市場の要求とKanthalのビジョン

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: Direct Reduction of Iron）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。

Swerimでの試験に成功

Thomas Helander, R&D specialist, Kanthal.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Thomas Helanderは説明しています。

進化するKanthalのポートフォリオは、幅広い用途や産業セグメントで脱炭素化を実現する可能性があります。

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。

The graph shows the gas outlet temperature along with electric power and flow rates.

Nycastとのコラボレーション

Jesse White, Strategic Area Manager, Business Development Steel, Kanthal.KanthalとNycastは、Swerimの支援のもと、10年以上にわたって共同で電気式ガスヒーターの開発と試験を実施してきました。 このヒーターは、さまざまな用途やガス組成で試験され、今後数年のうちに大規模な商用設備で利用できる予定です。 この開発は、鉄鋼やセメントなどの産業における大型ガスヒーターに革新的なソリューションを提供するというKanthalの取り組みに沿ったものです。

「Nycastとの協力は非常に充実した経験でした。 産業規模の電気加熱ソリューションに関する当社の専門知識とNycastの革新的なガス加熱技術との相乗効果により、高効率かつMW規模の電気ヒーターの開発における大きな課題を克服することができます。 Swerimでの最近の試験は、ガス加熱コンセプトの有効性と、産業用加熱プロセスに革命をもたらす当社の複合技術の可能性を証明するものです」と、Kanthalのスチール事業開発戦略エリアマネージャーであるJesse Whiteは強調しています。

Kanthal® APM合金の役割:

Kanthalのプロセスガス加熱ソリューションを開発するうえで重要な要素は、コア加熱抵抗合金としてKanthal® APMを使用することです。 Kanthal® APMは、最先端の粉末冶金製法で分散強化されたフェライト系鉄・クロム・アルミ合金で、優れた酸化特性と高温での形状安定性で知られています。 このユニークな合金は、30年以上にわたって電気産業加熱用途に堅牢なソリューションを提供してきました。

Kanthal® APMは、ほとんどの関連ガス雰囲気の高温腐食に対する優れた耐性を備えています。 下図は、Kanthal® APMの酸化特性を他の一般的な高温合金と比較しています。

Gross mass gain due to oxidation at 1,200°C (2192°F) in the air for Kanthal® APM and common high-temperature alloys.

二酸化炭素排出量削減のための電化

Thomas Olsson and Ralph Nyström from the Nycast team.電化は、鉄鋼業がCO2排出量を削減するための効果的な方法として認識されています。 Prothal®プロセスガスヒーターは、さまざまな加熱プロセスでガスを燃焼させる代わりに電気を使用できるようにし、エネルギー効率の向上と二酸化炭素排出量の削減に貢献します。 工業プロセスでの水素ガスの使用により、信頼性が高く、エネルギー効率の高いガスヒーターの必要性が増々高まっています。

当社は、その明白な価値提案によって推進される、プロセスガス用電気加熱の変革力を信じています。

「加熱プロセスの脱炭素化に関する市場の見通しについて、当社はこの先の明るい軌跡を予想しています。 私たちは、明白な価値提案によって推進される、プロセスガスの電気式加熱がもたらす変革の力を信じています」と、NycastチームのRalph Nystrom氏とThomas Olsson氏は述べています。

将来の展望とコラボレーションによる影響

KanthalとNycast間のコラボレーションが成功したことで、Prothal®プロセスガスヒーターがさまざまな産業に大きな影響を与える道が開かれました。 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。

結論として、Prothal®プロセスガスヒーターの最近の試験成功は、持続可能で効率的な電気式プロセスガス加熱ソリューションに向けた重要なマイルストーンとなりました。 イノベーションへのKanthalの取り組み、業界パートナーとのコラボレーション、先端合金の使用により、当社は重工業の変革の最前線に立ち、より環境に優しい持続可能な未来への道を切り開きます。