技術解説＞カーボンニュートラルに貢献するエンジニアリング製品

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技術解説
Technical Review

カーボンニュートラルに貢献するエンジニアリング製品
大橋隆宏＊，北林庄治＊，小塚俊之＊

Engineering Products for Carbon Neutrality
Takahiro OHASHI, Shoji KITABAYASHI and Toshiyuki KOZUKA
Synopsis
As the international community works to reduce greenhouse gases, Japan is also promoting the reduction of fossil fuel use andthe transition to carbon neutral (CN) energy. Moreover, the development of renewable energy, energy conversion technology,
and the carbon neutralization of industrial furnaces are being pursued from a long-term perspective.
The future of Japan's energy policy is expected to rely on renewable energy such as solar power and energy imports fromabroad. In addition, there is demand for products and equipment that improve energy efficiency.
Our company has launched the "Daido Carbon Neutral Challenge" to reduce CO2 emissions and achieve carbon neutrality.
We are developing technologies to improve the thermal efficiency of industrial furnaces, to conserve energy and reduce gas
consumption. In addition, we are pursuing the recovery and utilization of heat in the furnace, reducing heat loss, and savingenergy through automation of operations. With these technological developments, we are helping to conserve energy and reduce
CO2.

1．はじめに下，CN という）達成に向け，極めて有意義でありかつ大同特殊鋼㈱（以下，当社という）は，1916 年の創

プの工業炉を開発し販売してきたが，さらなる工業炉の業以来，溶解炉，熱処理炉などの主要生産設備を自社製

脱炭素化に向けて技術革新にとりくんでいる．本稿で造してきた．現在は機械事業部（1960 年設立）としては，工業炉をとりまく脱炭素に向けた社会情勢と当社の独立したエンジニアリング部門を持ち，製鋼設備の設取り組みについて概説する．

重要である．当社はこれまでに数多く省エネルギータイ

計，施工をはじめとして雰囲気熱処理，真空熱処理，環境事業など，特長ある工業炉を設計し販売している．

2．世界の潮流

近年の大きな外部環境の変化として，2050 年までに温室効果ガスの排出を全体としてゼロにするカーボン
ニュートラルを目指す，という 2020 年 10 月の日本政府の宣言が挙げられる．日本国内に設置されている工業炉

2.

1

世界機関の示した方向性

2015 年にフランス・パリにおいて開催された国連気より排出される温室効果ガスの量は，日本全体の 12 %候変動枠組条約第 21 回締約国会議（COP21）において，量を削減する取り組みは，カーボンニュートラル（以が採択された．協定には「世界的な平均気温上昇を産業を占めると見積もられており 1），この分野において排出

新たな法的枠組みとなる「パリ協定」を含む COP 決定

2023年 10月 20日 受付＊ 大同特殊鋼㈱機械事業部（Machinery Division, Daido Steel Co., Ltd.）

電気製鋼 第 94 巻第 2 号 2023 年

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革命以前に比べて 2 ℃より十分低く保つとともに，1.5 ℃に抑える努力を追求すること」と，「今世紀後半には，
温室効果ガスの人為的な排出と吸収源による除去の均衡を達成するよう，排出ピークをできるだけ早期に抑え，最新の科学に従って急激に削減すること」が，世界全体の目標として掲げられている．
反面，温室効果ガスの削減は目標通りには進んでいな
い．気候変動に関する政府間パネル（Intergovernmental
Panel on Climate Change：IPCC）の第 6 次報告書（2021年）においては，人間の活動が大気・海洋および陸域
を温暖化させてきたことは疑う余地がないとされた．また，CO2 の累積排出量と気温上昇量の変化は，ほぼ線形Fig. 1. Greenhouse gas emissions in Japan.

関係にあり，少なくとも正味ゼロ排出を達成し，他の温(Data from MOE survey results.)

室効果ガスも大幅に削減する必要があるとされた．
さらに世界のエネルギー供給の諮問機関として影響力の大きい，IEA（International Energy Agency，国際エネルギー機関）は数々の現状分析のレポート，将来見通しのレポートを公表しているが，最新の提言では 2030 年に向けて再生可能エネルギーの設備容量を 3 倍に増やす

現在，日本では多くの化石燃料の購入時に，その CO2の排出量に応じた税金が課されている．この税金は地球温暖化対策税と言われ，2023 年時点で CO2 排出 1 t あた

り 289 円の税率が設定されている．ただし，本制度におけるその税率は，化石燃料の使用を減らす効果は期待よう提唱した．その背景には，「気候変動に関する国際できても，化石燃料の使用をやめ，CN 由来エネルギー

連合枠組条約」において提示した温室効果ガスの削減目へ切り替えていくほどのインセンティブは働かず，それ標値に対し，達成が難しくなるだろうとの現状分析があゆえ数年以内に制度の見直しが行われる見通しである．

ると考えられる．

2023 年度のエネルギー白書に記載のあるように 3），化EU ではカーボン排出量の取引制度がすでに敷かれ，石燃料の輸入企業（電力会社，ガス会社など）に賦課金

世界の流れを先導しており，国境炭素税制度の本格運用を課す制度が検討されている．この賦課金は直接的には（2026 年）を前に 2023 年の 10 月から移行期間が始まろ

エネルギーの消費者に課されるものではないが，結局うとしている．この制度はいずれ日本，そしてアジア諸は電力価格，ガス価格となって負担することになるだろ

国へ影響をおよぼすことが確実であり，海外の政策動向

う．特にエネルギー多消費の製造業においては，省エネの入手に努め，市場ニーズに沿った製品を提供し続ける

ルギーあるいは省 CO2 設備に対するニーズがこれまでことが，我々メーカの使命と言えよう．

以上に高まると予測される．

2.

2.

2

日本の取り組み

日本政府は 2021 年 4 月に，2030 年度において，温室効

果ガス 46 % 削減（2013 年度対比）を目指すこと，さらに

3

長期的視点に立った取り組み

2050 年を目標として，各種の CN 化の達成手法の開発・実用化と，社会制度への組み込みが検討され続けて50 % の高みに向け挑戦を続けることを表明した．Fig. 1 にいる．なお，現時点では 2050 年のエネルギーミックス

日本国内における温室効果ガス排出量の推移を示す ．先の見通しが示されていないため，各一次エネルギー，転2）

述の削減目標については，2021 年度の実績（2013 年度対換後エネルギー，最終エネルギーの量および構成比率は比 16.9 % 減少）より，これまでの削減ペースが維持され定性的な表現に留まることをご容赦いただきたい．

た場合には，おおむね目標を達成できる見込みとなってい（a）エネルギーの発生に関する取り組み

2）

る ．ただし前提となる削減ペースを今後も維持すること再生可能エネルギーが主力を担うと位置付けられては簡単ではなく，脱炭素に向けた技術革新の推進は無論でいる．また原子力についても活用すべきと位置付けらはあるが，コスト高を理由に回避されてしまう技術のコスれている．

トダウンが果せるのか，開発技術の活用による，持続可能

再生可能エネルギーとしては太陽光エネルギー，水な社会制度の構築が可能であるのか，我々の人知が問われ力エネルギー，風力エネルギーが大半を占める期待さているといっても良いであろう．

れているが，バイオマスについてはバイオ炭などのよ技術解説＞カーボンニュートラルに貢献するエンジニアリング製品

うにカーボン固定の役割を果せることから，発生方法
だけでなく転換方法からも開発が進められるだろう．
エネルギーの発生技術の開発とともに，エネルギーの需給ギャップに対する調整力の改善も求められてい65

CN 化に伴うコストアンバランスは政策的な後押しを受け，世の中のあらゆる分野で CN 化が進むと考えられる．それらの技術や手法のいくつかは，量の増加によりコストの改善が進み，市場に受け入れられるだろう．

る．特に電力は同時同量の原則があり，需要側・供給側の双方に調整機能（バッファ機能）を持たせねばな

3．日本の現状と将来の見通しらない．エネルギーの発生についてはどの方法が適正か，という視点とともに，量を稼げるか，システムの不調につながらないかなども併せて評価し，安定的に運用せねばならない．
（b）エネルギーの転換技術，輸送に関する取り組み
前項でも触れたように，今後の我々が手にするエネル

3.

1

主力エネルギー

第 6 次エネルギー基本計画 5） および 2020 年 10 月の菅内閣のカーボンニュートラルに関する意思表明によれ
ば，今後の日本のエネルギー政策は以下を目指すとされギーの形態は電力が主になると考えられる．電力はさまる．

ざまなエネルギー需要に応え得る，非常に汎用性に富む（a）水素，アンモニア

エネルギーではあるが，先に挙げた同時同量の原則や送特に水素は新たな資源として位置付け，利用の拡大を

配電システムの制約から，電力を元にして水素，メタン，

進める．そのためにも海外の安価な水素，国内で自給でアンモニアなどの二次エネルギーへ転換し，それぞれのきる水素を組み込んだ基盤を確立する．水素の供給コス

短所を補い合うことになると予測される．

トを化石燃料と同等程度の水準まで改善するとともに，（c）エネルギーの使用に関する取り組み

供給量についても拡大を進める．

特に熱を用いることが企業活動に直結する業界，例

アンモニアについては石炭火力への混焼需要が確実にえば自動車部品の製造や化学業界の他，我々の製品で進むと見込まれるので，現時点では実証試験を着実に進ある工業炉の主力ユーザである鉄鋼業や金属熱処理のめる．

業界において，CN を目指す動きが活発化している．そ（b）電化に向けたインフラの整備れを受け，工業炉を提供する側からも，CN 化に向けた再生可能エネルギーの導入拡大と歩調を合わせるよう技術提案，開発を推進する取り組みが加速している．

に，蓄電池の改善や水電解装置の効率改善を進め，供令和 5 年 3 月に公表された経済産業省の「『製造分野

給・需要の変動性に対して柔軟性の高い電力システムへにおける熱プロセスの脱炭素化』プロジェクトに関すと変えていく．

る研究開発・社会実装計画」においても，工業炉はア（c）CNエネルギーのコスト改善

ンモニアや水素の供給インフラなどの整備状況を踏まエネルギーのコストについて，（公財）地球環境産業技

え，複数のエネルギーの使用方法について可能性を追術研究機構（RITE）から想定値が示されている．Fig. 2 に求することが適当とされた 4）．また工業炉の電化は CN化に向けた有効なアプローチであるものの，経済性，効率性，電源設備の整備状況や電力事情などの課題も考慮しつつ，アンモニア，水素，電化のいずれに偏ることなく開発を進める方向が示された．

2.

4

中長期的視点に立った取り組み

2050 年に直結した技術に先んじて，現時点で実用化を終えている技術，あるいは実用化に向けて少数の課題を残すのみ（例えばコストの改善など）となった技術については，一部で事業化が間近になりつつある．
例えば製鉄，製鋼分野では，従来の高炉による製鉄を直接還元技術に置き換える動きが，さらには一歩進めて CN 水素による直接還元技術に置き換える事例が現れつつある．

2050 年における日本の再生エネルギーコスト・ポテン

シャルの想定を示す 6）．この想定によると太陽光発電のポテンシャルは 600 ～ 800（TWh/ 年）程度を見込み，その発電コストは 18 ～ 23（円 /kWh）程度と予想している．洋上風力発電のポテンシャルは 200（TWh/ 年）
程度に留まり，その発電コストは 28（円 /kWh）程度と予想している．RITE の調査時点では従来型化石燃料による発電コストは原子力発電では 12（円 /kWh），天然ガス火力発電では 15（円 /kWh）前後を維持すると仮定しており，CN 時代には，現在に比べて 2 倍程度，ある
いはさらに重いエネルギーコストとなる可能性を見通している．

電気製鋼 第 94 巻第 2 号 2023 年

800

待されるが，工業炉メーカは単にそれを待つだけでは不十分である．3. 1 節に述べたように，化石燃料を直接Offshore wind power
generation(standard scenario)

的・間接的に利用して業を営む企業，さらには CN エネ

ルギーへの転換を果して業を営む企業のいずれも，今後

400

600

みが実用化され，コスト面からも現実に近づくことが期
Solar power (standard scenario)の社会ではコスト面での負担が重くのしかかるだろう．
よって工業炉メーカあるいは工業炉ユーザとも，今後

200
0Power generation potential (TWh/y)66

0のエネルギー価格やカーボンプライシングを先読みし，その前提で許容される省エネ対策を徹底的に行っておく
10

20

30

Power generation cost (yen/kWh)Fig. 2. Assumptions of Japan’s variable renewableenergy costs and potential for 2050 (summarizing
RITE analysis results).

3.

2

エネルギーの輸送方法

日本は将来的にみても太陽光発電に頼るエネルギー構
成となり，またエネルギー消費量の見込みに対して 1/3程度しか賄えないため，海外の再生可能エネルギーに恵まれた地域から，輸送に適したエネルギーの形態へ変換
した上で輸入し，利用することになると予測される．

3.

3エネルギーの利用方法

ことが必須である．そうして極力エネルギーの無駄を省いたプロセスとして完成度を高めた上で，しかるべきタイミングで化石燃料から CN エネルギーへの切り替えにチャレンジすることが，真っ当な進め方となるだろう．

5．当社の取り組み
これを受けて当社においては 2021 年に Daido Carbon

Neutral Challenge を策定し，2013 年度対比の CO2 排出量を 50 % 削減し，2050 年に向けてカーボンニュートラル

実現を目指すとしている．機械事業部においては，納入する製品（工業炉）を通じてユーザの CN を目指す，「いますぐに導入できる，将来の CN に結び付く技術」
を揃えることが使命となる．工業炉といっても処理内容

令和 3 年の 10 月に閣議決定された環境省の地球温暖や原理，設備規模の大小などさまざまであるので，取り化対策計画においても，各産業界に対し省エネルギー性

組みのアプローチも異なるが，例えば省エネルギー法の能の高い設備・機器などの導入促進をはかり，業種間連「エネルギーの使用の合理化に関する事業者の判断基準」

携の省エネルギーの取り組み推進，燃料転換の推進，徹を参考にすると，さまざまな事項（視点）から省エネ技

底的なエネルギー管理にとりくむよう訴えている．エネ術を提案している．

ルギーマネジメントシステムの付加，熱回収システムの改善といった，すぐに着手の可能な既存熱プロセスの効率改善やレトロフィットにとりくむべきである．
また 2050 年において日本のすべてのエネルギーが電Table 1 に当社機械事業部が提案する設備技術を示す．
ここでいう排熱回収技術とは，従来は捨てていた炉の排熱から熱を回収し，トータルの熱効率を高めるアプ
ローチである．また熱損失削減技術とは，炉体からの熱化されるわけではなく，水素や CN メタン，アンモニア

放散や高温のプロセスガスの使用量を減らすアプローチ

といったケミカルエネルギーも確実に利用され続けるこである．また操業の最適化技術とは，オペレータに依存とを見逃してはならない．特に先に述べたように，日本

した投入電力などの調整を，新たに開発した検出・制御

は海外から CN エネルギーを輸送に有利な形態に整えて方法にて自動化することにより，客観的で適正な調整へ輸入する必要がある．

と変えるアプローチである．

工業炉メーカはユーザの CN 実現を手助けするような設備を提供するとともに，目下ではエネルギー効率の改善，エネルギー使用の効率化に寄与し得る製品や既設設備の改善メニューを提供し続けることが必要である．

4．工業炉になすべきこと
長期的には 2. 3 節および 3. 1 節に挙げた技術や仕組

以下ではこれらの技術の簡単な解説を行う．

5. 1 DINCS®※（高効率燃焼システム）
ラジアントチューブバーナを用い，間接的に処理品の加熱を行う雰囲気熱処理炉において，熱効率を改善する技術である．Fig. 3 に DINCS Ⓡの模式図を示す．

ラジアントチューブの排気側に熱交換器を設け，炉内へ熱を伝え終えた排ガスを通すことにより，燃焼空気の技術解説＞カーボンニュートラルに貢献するエンジニアリング製品

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予熱を行うものである．ただし従来の熱交換器は金属製であるため，熱伝導率がさほど高くなく，また高温雰囲

Air-cooled
stirring fan

DINCS

気に晒される熱交換器は寿命が短く，定期的な交換が必須となっていた．
本熱交換器の材質として，熱衝撃への耐性および熱伝

NOx buster

導率に優れた炭化ケイ素（SiC）を採用した．また熱交換面積を大きくするよう，複雑ならせん形状を実現する
ことで，熱交換器の高寿命化と高効率化を両立させた．
熱交換率の向上による設備ランニングコストの改善，Precision
furnace pressure
control function

熱交換器の高寿命化によるメンテナンスコストの削減が期待できる．また，従来のラジアントチューブバーナに取り付けできることを念頭に設計しており，比較的安価にバー
ナの燃焼効率を向上できることも長所の一つである．
・Combustion heat reduction

O2 sensor

Continuous burner
exhaust gas
monitoring system

New instrumentation
system,Tablet monitoring

Non-water cooled
door

Fig. 4. Premium STC® furnace (2nd generation).
Burner

したことが挙げられる．従来の STC® 炉は，炉扉の枠部を水冷にて熱保護しており，水冷箇所付近に炉内温度分
布の不均一性を生じさせていた．この炉扉と周囲に用いHigh-efficiency
heat exchanger
・Reduction of
exhaust heat loss

High-radiationmaterial
・Increased amount of heat transfer due
to radiation effect on exhaust side®

Fig. 3. DINCS system.

5.

2る断熱材を高性能断熱材に置き換えることで，水冷構造を撤去でき，冷却水による熱損失を削減するとともに，炉内温度分布の均一化も達成した．
次なる改良として，雰囲気ガス使用量の削減を目的と®

プレミアムSTC 炉（第2世代）※

多品種小ロットの処理に優れた，鋼材熱処理用バッチ式焼鈍炉である，当社 STC （Short Time Cycle）炉におい®

て，複数の開発技術を新規採用して改良した設備である．
従来の STC® 炉に対して，省エネ性能を追求すること
により，燃料ガス消費量，N2 ガス消費量を削減，さらに処理時間を短縮することで，CO2 排出量を大幅に削減した精密炉圧制御の採用が挙げられる．従来の STC® 炉
では，炉内雰囲気の清浄性を維持するため，炉内を正圧に保持することを目的に炉内へ常に定量の N2 ガスを投入していた．本制御機能を採用することにより，最小量の N2 ガスの投入で操業を可能とした．併せて，高温の炉内雰囲気とするため加熱に要する熱損失を抑制することができ，炉の省エネルギー化にも貢献している．
保守性の追求において，バーナ排ガス常時監視機能をした．Fig. 4 にプレミアム STC® 炉（第 2 世代）の設備採用している．熱源であるラジアントチューブバーナ

概要を示す．省エネ性能の追求における具体的な改善のは，最適な空燃比で調整することにより高い燃焼効率を一つとして，炉扉の非水冷構造を設計開発したことと，発揮することができるが，設備自体の振動や経年劣化に

炉内攪拌扇の空冷化採用により，完全非水冷炉殻を実現

より，空燃比がずれ，燃焼効率が低下する．この課題にTable 1. Technology proposed by the Machinery Division.
Equipment
Classiﬁcation Atmosphere heat treatment
furnace
Point of view
Rationalization of fuelcombustion, heating, coolingand heat transfer－

・DINCS®（High efﬁciency
Recovery and use of waste heatcombustion system）
Preventing energy loss due
to radiation, conduction,
resistance, etc.

・Premium STC® furnace(2nd generation)

Vacuum heat treatment
furnace－－・ModuleTherm
・SyncroTherm® (vacuum
carburizing furnace)

Steel melting and reﬁning
furnace・E-adjust® (judgement
system for meltdown
timing）

・MSP® (shaft furnace)
・Scrap preheating device(environmentally friendly)・STARQ® (electric arc
furnace with rotating
body）

68

電気製鋼 第 94 巻第 2 号 2023 年

対し，常時バーナ排ガス中の O2 濃度を計測することで，

Cooling
chamber

空燃比の変化による燃焼効率の悪化を検知し，オペレー

Transferchamber

Heating
chamber

タへ通知するシステムを搭載した．通知を受けたオペレータが該当バーナの燃焼調整を実施することにより，バーナは常に最適な燃焼状態を維持することが可能となり，燃料ガス消費量の削減，排ガス中の CO2 排出量の削減に貢献している．

Tray movement

5. 3 モジュールサーモ，シンクロサーモ®※

Chargingdischarging

Fig. 5 にモジュールサーモ概要図，Fig. 6 にシンクロ

サーモ ® 概要図を示す．従来型のガス浸炭設備では，一般的にバーナで加熱し炭化水素系のガスを変成させるこ

Fig. 6. SyncroTherm®.

とにより，炉内の浸炭ガス雰囲気を生成していた．その雰囲気を安定させるには長い時間が必要であり，ガス浸
炭設備は設備停止と再立ち上げがしにくい設備となって

5. 4 溶け落ち判定システム（E-adjust®）※いた．そのためガス浸炭設備は長期停止の場合を除き，従来，製鋼用交流電気炉の操業において，スクラップ

一定の温度と雰囲気を保ち続ける必要があり，実際の処の溶解状況（溶け落ち）を判定する作業は，オペレータ理に寄与しない待機エネルギーを消費していた．

の経験則を重視して判定を行っていた．しかし，オペ

本設備はいわゆる真空浸炭炉であり，処理品を 900 ℃

レータの判定には，ばらつきが生じていた．そのため，～ 1000 ℃に加熱して，表面付近に炭素濃度の高い層

スクラップ溶解に要求される熱量投入に対し，余分な熱（浸炭層）を形成する熱処理工程を減圧下で行う．浸炭量投入を行う操業が発生しているのが現状であるが，オガスはアセチレンを採用し，適時適量制御を行うことにペレータの経験則を可視化させることは困難であった．

よって収率を従来技術の数 % に対して 60 % 程度にまでそのような課題に対して，Fig. 7 に示す本システムを開向上させた．また設備のクイックストップ，クイックス発した．

タートを可能とし，待機エネルギーの削減が達成でき本システムでは，オペレータの経験則を炉内音およびた．さらに材料成分，浸炭温度，炉内圧力，および浸炭

高調波の観点から可視化し，さらに，閾値を設定するこ品質要件を入力するだけで，浸炭レシピを求めるソフトとで，定量的に溶け落ち判定を自動判定することに成功

ウェア「浸炭くん ®」によって，複雑な真空浸炭条件をした．これにより，要求される熱量投入を超える操業が誰でも容易に精度よく確立できるようにした．

減少し，電力量原単位が改善される．

従来技術と比較すると，無駄な待機エネルギーの削減

本システムは，製鋼用交流電気炉の操業において重と浸炭効率の向上によって大幅な省エネルギーが可能と要となるスクラップの溶け落ち判定の平準化を実現すなる．また省エネルギーの結果としての CO2 削減のみるものである．本設備では，マイクおよび CT（Current

ではなく，浸炭ガス消費量の最小化による効果も期待できるため，それらと併せて圧倒的な CO2 削減効果が期Transformer）から取得した炉内音および高調波を定量的に判定することにより，溶け落ち判定のばらつきを解消
し，電力量原単位を削減することができる．

待できる．
Heat insulating module

Currenttransformer

Rail for runningData
communication

Transformer
Transfer module

真空ポンプ

Charging table

Carburizing module (3 units)

Tray movement

Fig. 5. ModuleTherm.

Burn-throughjudgment signal

Current
signalScrap bulk
setting signal

MicrophoneSoundsignalOil coolingmoduleAC Electricarc furnace

FurnacestatussignalE-adjust panel

Fig. 7. Judgement system of meltdown timing (E-adjust®).

技術解説＞カーボンニュートラルに貢献するエンジニアリング製品

5.

5

®
MSP（スクラップ予熱装置付き
アーク炉）※

69

5. 6 環境対応型スクラップ予熱装置※
Fig. 9 に本設備の概要図を示す．アーク炉では，炉内Fig. 8 に装置概要図を示す．製鋼用のアーク炉設備にから発生するばい煙を吸引するための直引集塵は必須の

対し，熱効率の改善を行う技術である．従来のアーク炉機能であるが，ばい煙を吸引するのに付随して多量の炉では，炉から吸引した直接集塵排ガスは 800 ℃前後の温内の熱量も吸引することになる．スクラップ予熱機能を度を有するが，それからの熱回収は盛んとはいえない．

有しないアーク炉の場合，その熱量は利用することなく

例えば一般廃棄物の焼却炉に見られるように，高温の排捨てられていた．また 1970 年代～ 1980 年代にかけて，

熱をボイラへ導き，排ガスの熱エネルギーを高温・高

その熱量によって次バッチの材料（スクラップ）を予熱

圧力の蒸気として回収する例も見られた．ただしアークする装置の採用が進んだが，スクラップを保持するバ

炉の直接集塵排ガスは量，温度ともに変化が激しく，ボケットが熱変形して予熱ガスの漏洩を起こし，工場内のイラのドラム水位制御や蒸気温度の制御が困難なことか

環境悪化を引き起こしたために，従来式のスクラップ予ら，安定した操業を行うことが困難であった．

熱装置の利用は下火となっていた．

本設備の特長として，アーク炉へ投入する前のスク

そこで本設備ではスクラップバケットとは別に専用のラップをフィンガーという水冷火格子により保持するこ

予熱槽を持つことで，高温の排ガスでスクラップを予熱とで，スクラップを高温の排ガス中に置くことができ，することが可能となった．また，予熱槽を移動台車で電熱交換の効果を最大限に引き出すことができる．また

気炉中心まで移動させることと「スカイハウス」を導入

アーク炉の中心には黒鉛電極が配されるため，スクラッ

することにより，クレーンによる予熱スクラップの搬送

プの投入位置はアーク炉の中心から離れざるを得なかっを無くすことができ，白煙や悪臭の発生を無くすことがたが，MSP では以下のように改善されている．スクできた．さらに予熱槽をスクラップバケットと分けたこ

ラップの投入時には炉頂予熱槽が炉の中心付近まで移動とにより，予熱槽には高温に耐える耐火物を施工するこするため，スクラップの投入位置を最適にすることがでとが可能となったため，バケットの変形や排ガスの漏洩

き，炉内の溶解状況を理想的にすることができる．

を気にすることなく，従来よりも高温の排ガスによりス®

予熱効果を極限まで高めることができるとともに，溶クラップの予熱ができるようになった．その結果とし解ムラを小さくできることから，炉体からの熱損失を最て，高い材料予熱効果が得られ，アーク炉全体としての小限に留められる．これはつまり最小限の投入エネル

排ガス損失の低減，エネルギー効率の向上を果すことがギーでスクラップを溶かすことが可能といえる．

できた．

BucketSky house

Roof gate
Upper chamber

Bypass duct
Exhaust duct

Lower chamber
Electrode arm

Electrode

Korf finger
Sweeper

DC arc f'ce

Bypass duct

Oxy-fuel burner

Combustion
tower

Fig. 9. Scrap Preheating Device.
Bottom ElectrodeFig. 8. MSP® (Shaft type scrap preheating device).

5.

7

炉体旋回式電気炉（STARQ®）※

Fig. 10 に本設備の概要図を示す．電気炉の炉体を旋回させることで炉内スクラップの溶解性を均一にして，エネルギーロスの低減，熱効率の向上を図り，電力原単

70

電気製鋼 第 94 巻第 2 号 2023 年

位の削減を実現するものである．従来，交流式電気炉で本バーナは，当社主力製品である STC® 炉などの熱処

は電極が三角形に配置されているのに対して炉殻が円筒

理炉への適応を目指して開発しており，既存の汎用バー形状のため，電極との距離が一定ではない状態であり，ナの構造を活用し，1 本あたりのバーナの容量も同一とこのことからスクラップが溶けやすい場所（ホットス

している．そのため，既存炉にそのまま設置でき，最小ポット），溶けにくい場所（コールドスポット）が発生

限の改造で水素燃料への対応が可能としている．また，していた．本設備はこの状態を炉体旋回により抜本的に

当社独自技術である DINCS® や NOx バスター TM（NOx

解消する設備である．

低減装置）などと組み合せることで，水素燃料の消費量

本設備は使用中の電気炉に追加導入することが可能である．この場合は電気炉の炉殻と電気炉を設置するプを低減するだけでなく，環境性能も併せ持った燃焼システムである．

ラットホーム，炉脚などを更新するだけで良く，電源設

その他，どのような水素混合割合でも対応が可能で，備や炉蓋上昇旋回装置・電極支腕・支柱・昇降装置など

水素インフラが整備されるまでの切替過渡期を含め，が流用できる．電気炉が新設の場合，通常の交流電気炉

ユーザにて準備いただく燃料成分に合わせた対応を想定

設備構成に炉体旋回機構を加えるのみで導入が可能であ

している．

る．

今後，被熱物の温度分布や品質におよぼす影響などを

具体的な設備構成は以下の Fig. 10 に示すように，電実証評価し，製品化に向けた開発を推進していく．

気炉の炉体，炉体を旋回ベアリングに固定するための炉
体ベース，旋回動作のための大型旋回ベアリング，設備全体が設置される傾動プラットホームなどとなっている．溶鋼を保持した炉体の重量を均等に旋回ベアリング

Radiant tube
Hydrogen burnerに伝え，かつ絶縁性を確保した状態にするため，炉体および炉体ベースは従来の電気炉から形状を変更し，さらには適切な範囲に絶縁物を設置することで，電気炉に求められる仕様を実現している．

Heat exchanger

Electric arc furnace
bodyFig. 11. Radiant tube type hydrogen burner.

Furnace base

6．まとめ

Rotating bearing

工業炉の分野に限らず，2050 年カーボンニュートラル
社会の実現に向けた技術革新は今後も加速していくことは

Tilting platform

Fig. 10. Electric arc furnace with rotating body (STARQ®).

必至であり，持続可能な社会環境の構築は，全員参加でとりくんでいかなくてはいけない永続的な課題である．

環境共創イニシアチブ

当社においても，省エネ技術の開発を継続するととも

省エネルギー投資促進・需要に，グリーン電力，水素エネルギーの活用など，鉄鋼

構造転換支援事業の先進設備・システムとして認定さメーカまた工業炉メーカとして，脱炭素に向けた取り組

れている．

みを加速させ，持続可能な社会構築へ貢献していく所存※を付した設備は一般社団法人の令和4年度補正予算

5. 8 ラジアントチューブ式水素バーナ
水素はその燃焼において，CO2 を全く排出しない，脱炭素に有効なエネルギーであることから，当社では2021 年に水素を燃料とするラジアントチューブバーナ

である．
（文

献）

1）一般社団法人工業炉協会ホームページ：https://www.
jifma.or.jp/decarbonized/の開発に着手し，社内のテスト装置を用いた水素混焼お2）環境省，国立環境研究所：2021年度（令和3年度）のよび専焼テストに成功した．Fig. 11 に本バーナの外観

温室効果ガス排出・吸収量（確報値）について（https://を示す．

www.env.go.jp/content/000128750.pdf）．

技術解説＞カーボンニュートラルに貢献するエンジニアリング製品

3）経済産業省：エネルギー白書 2023
（https://www.enecho.
meti.go.jp/about/whitepaper/2023/pdf/whitepaper2023_
all.pdf）．

4）経済産業省：「製造分野における熱プロセスの脱炭素化」
プロジェクトに関する研究開発・社会実装計画（https://www.meti.go.jp/press/2022/03/20230328006/20230328006-2.pdf）．

5）経済産業：第6次エネルギー基本計画（https://www.
meti.go.jp/press/2021/10/20211022005/20211022005-1.
pdf）．

6）（公財）地球環境産業技術研究機構：2050年カーボンニュートラルのシナリオ分析．

大橋隆宏

北林庄治

小塚俊之

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