耐火物と築炉工程の全体像 — 用途・分類・規格
1 1. 耐火物とは何か
耐火物（refractory）とは、高温の炉や容器の内側に張り付けて、熱・溶融物・化学侵食から設備本体を守る内張り材の総称である。 耐火物協会は、耐火物を「1500度以上の高熱にも耐えられる素材」と説明し、鉄鋼・セメント・ガラス・金属・環境炉（焼却炉）などの高温設備を支える基盤材料に位置づけている (1)。 欧州の標準化委員会 CEN/TC 187 の事業計画書も、耐火物の適用産業として製銑・製鋼（鉄鋼）・セメント・ガラス・セラミックス・非鉄金属・石油化学・焼却を列挙し、耐火物が機械的・熱的・化学的ストレスを同時に受ける材料であると説明している (2)。
つまり耐火物は、製鉄所だけの材料ではない。 溶けた鉄、焼成されるセメントクリンカー、溶融ガラス、廃棄物の燃焼ガス。 これらに直接触れる「炉の内側の最前線」は、すべて耐火物でできている。 そして、その内張りを設計し、積み、吹き付け、補修し、寿命を見極める一連の作業が「築炉」である。 この連載は、築炉の現場がどこまで機械化・自動化されてきたかを 4 部に分けて整理する。 第 1 部は出発点として、耐火物の分類・用途・規格体系という土台を押さえる。
2 2. 定形耐火物と不定形耐火物
耐火物の最も重要な分類軸は、化学成分ではなく「施工形態」である。 耐火物技術協会の広報資料は、あらかじめ工場で成形された「形があるもの（定形耐火物）」と、現場で水などと混練して施工する「不定形耐火物」の 2 系統に大別している (3)。
| 分類 | 代表製品 | 施工方法 | 機械化のアプローチ |
|---|---|---|---|
| 定形耐火物 | 耐火れんが、耐火断熱れんが、機能性耐火物（ノズル・プレート等） | れんが積み（目地材に耐火モルタル） | れんが積みの支援機械・ロボット（第 2 部） |
| 不定形耐火物 | キャスタブル、プラスチック耐火物、吹付け材、スタンプ材 | 流し込み・吹付け・打込み・ポンプ圧送 | 吹付け機・ポンプ・混練設備（第 3 部） |
定形耐火物は、成形・焼成までを工場の品質管理下で済ませられる代わりに、現場では一つひとつ積み上げる労働集約的な施工が必要になる。 不定形耐火物は型枠や吹付けで複雑形状を一体施工できる代わりに、混練・水分管理・乾燥といった「現場での材料製造」を伴う。 AGCプライブリコは、不定形耐火物がキャスタブル・プラスチック耐火物などの材料系統と、流し込み・吹付けなどの施工工法が対になって成立する製品群であると説明している (4)。 国際規格でも、不定形（monolithic／unshaped）耐火物は ISO 1927 シリーズ全 8 部（2012 年）として、導入・分類からサンプリング・物性測定までが体系化されている (5)。 この「定形＝積む」「不定形＝吹く・流す」という対比が、第 2 部・第 3 部の機械化の話をそのまま分岐させる。
3 3. 用途別マップ（鉄鋼プロセス）
耐火物の最大の使い手は鉄鋼業である。 高炉から連続鋳造まで、工程ごとに温度・スラグ・溶鋼条件が異なるため、部位ごとに異なる材質が使い分けられる。 品川リフラクトリーズの用途解説に基づくと、代表的な対応関係は次のように整理できる (6)。
| 鉄鋼工程 | 代表的な耐火物 |
|---|---|
| 高炉 | 高アルミナ質れんが、炭化珪素質れんが、カーボン系れんが |
| コークス炉 | 珪石質れんが |
| 転炉・電炉 | マグネシア・カーボン質れんが（MgO-C） |
| 取鍋 | MgO-C れんが、アルミナ・マグネシア系キャスタブル、ポーラスプラグ |
| 連続鋳造 | アルミナ・カーボン質の浸漬ノズル、スライドゲートプレート、ロングノズル |
転炉やスラグラインのような塩基性スラグと接する部位には塩基性のマグネシア系が、コークス炉の蓄熱壁には長期の熱安定性に優れる珪石質が選ばれる。 取鍋や連続鋳造まわりでは、溶鋼の流量を制御するスライドゲートプレートや浸漬ノズル、ガス攪拌用のポーラスプラグといった「機能性耐火物」が登場する (1)。 これらは単なる内張りではなく、可動部品・消耗部品として頻繁に交換されるため、第 2 部で扱う交換作業のロボット化と直結する。 国立科学博物館の系統化調査は、日本の鉄鋼用耐火物がこうした部位別の最適化を積み重ねて発展してきた経緯を技術史としてまとめている (7)。
4 4. 用途別マップ（セメント・ガラス・非鉄・環境炉）
鉄鋼以外の高温産業も、それぞれ固有の耐火物体系を持つ。
セメント製造の中核であるロータリーキルンの焼成帯には、塩基性れんがが使われる。 従来はマグネシア・クロム質が主力だったが、クロムフリー化の要請からマグネシア・スピネル質れんがへの置き換えが進んでいる (6)。 回転する円筒の内面にれんがをリング状に積むというキルン特有の施工形態は、第 2 部で扱うブリッキングマシンが生まれた背景でもある。
ガラス溶解炉では、溶融ガラスに長期間接しても汚染・損耗しにくい電鋳（fused cast）耐火物が主役になる。 代表が AZS（Al₂O₃-ZrO₂-SiO₂）系で、AGC Ceramics の製品情報によると、Zirconite ZB シリーズではジルコニア含有量 33%（ZB-1681）から 36% 超の上位品まで、部位の侵食条件に応じた製品が展開されている (8)。 珪石質・高アルミナ質・ムライト質・ジルコニア質のれんがも、炉の上部構造や蓄熱室で使い分けられる (6)。
非鉄精錬（銅・アルミなど）や廃棄物焼却炉・ガス化溶融炉などの環境設備も、CEN/TC 187 が対象産業に含める通り、マグネシア系・アルミナ系・炭化珪素系のれんがとキャスタブルをプロセス条件に応じて組み合わせる (2)。 特に焼却炉は、燃焼ガスの腐食と温度変動が激しく、高アルミナ質れんが・炭化珪素質れんが・キャスタブルの補修サイクルが操業コストを左右する (6)。
産業横断で見ると、用途別マップは次のように要約できる。
| 用途・炉種 | アルミナ系 | マグネシア系 | 珪石・ジルコニア・AZS 系 | 不定形・補修材 |
|---|---|---|---|---|
| 転炉・電炉 | — | MgO-C れんが | — | ホット補修用吹付け材 |
| 取鍋 | アルミナ・マグネシア系キャスタブル | MgO-C れんが | — | スラグライン補修材 |
| コークス炉 | — | — | 珪石質れんが | プレキャスト補修ブロック |
| セメントキルン | — | マグネシア・スピネル質 | — | キャスタブル・吹付け補修 |
| ガラス溶解炉 | 高アルミナ質 | — | 珪石・ムライト・ジルコニア・AZS | 補修材 |
| 焼却炉 | 高アルミナ質 | — | 炭化珪素質 | 粘土質キャスタブル |
どの炉でも右端の列、つまり不定形材による補修が必ず登場する。 新設時はれんがを積み、運転が始まれば吹付けで補修する。 このサイクルの存在が、築炉の機械化を「新設の自動化」と「補修の自動化」の二本立てにしている。
5 5. 規格体系 — JIS R・ISO/TC 33・CEN/TC 187
耐火物の用語・分類・試験方法は、国内規格と国際規格の二層で標準化されている。
国際側の中心は ISO の専門委員会 ISO/TC 33（Refractories）である。 ISO/TC 33 は 1947 年創設という古参の委員会で、2026 年 6 月の閲覧時点で発行済み規格 95 件・開発中 4 件、participating メンバー 16 か国・observing メンバー 24 か国が参加している (9)。 規格カタログには、用語を定義する ISO 836:2001、不定形耐火物を扱う ISO 1927 シリーズ（全 8 部、2012 年）、定形製品のサンプリング・受入試験を定める ISO 5022:1979 などが並ぶ (5)。
| 体系 | 管理主体 | 代表規格 | 守備範囲 |
|---|---|---|---|
| 国際 | ISO/TC 33 | ISO 836（用語）、ISO 1927 全 8 部（不定形）、ISO 5022（定形の受入試験） | 用語・分類・試験方法の国際共通化 |
| 欧州 | CEN/TC 187 | EN 993 系（緻密定形製品の試験）、EN 1402 系（不定形） | 欧州域内の製品・試験規格 |
| 日本 | JIS R 系列 | JIS R 2202（寸法測定）、JIS R 2206-1（圧縮強さ）、JIS R 2251（熱伝導率） | 国内の用語・試験方法 |
国内では JIS R 系列が試験方法を中心に整備されている。 たとえば耐火れんがの寸法測定方法は JIS R 2202:1975 として定められている (10)。 圧縮強さの試験方法は JIS R 2206-1:2007 が規定する (11)。 見掛気孔率・かさ密度・荷重軟化点・熱伝導率といった物性値は、いずれもこうした試験規格に裏づけられた測定量である。 カタログで「圧縮強さ◯ MPa」と書かれていたら、その背後には必ず対応する試験規格がある。 規格名まで遡れることが、一次資料で技術を確認するための入口になる。
欧州では CEN/TC 187（Refractory products and materials）が EN 993 系（緻密定形製品の試験方法）や EN 1402 系（不定形耐火物）を管理しており、その事業計画書（2023 年 6 月版）は耐火物産業の構造と標準化の狙いを概観する一次資料になっている (2)。 ISO・EN・JIS の三者は試験方法レベルで相互参照が進んでおり、メーカーのカタログ値を読むときは「どの規格に基づく測定値か」を確認することが、国際比較の前提になる。
6 6. 国内産業史と統計 — 縮小しつつ高度化する産業
日本の耐火物産業の規模感を、業界団体と主要メーカーの公表値で押さえておく。
国内の耐火物生産量は、1980 年に 260 万トンを記録した後、2007 年には 120 万トンまで減少した。 同じ期間に業界の従業員数は 16,400 名から 5,300 名に減っている (12)。 耐火物技術協会の広報資料によると、現在の国内消費量は年間約 120 万トンで、その約 80% が鉄鋼業向け、世界の耐火物需要は年間 5,000 万トン近くに達する (3)。 生産量が半減してもなお粗鋼を支え続けられた背景には、耐火物の長寿命化、すなわち溶鋼 1 トンあたりの耐火物消費原単位の低減があった。 国立科学博物館の系統化調査は、この「使用量を減らす技術進歩」こそが戦後日本の耐火物技術史の主軸だったと整理している (7)。
主要メーカーの事業規模も確認しておく。 黒崎播磨の 2025 年 3 月期は連結売上高 1,779.2 億円、うち耐火物セグメントが 1,485.3 億円を占める (13)。 同じ決算資料は事業環境として、2024 年度の国内粗鋼生産量 8,295 万トン（前年度比 4.5% 減）、世界粗鋼生産量 18 億 8,260 万トン（前年比 0.8% 減）を挙げており、耐火物需要が粗鋼生産に強く連動することを示している (13)。 東濃地方を本拠とする TYK は、第 106 期有価証券報告書によると 2025 年 3 月期の連結売上高 319.3 億円のうち耐火物関連事業が 315.2 億円とほぼ全てを占める (14)。 地域別売上は日本 204.2 億円・北米 47.2 億円・欧州 44.9 億円・アジア 23.1 億円で、専業メーカーがグローバルに展開している姿が読み取れる (14)。
| 指標 | 数値 | 時点 |
|---|---|---|
| 国内耐火物生産量 | 260 万 t → 120 万 t | 1980 年 → 2007 年 |
| 業界従業員数 | 16,400 名 → 5,300 名 | 同上 |
| 国内耐火物消費量 | 約 120 万 t/年（約 80% が鉄鋼向け） | 広報資料 2026 年版 |
| 世界の耐火物需要 | 約 5,000 万 t/年 | 同上 |
| 黒崎播磨 連結売上高 | 1,779.2 億円（耐火物 1,485.3 億円） | 2025 年 3 月期 |
| TYK 連結売上高 | 319.3 億円（耐火物関連 315.2 億円） | 2025 年 3 月期 |
縮小する国内市場・維持される鉄鋼依存・進む海外展開。 この 3 つの条件が、熟練工に依存してきた築炉作業の機械化・省力化を後押しする産業側の事情である。 熟練者が減るなかで施工品質を保つには、技能を機械と計測データに移し替えるしかない。
7 7. 築炉という作業 — 第 2 部・第 3 部への接続
最後に、これらの材料を「炉」に変える作業、すなわち築炉の中身を確認して、機械化の議論へ橋渡しする。
築炉は国の技能実習制度でも独立の職種として定義されている。 厚生労働省の「築炉職種（築炉作業）」審査基準は、対象設備として高炉・熱風炉・コークス炉・製鋼鍋（取鍋）・転炉・加熱炉・熱処理炉を例示し、必須業務として墨出し（位置決め）、れんが割付、れんが積み、不定形耐火物の施工、材料の混練といった作業単位を列挙している (15)。 この作業分解は、そのまま機械化の対象リストでもある。
- れんが割付・れんが積み・目地仕上げ（定形耐火物）— 数十 kg のれんがを高温・粉じん・狭隘環境で正確に積む作業。これを支援・代替する機械とロボットが第 2 部の主題になる
- 混練・吹付け・流し込み（不定形耐火物）— 粉体と水を現場で材料に変え、ノズルやポンプで施工する作業。吹付け機・圧送ポンプ・乾燥管理の機械化が第 3 部の主題になる
- どこを・どれだけ補修するかの判断 — 残厚計測と寿命予測のデジタル化として第 4 部で扱う
定形と不定形という材料分類が、そのまま「積む機械」と「吹く機械」という機械化の二大潮流に対応する (4)。 そして補修判断のデジタル化が、両者を「計測して施工する」一つの閉ループへ束ね直しつつある。 次回はまず、れんがを「積む」側の機械化を追いかける。 1980 年代の自動れんが積み特許から、キルン用ブリッキングマシン、転炉・取鍋の補修ロボット、解体（デブリッキング）ロボットまでが対象である。