鉄鋼会社が電力への切り替えに前向きになれば、残りの部分については私たちがお手伝いできます。

Dilip Chandrasekaran, Business Development Manager, Kanthal.工業用加熱技術と抵抗材料の分野で世界をリードするKanthalが、この変革の最前線に立っているのは明らかです。 Kanthalビジネス開発マネージャーのディリップ・チャンドラセカランは次のように主張します。「しかし、最近では、ほとんどの鉄鋼会社が、電気ヒーターが十分に強力であるだけでなく、熱効率と作業環境を改善し、品質向上にも貢献することを認識しています。」 「鉄鋼会社が電力への切り替えに前向きになれば、残りの部分については私たちがお手伝いできます。」と付け加えます。

ここで、電気式加熱技術における最新のイノベーション、移行に伴う課題、およびそれらを克服する戦略が交差する部分を掘り下げてみましょう。

今日の私たちの立ち位置

私たちは、すぐに何が可能になるかを探る前に、今日何が可能かを判断することから始めます。 Kanthalは、下流の鉄鋼生産において電化の準備ができている3つの加熱プロセス、つまり連続焼鈍ライン（CAL）、連続亜鉛めっきライン（CGL）、およびローラーハース炉を特定しました。

「炉内の既存のガスバーナーをラジアントチューブと電気ヒーターに交換し、わずかな変更を加えるだけで、既存の炉を改造することができます」とチャンドラセカランは言います。

Anders Lugnet, Furnace Technology Specialist, Ovako.Kanthalの電気式加熱ソリューションは、さまざまなゾーンにわたって正確な温度を実現すると同時に、騒音を減らし、空気の質を改善して作業環境を大幅に改善します。 数十年にわたる工業用加熱ソリューションの開発を通じて、Kanthalは、温度要件や雰囲気条件に応じて、焼鈍炉、亜鉛めっき炉、ローラーハース炉に適した幅広い材料を開発してきました。 Kanthalは、特定の要件に合わせて製品や設計をカスタマイズすることもできます。

大手鉄鋼メーカーであるOvakoは、過去10年間にわたって加熱プロセスの電化への道を歩んできました。 2012年、Ovakoの炉技術スペシャリストであるアンダース・ルグネット氏は、会社の150基の炉すべてをマッピングし、排出量を削減するための行動計画を策定する任務を負っていました。 ルグネット氏はOvakoの熱処理炉の電気化を推奨しましたが、これは当時明らかな解決策ではありませんでした。 ただし、このプロセスは2014年に開始され、各炉には最大86個のTubothal®金属発熱体が装備されました。 現在、15基のローラーハース炉が電化されており、この移行により、炉ごとに年間約1,400～2,000トンのCO2が節約されると推定されています。 世界中の他の鉄鋼メーカー数社も、焼鈍および亜鉛めっきラインの電化により脱炭素化に向けた取り組みに乗り出しています。

電化の課題を乗り越える

電気式加熱の利点は明らかですが、ガスから電気への移行には、慎重な検討と戦略的計画が必要な多面的な課題が伴います。 チャンドラセカラン氏はこれらの課題に光を当て、それらを克服するための洞察を提供します。

「鉄鋼生産の電化における主な課題の1つは、変換に適したプロセスを特定することです。 特定のプロセスは容易に電化に適しているかもしれませんが、鉄の直接還元（DRI）など、独特の複雑さを伴うプロセスもあります。 DRIは本質的に高温であり、特定の動作条件なので、効率と生産性を維持しながらプロセスの過酷さに耐えるように調整された特殊な電気式加熱ソリューションが必要です」とチャンドラセカラン氏は説明します。

さらに、電力要件を再定義し、再生可能電力へのアクセスを確保することは、電化において重要な考慮事項です。

「電気ソリューションの効率とガスソリューションの効率を正確に定義するのは簡単ではありません」とChandrasekaranは話し、鉄鋼会社は熱伝達と効率の変化が最終製品の特性に及ぼす影響についてあまり知識がないことが多いと付け加えました。

熱工学的な計算を行うことは可能ですが、これによって得られる結果はおおよその見通しにすぎません。 「信頼できる予測を得る唯一の方法は、テストを行うことです。たとえば、加熱ゾーンの一部を段階的に切り替えたり、ゾーンごとに切り替えたりします。 さらに、エンドユーザーは十分な電力が確保されていること、工場に電気式加熱炉への配電に必要なインフラが整っていることを確認する必要があります」とチャンドラセカラン氏は言います。

さらに、電力制御システムの再設計も必要です。 「ガス炉の場合、制御システムは非常にシンプルですが、電気ソリューションの稼働は複雑になる可能性があります。素子の過熱を防ぎ、寿命を最大限に延ばすには、素子の電力を制御・調整する方法を理解する必要があります」とチャンドラセカラン氏は付け加えます。 「しかし、電気式加熱を使用することで、炉内の温度制御の精度が大幅に向上するという利点もあります。」

次に、電気式加熱はCO2排出を完全に排除する機会を提供します。 そのためには再生可能電力へのアクセスが必須ですが、簡単に解決できる方法は存在しません。

利用可能な量とそのコストは国によって大きく異なります。 幸いなことに、ほとんどの政府はこの問題の解決に取り組んでいます。 その一方で、化石燃料からの切り替えが選択肢ではなく必須事項となるのは時間の問題だとChandrasekaranは考えています。

「世界中の政府が企業に化石燃料からの脱却を要求しており、ほとんどの大手鉄鋼メーカーが排出量削減の方法を模索しています」と彼は言います。 「決定を下せるのはそれらの企業のみですが、決定を下しさえすれば、当社には電気への切り替えを実現するための専門知識と経験があります。」

Prothal® THのご紹介

さて、今後のことについて話し合いましょう。 産業、特に鉄鋼分野では、二酸化炭素排出量を大幅に削減するため、高効率で信頼性の高いMW規模の電気式プロセスガスヒーターが求められています。 鉄の直接還元DRIのようなプロセスが天然ガスから水素へと徐々に移行しているため、工業用および加圧用途向けの電気式プロセスガス加熱ソリューションの需要が増加しています。 しかし、MW規模では、さまざまなプロセスガスを高温（800～1,100℃（1,472～2,012°F））に加熱するための、実証済みで堅牢かつ安全な電気式ソリューションが不足しています。

この課題に対応するため、2021年、KanthalとNycast ABはガス加熱技術の独占ライセンス契約を締結し、高効率でMW規模の電気式ヒーターを開発しました。

Prothal® THの名前のこれらのソリューションは、ガス組成、運転圧力、流量など、さまざまなプロセスパラメータに対応する汎用性があり、多様な産業に対応しています。 スウェーデンのルレオにある大手産業研究機関であるSwerim ABで最近行われた試験では、中規模のProthal® THプロセスガスヒーターが使用されました。

空気、窒素、水素など、さまざまなガス組成で行われた試験で、素晴らしい結果が実証されました。 この加熱ソリューションは、最高1,050°C（1,922°F）のプロセスガス出口温度を問題なく達成し、安全限界を確保しながら入力変動に対応する堅牢な性能を示しました。

「当社の現在の電気式プロセスガスヒーター設計の試験結果は非常に有望で、顕著なエネルギー効率、一貫した動作安定性、高いガス出口温度を達成できる可能性を示しています。 さらに、当社のヒーターは電気式発熱体などの重要なサブコンポーネントに依存しており、その設計、製造、操作における当社の広範な専門知識が役立っています」と、Kanthalの研究開発チームのトーマス・ヘランダーは説明しています。

より大規模な設備での動作パラメータについてはさらに検証が必要ですが、この試験は大きな前進です。 これは、進化するKanthalのポートフォリオが幅広い用途や産業分野で脱炭素化を実現する可能性があることを示しています。 ガスの入口温度と出口温度のグラフ、電力と流量は、Prothal® THヒーターの有効性を示しています。

未来に何が待ち受けているもの

技術の進歩に伴い、Kanthalは今後数年以内にプロセスヒーターを展開し、2024年には試験と実証のための機能を拡張する予定です。この革新は鉄鋼産業に限ったことではなく、セメント製造業を含む他の分野も、この画期的な技術から利益を得ることができます。

鉄鋼業界がより持続可能な未来に向けて進むにつれ、環境への影響を軽減するだけでなく、他の部門が後に続く刺激的な模範を示すことにもなります。 電動化における既存の可能性とProthal® THのような革新的なイノベーションが目前に迫っていることから、広範な脱炭素化の見通しは十分に手の届くところにあるようです。 電化を受け入れ、協力して取り組んでいくことで、鉄鋼業界は単に変化に適応するだけでなく、より環境に優しく、より回復力のある未来に向けて先頭に立っているのです。