたのは、
よしやすと、
かおりでした。
それではみなさん、次回の配信でまたお会いしましょう。
さようなら。
ごきげんよう。
