Metal industry

Japanese: 金属工業 - きんぞくこうぎょう

A general term for the manufacturing industry that involves refining and processing metals.

The metal industry is broadly divided into the iron and steel industry and the non-ferrous metal industry (copper, lead, zinc, aluminum, rare metals, etc.). In terms of manufacturing processes, it is divided into the process of extracting metals from metal mineral resources and the process of processing the resulting metals into machine parts, etc.

From a technological perspective, the metals industry can be divided into three sectors:

(1) Mining technology: exploration technology, mining technology, mineral processing technology, mine safety, ventilation and drainage technology.

(2) Smelting technology: The technology used to extract metals from ores.

(3) Processing and utilization technology: Technology used to process metals into thick plates, thin plates, electric wires, etc.

The metals industry is made up of a combination of these technologies.

[Toshiro Kuroiwa]

History of the Metal Industry

Since ancient times, humans have used iron and copper products, and have also used gold and silver for decoration. However, it was only after industry began to develop significantly around the 16th and 17th centuries that metals began to be mass-produced and used industrially. Then the Industrial Revolution occurred and machines (steam engines, trains, steamships, etc.) appeared, leading to the emergence of the paddle method (smelting while stirring) which enabled greater mass production of metals. However, with the onset of the age of railroads and steam trains, these methods were no longer sufficient, and molten steel technology that enabled greater mass production was developed by British scientist Siemens, Thomas, Bessemer and others. This method made it possible to use high-phosphate ore, which had not previously been usable.

Copper was originally used as a structural material in the form of bronze, but as electricity-based technologies such as electric lighting and telecommunications came into practical use, mass consumption of copper as a good conductor of electricity began. Starting with the flotation method developed by William Haynes in 1860, the converter method (which removes sulfur, iron, etc. by blowing air into a furnace) was introduced in 1880, making mass production of copper possible.

Around the same time, airplanes appeared and the age of long-distance electricity transmission began, and the demand for aluminum increased because of its (1) light weight and (2) good electrical conductor. In particular, mass production of aluminum began in 1886 when American chemical engineer Charles Martin Hall established a method of manufacturing aluminum by dissolving alumina in molten cryolite and electrolyzing it (the Hall-Heroult process).

Around the time of World War II, the atomic, aerospace, and electronics industries emerged. Until then, metals (titanium, zircon, tantalum, uranium, germanium, etc.) had only been the subject of natural science research due to their unique properties, but their properties led to new uses for them. These metals are known as rare metals.

After World War II, metal production technology, including the steel industry, made great strides. Taking the steel industry as an example, the first half of the steel industry's production process is equipment industry, including blast furnaces and converters, while the second half is mechanical industry processes such as rolling. Equipment industries are characterized by their consistent increase in size as long as there is demand. Immediately after the war, the largest blast furnaces were 1,000 tonnes per day, but today they have continued to increase in size, with production reaching 10,000 tonnes per day. Furthermore, instead of open hearth steelmaking, pure oxygen top-blown converters have appeared. As the size of blast furnaces has increased, technology has emerged that involves "pre-treating" the ore before it is put into the blast furnace, as the situation with ores has not kept up.

[Toshiro Kuroiwa]

Metal Production

In 2008, the world produced 1,326.1 million tons of crude steel. Of this, China ranked first (500.05 million tons), Japan (118.74 million tons), and the United States (91.35 million tons). These three countries alone produced 710.14 million tons, accounting for 54% of the world's total crude steel production. Looking next at copper production, the world produced 18 million tons of refined copper in 2007. Of this, China ranked first (3.5 million tons), Chile (2.94 million tons), and Japan (1.58 million tons). These three countries alone produced 8.02 million tons, accounting for 45% of the world's total refined copper production. Looking at aluminum production, a total of 39 million tons of primary aluminum was produced in the world in 2007, with China coming in first (13.2 million tons), Russia second (3.8 million tons), and Canada third (3.12 million tons). These three countries alone produced 20.12 million tons, or 52% of the world's primary aluminum production. It is a groundbreaking fact that China has come to occupy the top spot in production of basic industrial materials such as crude steel, copper, and aluminum. China has a large population and has only just begun its "industrialization," so it is easy to see that it needs large quantities of basic materials. As will be noted later, China also produces rare metals, which can be said to be the vitamins of modern industry, by far and is the world leader.

[Toshiro Kuroiwa]

Japan's Metal Industry

history

Let's look at the history of Japan's metal industry, focusing on steel.

In Japan, a unique iron-making technology was developed, mainly in the San'in region. This was a method called tatara iron-making, which uses iron sand as a raw material. It is well known that Tokugawa Ieyasu ordered a gun foundryman in Sakai to manufacture iron cannons to attack Osaka Castle. However, the subsequent isolationist policy under Tokugawa Iemitsu created a huge difference in the development of iron-making technology between Europe and the United States. In Europe and the United States, which were connected by land, constant wars led to the development of guns as offensive weapons and shields as a means of defense, each of which was based on the other. Also, as machine production began in earnest with the Industrial Revolution, there was a demand for large quantities of "stronger steel." Meanwhile, in Japan, the demand for iron during the Tokugawa period reverted to the Middle Ages, and tatara iron-making was sufficient. It was only at the end of the Edo period, when the issue of coastal defense suddenly arose, that we were forced to face these differences. Finally, thanks to the efforts of Oshima Takato and others, the Western-style blast furnace method was introduced and a Western-style blast furnace was built at the Kamaishi iron mine.

In the Meiji era, large amounts of iron and steel were needed to advance Japan's modernization, so the government-run Yahata Steel Works was built in Yahata Village, Fukuoka Prefecture (present-day Kitakyushu City) in 1901 (Meiji 34). From the end of the Meiji era through the Taisho era, private companies such as Nippon Kokan and the Kansai open hearth manufacturers (Sumitomo Metal Industries, Kawasaki Steel, and Kobe Steel) entered this field.

After the Second World War, the country began its recovery with the aim of becoming a processing nation, despite its limited land area and lack of significant natural resources. The path of industrialization that Japan took at that time was very unique. In other words, (1) imported resources from overseas, (2) imported technology from overseas, and (3) developed factories in the Pacific belt. For this reason, the strategy was to build large ore-only ships, smelt them in factories on the coast, build automobile factories nearby, and export the products. Although this method had a few problems, it played a major role in the recovery of Japan's postwar industry. In this case, Japan imported the "seeds of technology" and industrialized it ahead of the rest of the world. As a result, Japanese steel-making technology is now exported all over the world. In 2007, the export of technology from the steel sector was 24,823 million yen, while the import of technology was 7,105 million yen, resulting in a large export surplus.

[Toshiro Kuroiwa]

Rare metal stockpiling policy

Japan's technology is at the world's top level not only in the steel sector but also in high-tech fields such as electronics. However, resources are almost entirely dependent on imports. Japan's specialty in electronics is also dependent on overseas resources for 100% of rare metals, so if imports from overseas were to stop, Japan would be helpless. Until now, a stockpiling system has been implemented as a national and private stockpiling system for seven rare metals (nickel, chromium, molybdenum, manganese, tungsten, cobalt, and vanadium) that are difficult to replace and have a significant bias in supply countries such as China, African countries, Russia, and North and South America, from the perspective of economic security, in preparation for short-term supply disruptions, etc. In July 2009, two minerals, indium, a material for liquid crystal panels, and gallium, a material for light-emitting diodes (LEDs), were added, and the national stockpiling target of 42 days' worth is aimed at, as with the previous seven minerals. The stockpile target is 60 days' worth of domestic consumption, including 18 days' worth of private stockpiles, and as of February 2009 the average stockpile was 40.2 days' worth.

[Toshiro Kuroiwa]

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

金属の精錬、加工を行う製造業の総称。

　金属工業は大きく、鉄鋼業と非鉄金属工業（銅、鉛、亜鉛、アルミニウム、レアメタル等）に分かれる。また製造工程でみると、金属鉱物資源から金属を抽出する工程と、できた金属を機械部品等に加工する工程に分かれる。

　金属工業を技術の面からみると次の三つの部門に分かれる。

(1)鉱山技術　探査技術、採鉱技術、選鉱技術、鉱山保安・通風・排水技術。

(2)製錬技術　鉱石から金属を抽出する段階の技術。

(3)加工・利用技術　金属から厚板、薄板、電線などに加工する段階の技術。

金属工業はこれらの「技術の総合」から成り立っている。

［黒岩俊郎］

金属工業の歴史

古代から人間は、鉄器、銅品などを利用し、また装飾用に金や銀などを使ってきた。しかし工業として、大量に金属を生産、利用するようになったのは、16～17世紀ごろ、産業が大きく発展しはじめてからである。やがて産業革命が起こり、機械（蒸気原動機、汽車、汽船など）が登場すると、金属製錬でもより大量生産が可能なパドル法（攪拌(かくはん)しながら製錬を行う）が登場してくる。しかし、鉄道、汽車などの時代が始まると、こうした方法ではまにあわず、イギリスのジーメンス、トーマス、ベッセマーらによる、より大量生産が可能な溶鋼技術が登場してくる。この方法によって、従来使用できなかった高燐鉱(りんこう)も利用できるようになった。

　銅は、はじめ青銅として構造用材料に使われていたが、電灯、電気通信といった電気の利用技術が実用化される時代になると、電気の良導体としての銅の大量消費が始まる。1860年ウィリアム・へインズによる浮遊選鉱法に始まり、1880年には転炉法（炉の中に空気を吹き込み硫黄分、鉄分などを除去する）が登場し、銅の大量生産が可能となった。

　ほぼ同じころ、航空機が登場し、電力の長距離送電の時代に入ると、アルミニウムは、(1)軽量であること、(2)電気の良導体であることから、その需要が開けていった。とくに1886年アメリカの化学技術者ホールCharles Martin Hallにより、熔融氷晶石の中にアルミナを溶解し電解することによってアルミニウムを製造する方法（ホール‐エルー法）が確立してからアルミニウムの大量生産が始まった。

　第二次世界大戦前後になると、原子力、航空宇宙、エレクトロニクス産業などが登場してくる。それまでは、その特異な性質から自然科学の研究の対象にしかすぎなかった金属（チタン、ジルコン、タンタル、ウラン、ゲルマニウム等）が、その性質ゆえに用途が開かれていった。レアメタル（希金属）とよばれる金属群がそれである。

　第二次世界大戦後、鉄鋼業をはじめ金属生産技術は大きな発展をとげた。鉄鋼業を例に述べると、鉄鋼業の生産工程の前半は、高炉、転炉といった装置産業であり、後半は、圧延など機械工業の工程である。装置産業の特徴として、需要さえあれば、一貫して大型化を続けていく。終戦直後は、日産1000トン高炉が最大であったが、いまでは日産1万トン高炉と大型化を続けている。また平炉などによる製鋼にかわって、純酸素上吹(うわぶき)転炉が出現している。鉱石の事情がついていけないため、高炉の大型化に伴い、鉱石を高炉に入れる前に「事前処理」をする技術などが登場している。

［黒岩俊郎］

金属の生産量

2008年、世界では13億2610万トンの粗鋼の生産が行われた。このうち、第1位は中国（5億0005万トン）、第2位は日本（1億1874万トン）、第3位はアメリカ（9135万トン）となっており、この3国だけで7億1014万トンと全世界の粗鋼生産の54％に達する。次に銅生産をみると、2007年、世界では1800万トンの精製銅の生産が行われた。このうち、第1位は中国（350万トン）、第2位はチリ（294万トン）、第3位は日本（158万トン）である。この3国だけで802万トンと全世界の精製銅生産の45％に達する。次にアルミニウムの生産をみると、2007年、世界では計3900万トンの一次アルミニウムが生産されたが、第1位は中国（1320万トン）、第2位はロシア（380万トン）、第3位カナダ（312万トン）となっている。この3国だけで2012万トンと全世界の一次アルミニウム生産の52％に達する。粗鋼、銅、アルミニウムといった工業の基礎的材料のいずれも、生産量のトップを中国が占めるに至ったということは画期的な事実である。中国は人口も多く、かつ「工業化」のスタートを切ったばかりであり、大量の基礎素材が必要となっているということがよくわかる。後にも記すが、中国は現代の工業のビタミンともいうべきレアメタルの生産量もずば抜けており、世界のトップとなっている。

［黒岩俊郎］

日本の金属工業

歴史

日本の金属工業の歴史を鉄鋼を中心にみてみよう。

　日本では、山陰地方を中心に、日本独自の製鉄技術が発展していた。たたら製鉄とよばれる砂鉄を原料としたものである。徳川家康が大阪城を攻撃するのに、堺(さかい)の鉄砲鋳物師に命じ、鉄製大砲を製造したことはよく知られている。しかしその後、徳川家光の代に鎖国政策をとったことが、欧米と日本の製鉄技術の発展に非常に大きな差異を生んでいった。すなわち、陸続きの欧米では、絶えざる戦争により、攻撃兵器の鉄砲と、防護手段としての盾は互いを前提となりながら発展していった。また産業革命により機械生産が本格化されていくと「より強力な鉄鋼」が大量に求められるようになってきた。一方、日本では徳川時代の鉄需要は中世に逆戻りし、たたら製鉄で充分であった。こうした差異に、いやが応でも直面させられるのが、幕末になり、海防問題が急拠(きゅうきょ)起こってからである。ようやく大島高任(たかとう)らの努力により洋式高炉法が伝えられ、釜石(かまいし)鉄山に洋式高炉が建設された。

　明治時代になり、日本の近代化を進めるのに、大量の鉄鋼が必要であることから、1901年（明治34）福岡県八幡(やはた)村（現北九州市）に、官営八幡製鉄所が建設された。明治の終わりから大正にかけ、日本鋼管、関西平炉メーカー（住友金属工業、川崎製鉄、神戸製鋼所）などの民間企業がこの分野に進出した。

　第二次世界大戦後、限られた国土に、さしたる天然資源もない宿命から加工立国を目ざして復興が始まった。このとき日本のとった工業化の路線は、非常にユニークであった。つまり、(1)海外資源を導入し、(2)海外技術を導入し、(3)太平洋ベルト地帯に工場を展開する、というものであった。そのため大型の鉱石専用船を建造し、海岸立地の工場で製錬、その近くで自動車工場を建設し、製品を輸出するという戦略がとられた。この方法は2、3の問題はあるが日本の戦後工業の復興に大きな役割を果たした。この場合、日本は「技術のたね」を導入し、その工業化を世界にさきがけて行うというものであった。そのため現在では、日本の製鉄技術は、世界中に輸出されている。2007年（平成19）における鉄鋼部門の技術輸出は248億2300万円、技術輸入は71億0500万円と大幅に出超となっている。

［黒岩俊郎］

レアメタル備蓄政策

鉄鋼部門のみならず、エレクトロニクス等のハイテク分野で日本の技術は世界のトップ水準となっている。しかし、資源はほとんど輸入に依存している。日本の得意なエレクトロニクスもレアメタルの100％を海外資源に依存している状態では、もし海外からの輸入が止まれば、たちまちお手あげとなる。これまで、代替が困難で、中国、アフリカ諸国、ロシア、南北アメリカ諸国など、供給国の偏りが著しいレアメタル7鉱種（ニッケル、クロム、モリブデン、マンガン、タングステン、コバルト、バナジウム）について、経済安全保障の観点から短期的な供給障害等に備えて備蓄制度を国家備蓄および民間備蓄として実施してきた。2009年7月からは、液晶パネルの材料となっているインジウムおよび発光ダイオード（LED）の材料となるガリウムの2鉱種が追加され、これまでの7鉱種と同様に、42日分の国家備蓄目標の達成を目ざすこととなっている。備蓄目標は、民間備蓄の18日分とあわせて国内消費量の60日分としており、2009年2月現在の平均備蓄量は40.2日となっている。

［黒岩俊郎］