Cement industry

Japanese: セメント工業 - せめんとこうぎょう

An industry that manufactures cement, a branch of the ceramics industry. Natural rocks have been used as important structural materials since ancient times, with gypsum used as a binder in the construction of pyramids in Egypt, and quicklime mixed with volcanic ash in the construction of temples in Greece and Rome. Such air-hardening mortars can be considered cement in a broad sense, but there was little change or progress in cement technology from the Middle Ages through to the early modern period.

[Hiroaki Aoki and Hideo Otake]

History and development

In the mid-18th century, as the Industrial Revolution began, important research and inventions were made one after another to establish modern cement technology. In 1756, J. Smeaton of England discovered hydraulic lime while rebuilding a lighthouse, and in 1760, he discovered that the amount of molten lime (clinker) found in the areas exposed to high heat during the calcination of limestone was related to the amount of clay attached to it. Later, in 1824, J. Aspdin of the same England demonstrated that an excellent hydraulic cement could be obtained by mixing this molten lime powder with water, and the resulting mortar was named Portland cement because it resembled the natural stone mined on the Isle of Portland in England. In the early days, firing was done in primitive shaft kilns, but in 1873, rotary kilns were developed in England, and in 1889, Keystone Co. built the first rotary kiln, significantly improving production, and this method was subsequently adopted in various countries.

In Japan, the Bureau of Civil Engineering, which came under the jurisdiction of the Ministry of Finance in 1871 (Meiji 4), later established the Setsutanatsu (cement) factory. This factory was transferred to the Ministry of Public Works in 1874, and began producing cement the following year. It was later renamed the Fukagawa Works Branch of the Ministry of Public Works, and adopted the British wet method for its manufacturing, in which slaked lime and river mud were mixed and fired in a vertical kiln called a tokkuri kiln to produce cement. Rotary kilns were first used by Asano Cement (later Nippon Cement, now Taiheiyo Cement) in 1903 (Meiji 36). Cement is an essential material for the construction of ordinary houses, factories, and buildings, as well as roads, ports, bridges, and dams, which are the foundations of industrial development, and the industry grew significantly because the raw materials (limestone, clay, silica, slag, and gypsum) could be almost entirely self-sufficient domestically. Especially after World War II, the industry experienced rapid growth in line with the recovery from the war damage and the increase in public works, and since 1973 (Showa 48), production volume has surpassed that of the United States, making it the second largest in the world after the Soviet Union. One of the reasons for this rapid growth is vigorous demand, but the cement industry is a typical process industry, so the benefits of cost reduction through large-scale expansion are great, and the biggest factors can be said to be the industry-wide expansion of scale, as well as the construction of ready-mix concrete bases in various locations and the establishment of a supply system through the deployment of mixer trucks.

In addition, in the process of building new factories and expanding them, rationalization was promoted by converting the raw material processing process from wet to dry, adopting automation, and switching to heavy oil furnaces, while long wet kilns (200 meters long) which have a large mass production effect and dry kilns with suspension preheaters (SP and NSP kilns) which consume less fuel were introduced, which significantly improved the unit consumption (the amount of raw materials, energy, etc. required to produce 1 ton of cement) and labor productivity. Currently, only SP kilns and NSP kilns are used in production.

However, cement is inherently highly hygroscopic and tends to solidify easily, making it difficult to store, and demand fluctuates greatly seasonally, leading to a tendency for overproduction, and dumping during periods of economic downturn and chronic cutbacks in operation (operating short) have been causes of declining profitability. After the oil crisis, rising costs due to soaring prices of heavy oil and electricity, and declining demand due to the economic downturn, led to the first decline in production in 1981.

[Hiroaki Aoki and Hideo Otake]

Supply and demand structure and issues

Due to excess capacity, the company was designated as subject to the "Special Measures Act for the Improvement of Specified Industrial Structure (Industrial Structure Act)" in 1984, which led to the sharing of sales departments and the disposal of facilities. Furthermore, with the yen's appreciation from 1985 onwards, imports increased sharply, and in 1987 the company was designated as subject to the "Special Measures Act for the Facilitation of Industrial Structure Transformation (Facilitation Act)," which led to the disposal of facilities and the strengthening of business alliances and other rationalization measures (the Facilitation Act designation was lifted in 1991).

During this period, domestic demand peaked at 86.29 million tons in 1990 (Heisei 2) due to the bubble economy, and then gradually decreased. However, production volume increased even after the bubble due to government demand for economic stimulus measures, last-minute demand before the consumption tax rate increase (from 1997), and exports to Asia, reaching a record high of 99.27 million tons in 1996. However, it has been steadily decreasing since then, and in 2008 (Heisei 20), it was about 60 million tons. It is said that domestic demand after 2010 will be about half of the peak in the 1990s (40 million tons). Three-quarters of the production is Portland cement, and the rest is mixed cement (blast furnace cement, fly ash cement, etc.). More than 70% of demand comes from ready-mix concrete companies, followed by cement products (concrete products for roads, concrete piles, wood cement boards, aerated concrete products, etc.), the construction industry, and retail. The domestic demand structure has a public-private ratio of 49.5:50.5 (2008), with construction accounting for just over 50% and civil engineering just over 40%. The proportion of exports to Asia has been declining, but still accounts for 65% (2009), followed by Oceania, Africa, and the Middle East. Since the aim is to maintain capacity utilization rates, export prices have become the norm at less than half the domestic price. In 1994, export volume was about 15 million tons, but it decreased due to the stagnation of the Asian economy, and has remained at around 10 million tons since 2004 (11 million tons in 2009). However, due to the decline in domestic demand, the proportion of exports to production has expanded from around 10% around 2000 to 17%. Imports account for less than 2% of domestic demand.

There are 17 manufacturers (2011), but Taiheiyo Cement, which was formed in 1998 by the merger of Chichibu Onoda and Nippon Cement, has a market share (including exports) of about 35%, and the sales share of the three companies, Ube Mitsubishi Cement, which is the second largest in terms of sales, and Sumitomo Osaka Cement, which is the third largest in terms of sales, exceeds 80% (2008), making it an oligopoly. The quality is said to be at the world's top level, and low-heat cement and eco-cement are being developed, as well as cement for high-strength concrete and high-fluidity concrete. However, there is excessive competition, and it will be necessary to continue to improve competitiveness through industry restructuring and alliances. Just as they expanded into the United States, China, the Philippines, and Vietnam from the late 1980s to 2000, they will likely survive and thrive by entering local markets in Asia, the Middle East, and the Russian Far East, where market expansion is expected to continue due to infrastructure development and economic activity.

Furthermore, in order to expand domestic demand, which continues to decline, concrete road paving has been proposed. Although the initial investment required is greater than with asphalt, concrete's high durability means that the life cycle cost is ultimately lower, and the total cost of concrete is cheaper than asphalt, so the industry has begun to promote the shift to concrete paving.

Raw materials such as lime come from mines owned by each manufacturer, while fuel coal is imported from Australia, China, and Russia. 60% of the electricity consumed is generated on-site and 40% is purchased.

Concrete requires several times as much aggregate as cement, and securing aggregate is a major issue for the cement industry. Sand and gravel from rivers and coasts (problems of corrosion of rebar due to salt in sea sand have been pointed out in the past) and gravel were used as aggregates, but since collection regulations were strengthened, aggregates have been collected from mountains. However, restrictions were imposed on the mining of limestone, the raw material, due to environmental destruction, so two-thirds of aggregates are crushed stone, and crushed sand is also increasing. From the perspective of recycling, recycled concrete aggregates from building demolition and blast furnace slag aggregates are also used. In the cement industry, blast furnace slag, coal ash, general waste and its incineration ash are used as raw materials and mixers for cement. In addition, wood chips, waste plastics, waste oil, waste tires, etc. are used as fuel in the production process, and they also play a role in industrial waste treatment. In April 2010, the Soil Contamination Countermeasures Act was revised and put into effect, making it possible to treat contaminated soil by using contaminated soil as a raw material to manufacture cement. As a result, the cement industry is expanding its business base by moving into businesses that have a high social significance, such as those that address environmental and recycling issues.

[Hiroaki Aoki and Hideo Otake]

"Financial Affairs Research Institute, ed., Dictionary of Inspections by Industry, Vol. 3 (1999, 2008)" ▽ "The Cement Newspaper, ed., Cement Yearbook, Vol. 55 (2003 Edition) and Vol. 58 (2006 Edition)" (2003, 2006) ▽ "The Cement Association, ed., Cement Handbook, 2003 Edition and 2006 Edition" (2003, 2006) ▽ " The Cement Newspaper, ed., Cement Industry Annual Report, Approach, Vol. 43 (2009 Edition)" (2009)"

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

セメントを製造する工業で、窯業の一部門。天然の岩石は古代から重要な構造材として利用されていたが、その接合剤としてエジプトでは石膏(せっこう)をピラミッドに用い、ギリシア、ローマでは生石灰を火山灰と混合して神殿の造営に用いていた。このような気硬性のモルタルは広義のセメントと解することができるが、中世を経て近世初期に至るまでは、セメント技術の変革や進歩はほとんどみられなかった。

［青木弘明・大竹英雄］

歴史と発展

18世紀中期、産業革命期に入るとともに、近代セメント技術を確立する重要な研究と発明が相次いで行われた。1756年イギリスのJ・スミートンは、灯台の再建工事にあたり水硬性石灰を発見し、1760年石灰石を焼成する際に高熱を受けた箇所にみいだされる融塊（クリンカーclinker）の量が、付着する粘土の量と関係することを発見した。のちに1824年、同じイギリスのJ・アスプディンにより、この融塊の粉末を水と混和すれば、優れた水硬セメントが得られることが実証され、そのモルタルがイギリスのポートランド島に産出する自然石に似ていることからポルトランドセメントPortland cementと命名された。初期には原始的な竪窯(たてがま)による焼成が行われたが、1873年イギリスで回転炉が開発され、1889年キーストン社Keystone Co.が最初の回転窯rotary kilnを建設して著しく生産を向上させ、以後この方法が各国で採用されるに至った。

　日本では1871年（明治4）大蔵省が所管することになった土木寮が、その後摂綿篤(セメント)製造所を創設した。この製造所は1874年に工部省に移管され、翌年セメントの製造が開始された。その後、工部省深川工作分局と改称されたが、製法はイギリスの湿式法が採用され、徳利窯といわれる竪窯で消石灰と河泥を混合してセメントを焼成した。回転窯は1903年（明治36）浅野セメント（後の日本セメント、現太平洋セメント）が初めて採用した。セメントは産業発展の基盤となる道路、港湾、橋梁(きょうりょう)、ダム以外に、一般の住宅、工場、ビルの建設に不可欠の資材であり、その原料（石灰石、粘土、珪石(けいせき)、鉱滓(こうさい)、石膏）はほとんど国内で自給できるため、著しく成長した。とくに第二次世界大戦後は戦災の復旧と公共事業の増大に伴って急速な発展を遂げ、1973年（昭和48）以降生産量はアメリカを凌駕(りょうが)し、ソ連に次いで世界第2位を占めるに至った。このような急激な発展の原因には、旺盛(おうせい)な需要があげられるが、セメント工業の性格として典型的な装置産業のため大規模化によるコスト・ダウンのメリットが大きく、業界あげて規模の拡大を図ったことと、各地に生コンクリート基地を建設し、ミキサー車の配備による供給態勢を確立したことが最大の要因といえる。

　また工場の新増設の過程で原料処理工程の湿式から乾式への転換、オートメーションの採用、重油炉への切り替えなど合理化が進められる一方、量産効果の大きい湿式のロングキルン（長さ200メートル）や燃料消費の少ない乾式のサスペンションプレヒーター付きキルン（SPおよびNSPキルン）が導入され、原単位（セメント1トンを生産するのに要する原料、エネルギーなどの使用量）、労働生産性が著しく向上したこともその要因にあげられる。なお、現在の製法はSPキルン、NSPキルンのみである。

　しかし元来セメントは吸湿性が大きく、固化しやすい性質のため貯蔵が困難で、需要も季節変動が大きいなどの理由により、生産は過剰ぎみで、不況期におけるダンピングや慢性的な操業短縮（操短）が収益性を悪化させる原因となってきた。オイル・ショック以降、重油や電力の高騰によるコスト・アップと景気の低迷に伴う需要の減退が、1981年に初めて生産減をもたらした。

［青木弘明・大竹英雄］

需給構造と課題

設備過剰から1984年には「特定産業構造改善臨時措置法（産構法）」の指定を受け、販売部門の共同化や設備廃棄が実施された。また1985年以降の円高を背景に輸入が急増し、1987年には「産業構造転換円滑化臨時措置法（円滑化法）」の指定を受け、設備廃棄や事業提携強化などの合理化が進められた（円滑化法の指定は1991年解除）。

　この間、内需はバブル景気によって1990年（平成2）に8629万トンのピークを示した後、徐々に減少したが、生産量はバブル後も景気対策による官公需要、消費税率アップ（1997年度から）に対する駆け込み需要、アジア向け輸出などにより増加し、1996年には史上最高の9927万トンを示した。しかしその後は減少の一途をたどり、2008年（平成20）は6000万トン程度となっている。2010年以降の内需は1990年代のピークの半分程度（4000万トン台）を推移するとされている。製品は生産の4分の3がポルトランドセメント、残りが混合セメント（高炉セメント、フライアッシュセメントなど）である。需要の7割以上は生コン業者によるもので、ついでセメント製品（道路用コンクリート製品、コンクリートパイル、木材セメント板、気泡コンクリート製品等）、建設業、小売業の順となる。内需の構造は官・民の比率が49.5：50.5（2008）であり、用途は建設が5割強、土木向けが4割強である。輸出は、アジア向けが構成比を下げてはきたものの最大で65％（2009）、ついでオセアニア、アフリカ、中近東の順となる。設備稼働率維持を目的にしているため輸出価格は国内価格の半値以下が常態化している。輸出量は1994年には約1500万トンを示したが、アジア経済の停滞で減少し、2004年以降1000万トン程度で推移している（2009年は1100万トン）。ただし内需が減少しているため生産に占める輸出量の割合は2000年ごろの10％前後から17％にまで拡大している。輸入は内需の2％以下である。

　生産企業は17社（2011）であるが、1998年秩父小野田と日本セメントの合併で誕生した太平洋セメントはシェア（輸出を含む）35％程度で、これに販売額第2位の宇部三菱(うべみつびし)セメントと第3位の住友大阪セメントを加えた3社の販売シェアは80％を超え（2008）寡占状態にある。品質は世界のトップレベルといわれ、低発熱セメントやエコセメントの実用化、高強度コンクリート用・高流動コンクリート用セメントなどの開発も行われている。しかし過当競争状態にあり、今後も業界の再編や提携によって競争力を高める必要がある。1980年代後半から2000年にかけて、アメリカ、中国、フィリピン、ベトナムへ進出してきたように、今後もインフラ整備や経済活動の活発化で市場拡大が期待できるアジアや中東、極東ロシアなどの現地市場への参入が生き残りと活躍の場となろう。

　また減少が続いている国内需要拡大のためには、コンクリートによる道路舗装が提案されている。アスファルトに比べ初期投資額は多いが、耐久性が高いために結果的にライフ・サイクル・コストが安く、総コストではアスファルトよりコンクリートのほうが安価であるとして、業界はコンクリート舗装への転換をPRし始めている。

　原料供給は、石灰などは各メーカーが所有する鉱山から、燃料の石炭はオーストラリア、中国、ロシアからの輸入、消費電力の6割は自家発電、4割が買電とされている。

　コンクリートにはセメントの数倍の骨材が必要であるが、骨材の確保はセメント工業の大きな課題となっている。骨材（砂、砂利など）は河川や海岸の砂（過去に海砂の塩分による鉄筋の腐食の問題点が指摘されたことがある）、砂利が用いられていたが、採取規制が強化されたため山から骨材を採取してきた。しかし環境破壊の点から原料の石灰石の採掘とともに規制が加えられたため、骨材の3分の2が砕石となり、砕砂も増加しているとされる。リサイクルの観点からは、ビルの解体などで出るコンクリートの再生骨材や高炉スラグ骨材なども使われている。セメント業界では、高炉スラグ、石炭灰、一般廃棄物やその焼却灰はセメントの原料や混合材として利用されている。また、木くず、廃プラスチック、廃油、廃タイヤなどは生産工程での燃料として利用されるなど、産業廃棄物処理の役割も担っている。2010年4月、土壌汚染対策法が改正・施行され、汚染土壌を原料としてセメントを製造する汚染土壌処理が可能となった。このためセメント業界は環境問題やリサイクル問題など社会的意義の高い事業に進出することにより事業の裾野(すその)が広がっている。

［青木弘明・大竹英雄］

『金融財政事情研究会編・刊『業種別審査事典』第3巻（1999、2008）』▽『セメント新聞社編・刊『セメント年鑑　第55巻（平成15年版）』『同　第58巻（平成18年版）』（2003、2006）』▽『セメント協会編・刊『セメントハンドブック　2003年度版』『同　2006年度版』（2003、2006）』▽『セメント新聞社編・刊『セメント産業年報　アプローチ　第43集（2009年版）』（2009）』