第1章 金属の起源と初期の鋳鉄管

　われわれの先祖は、いつの頃から金属の存在を知り、どのようにしてこれを利用するのを知ったのであろうか。
　何事によらず、その歴史を尋ねることは興味深いことであり、また、必要なことでもある。たとえば、大海に乗り出した船員が自分の位置を定め、進むべき航路を知るためには、経過してきた航跡を知らねばならないのと同じようなことであろうか。
　近代文化の基礎となった古代文明をまず開いたのは、豊かな気候と水に恵まれたエジプトであろう。有史の当初からすでにエジプト人は金属を知っていたが、最古の金属製品で現在保存されているのは、スネフル王（BC2600年頃）の小さな銅笏である。しかし、王の時代よりも遥かにさかのぼる太古の自然人の時代から銅は利用されていたと考えられる。なぜならば、元来、銅は自然銅の形で存在できたし、のちに容易に鉱石から分離できることも知ったはずであろうからである。
　考古学者の推測では、太古の自然人が炊事用窯を築いた岩石の中に、たまたま銅鉱石が混ざっており、熱によって溶け出したことから溶解という秘訣を知ったと想像される。
　また、一説には陣営の焚火の周囲を石で囲ったところ、偶々銅鉱石の破片が焚火中の木炭で還元されて金属銅が分離されたとも考えられる。あるいは山火事という説もある。いずれにしても、流れ出した溶銅が岩石あるいは土砂の凹みに溜り、自然にその形を形成したのを見て、あらかじめ型を用意すれば望みの形の物ができることも知ったのであろう。
　ちなみに純銅の溶融温度は1083℃と比較的低く、しかも他の金属、たとえば錫などが混じるとさらに低くなる。これが青銅といわれるものである。
　現在考古学者の多くは、石器時代の次に銅（または青銅）時代があり、その次が現今の鉄時代がきたと考えている。

　すでにBC3000年頃、硬い花崗岩をもってピラミッドが建造されている。ギリシャの歴史家ヘロドトスは、ピラミッドの工事に鉄製の道具が使用されたに違いないと推定した。果たせる哉、19世紀にイギリスの調査隊がクフ王のピラミッドの礎石の一部を爆破して調べたところ、石畳の間から鉄製のナイフが発見された。分析の結果、錬鉄であることがわかった。鉄は自然鉄としては産出しない。鉱石を半溶融状態にして取り出した海綿鉄を何度も赤熱しては鍛える方法で造ったのであろうから、当時すでにかなりの技術があったものと考えられる。

　ピラミッド築造からさらに時代が下ってBC700年頃に造営されたアッシリア王宮の遺跡からは、160トンにも及ぶ鉄製の宝物が発見された。中には刀剣、甲兜、鉄器、鉄鎖、鋸なども発見されている。

　鉄が自然鉄としては存在しないことは先にも述べた。
　鉱石から鉄を取り出すことは銅より遥かにむずかしい。人類が初めて鉄を知ったのは隕鉄であろうとするチンメルという学者の説もある。いずれにしても有史以前から人類が鉄を知っていたことは確実であるが、どうして知ったかはなお不明である。
　ところで先に鉄といい、あるいは錬鉄といい、今また鋳鉄なる語が出てきた。一般に鉄といえば総称することが多い。しかし厳密にはそれぞれ特性があり、区別して使われる。そこで稍ややこしいが“相”の話をしておかねばならない。
　人には人相というものがあって、初対面の人でも顔形、目鼻立ち、眉や皺などの特徴からなんとなくその人の性格が浮かんでくることが多い。その人相も境遇の変化や結婚によっても変わることもある。大学の冶金学科に入学した最初の講義が金相学だったので、金にも相があるのかと思ったことだった。金相も人相も同じようなことだ。ひと口でいえば、各金属元素の分子の特性やその配列の仕方、それが低温や高温でどう変わるか、固体と溶融状態ではどうなるか、他の元素と混じったり、結びついて合金になればその特性や挙動がどうなるかなどを究明する学問である。
　その金相学の観点から、いわゆる鉄というものを見てみよう。

　ひと口に鉄といっても各種の不純物を含んでいる。たとえば炭素、リン、硫黄、銅、珪素、マンガンなどである。なかんずく炭素はもっとも重要な役割をもっており、鉄材の分類の基本となっている。炭素を1.7～4.5%含有しているものを鋳鉄、炭素を0.05～1.7%含むものを鋼と呼んでいる。もっとも炭素1.7%を境にして、性質が急激にまったく一変するのではなく、また、他の元素の存在によっても多少影響されるから、厳格な区画ではない。鋳鉄と鋼のそれぞれの特性の違いの中で、もっとも特徴的な点は鋳鉄の方が少し溶融温度が低く、鋳造しやすいということである。

　鋳鉄鋳物は初めの頃は主として戦闘用の小道具類の製造に使われた。その後次第に大型化し、1311年にドイツで、1345年にイギリスで本格的な大砲と砲弾が鋳鉄で鋳造された。続いてほぼ同時期に鋳鉄管が鋳造されたが、はっきりしているものでは1455年にドイツで水道管として布設されている。大砲も鋳鉄管も大きな中空円筒であり、同じ鋳造技術で造られたであろうことは容易に想像できる。むしろ鋳鉄管の方が薄肉で細長いだけに高度の技術を要したであろうと考えられる。したがって歴史的には兄弟のようなもので、一方は戦争目的であり、一方は平和目的であるだけの違いであった。歴史はめぐるといわれるが、日本で明治25年に起工した大阪市水道では大砲を造る設備があるからとて大阪砲兵工廠に大量の鋳鉄管を注文している。また、その頃鋳鉄管の製造を手がけた久保田権四郎氏は砲兵工廠の技師を招聘している。両者の間に堺の鉄砲鍛冶の伝統技術が生かされているのではなかろうかとも思う。

　古代人の原始的な方法は土で窯を築き、底に薪を敷きつめ、その上に鉄鉱石を置き、横孔からフイゴで休みなく送風すれば、赤熱された鉱石の表面から徐々に溶けて溶鉄が滴下して底に溜る。窯が冷却するのを待ってこれを崩し、固まった鉄を取り出す方法によったとされている。15世紀頃には連続して製鉄できる溶鉱炉の原型が出来上がってきた。その頃は木炭を燃料としている。ところでイギリスでは次第に木材が不足し、エリザベス女王時代に伐採禁止令まで発布された。木炭の代りに石炭を使ってみたが成功していない。1621年に石炭を蒸し焼きしてコークスにすることが発明されて、やっと製鉄法の近代化の基礎が固まった。ところで、鋳鉄の鋳造には連続して大量の溶湯（溶けた鉄）は必要なく、製造する品物に応じて鋳型を用意し、必要なだけの溶湯があればよいわけである。そこで溶鉱炉から出た溶湯を小塊（なまこという）に固め、適宜再溶解して鋳型に鋳込む。この溶解炉のひとつがキュポラである。立型円筒形の筒状で、コークスを燃料としてなまこを溶かすのである。（キュポラの語源は円塔を意味するKuppel）。