設備紹介

高効率電気炉エアパージバーナーの紹介
荒谷

渓樹*1 山田宗平*2

ARATANI Keiju and YAMADA Sohei

1. はじめに

1）燃焼モード従 来バーナーは 7 基設置してあり，配置の制約から一電気炉ではスクラップ溶解のために，電力以外の熱源と部のバーナーはホットスポット近傍にあったため，電極して炉前ランスマニプレータからの酸素吹精や助燃バーの側面消耗が大きかった．

ナーを利用している．近年の急激な原燃料費の上昇により，

2）保持焚モード

電気炉の生産性を維持しかつ投入エネルギーを削減するこバーナー先端の詰まりを防止するためには最低出力で燃とは，カーボンニュートラルを推進するうえで重要な課題焼させなければならず，溶解に寄与しない LNG・酸素となっている．

をロスしていた．またこれまで十分な詰まり抑制効果は当社では従来の「助燃バーナー」から LNG 及び酸素使不十分であった．

用方法を最適化し CO2 排出削減に有利な「高効率エアパー3）コヒーレントモード

ジバーナー」を導入した．本報では新たに導入した高効率

バーナー先端の詰まりによって燃焼が不安定となり，有エアパージバーナーの特徴及び効果の概要を紹介する．

効に使用できていなかった．

2. 助燃バーナーの課題

3.

助燃バーナーは適正な燃焼モードを適宜セレクトし，ス導入した高効率エアパージバーナーの特徴導入した高効率エアパージバーナーの特徴を以下に示

クラップの溶解性を高めている．助燃バーナーの燃焼パす．（表 1，表 2）

ターンを図 1 に示す．
1）エアパージモードによる LNG・酸素消費量の削減
バーナー内部には LNG と圧縮空気の予混合チャンバーがあり，バーナー先端で速やかに LNG と圧縮空気が燃焼する．このことにより吐出口が高温・高圧になるため，バーナー先端への溶鋼スプラッシュやスラグの付着を防止する．このエアパージモードは LNG・酸素の消費量が削減できる．
2）‌燃焼モードによるバーナー出力向上と電極消耗削減
保持焚での LNG 削減を狙い，エアパージモードの活用と共に，バーナー本数を従来の 7 基から 4 基に削減した．
図1 溶解中の燃焼パターン模式図

それに伴い 1 基当たりの出力を向上させトータルのバーナー出力は導入前と同等とした．基数の削減に伴い，配電気炉内に未溶解のスクラップが多い時期には全バー置の自由度が高まったことから，バーナーをコールドスナーを「燃焼モード」で使用し，非通電時及びスクラップポットに配置し，電極の側面消耗を抑制できる．の溶け落ち後は「保持焚モード」を使用する．さらに，高3）コヒーレントモードによる高効率な溶解効率な溶解を行う「コヒーレントモード」の 3 種類のモー前 述の通りエアパージモードはパージ効果が大きく，ドで燃焼をおこなっている．その各燃焼モードの課題を次

バーナー先端詰まりが解消され，コヒーレントモードをに示す．

安定的に使用することができる．コヒーレントモードも

*1
*2

製鋼部
製鋼部

製鋼課
製鋼課長

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Sanyo Technical Report Vol.30 (2023) No.1

高効率電気炉エアパージバーナーの紹介

表1 新設したバーナーの使用モードと主な役割

表2 バーナーの外形及び設計の比較⇦ パージモードによるLNG削減量⬇ コヒーレントモードによる電力源単位削減量

図2 バーナー配置

燃焼モードと同様に出力を高めた．

4.効果の確認
図3 電力原単位とLNG原単位の関係

4.1LNG・酸素及び電力原単位の低減効果導入したエアパージバーナーは溶鋼スプラッシュによる減できており，溶解に寄与していない保持焚モード中のバーナー先端の詰まりが解消されバーナーの燃焼が安定

LNG は 16 %，酸素は 12 % 削減できた．また，電力原し，コヒーレントモードを有効に活用できるようになった．

単位指数はエアパージバーナー導入による燃焼の安定化のさらに保持焚モードの LNG・酸素のロスを大幅に削効果により 1.3 % の低減を達成した．

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Sanyo Technical Report Vol.30 (2023) No.1

効果が大

バーナー更新後炉内の酸素量が低減したことで酸化精錬への影響が懸念されたが、上述した

4.2 電極原単位の改善効果

高効率電気炉エアパージバーナーの紹介

エアパージバーナー導入前後の電極原単位指4.2電極原単位の改善効果

applic(2014)2) 南

加熱(日3) 南

電極原単位は約 14%削減された。

出鋼指数>3@ 指数 ± ±生産性炉協会

4) 南
1更新前

2更新後

図5 バーナー更新前後の出鋼実績[P]

図 5 バーナー更新前後の出鋼[P]実績

図
バーナー導入前後の電極原単位推移
図44 バーナー導入前後の電極原単位指数の比較

プラッシュ)
できた。
mm)
)
)
導入によ
39.3mm)mm)
26.5
39.3減を達成
39.345.6
26.5
26.5
45.6
45.6が鋼浴に効率良く入り込むことで、酸化精錬能ド適用により吹き込む酸素が鋼浴に効率良く入り込むことれた．

効果

保持焚“The

めた。

スを大幅M.Reif

面酸化消耗が抑制され，電極原単位指数は約 14 % 削減さ

コヒーレ

有効に活H

ようにコヒーレントモード適用により吹き込む酸素数を図4 に示す。バーナー基数の削減と配置のエアパージバーナー導入前後の電極原単位指数を図4にで，酸化精錬能力を維持することができたと考えられる．
力を維持することができたと考えられる。
示す．バーナー基数の削減と配置の適正化により電極の側適正化により電極の側面酸化消耗が抑制され、

ーレント

バーナー

1)

6.おわりに

電極原単位は①アーク発生や溶鋼･スラグとの 6. おわりに

電極原単位 CE は①アーク発生や溶鋼 ･ スラグとの接触接触などによる先端消耗原単位と、②雰囲気酸などによる先端消耗原単位
CT と，②雰囲気酸化による側面消耗原単位 CS の和で表すことができる．これを式で表電気炉操業での省エネを実現すべく、ＬＮＧ及電気炉操業での省エネを実現すべく，高効率エアパージバーナーの導入により高い電気炉生産性を維持しつつ，化による側面消耗原単位の和で表すことができ び酸素使用量方法を最適化した高効率エアパ
すと以下となる 2,4）．
バーナーおよび LNG 使用方法の最適化を行った結果，以C=C+C(1)2,4)
ージバーナーの導入により高い電気炉生産性をETSる。これを式で表すと以下となる 。
下の成果を得た．
C E = CT + C S    (1) 
維持しつつバーナー更新およびＬＮＧ使用方法の
C E = CT +dC S 2   (1) 1）溶解に寄与していない保持焚きモード中の LNG（及び最適化を行った結果、以下の成果を得た。
C T = C E･ d t  2    (2) 酸素）はエアパージバーナー導入によって，16 %（酸2C T = C E･ dd 0tt     (2) 素：12 %）削減できた．
C T = C E･ d 0     (2) 2）コヒーレントモードの有効適用により，電力原単位指1)溶解に寄与していない保持焚きモード中のＬ d0 2  dt 2 
C S = C E･
1 −  d      (3) 2tdC S = C E･1 −  d0t      (3) dC S = C E･
−1  0      (3) dC : 電極原単位 (kg/t)   0 
C E :電極原単位(kg/t)

数を 1.3 % 低減した．

3）バーナー配置変更最適化と基数削減により電極の側面酸化消耗を抑制でき，電極原単位指数を 14 % 改善した．
4）酸化精錬は従来と同等の能力があることが確認された．

ECT：先端消耗原単位 (kg/t)

今後もカーボンニュートラルの実現に向け，さらなる操(kg/t)
CS：側面消耗原単位
C ：先端消耗原単位(kg/t)

業の改善に取組んで参ります．

Td0：電極初期径

C S ：側面消耗原単位(kg/t)
dt：電極先端径

参考文献

この式を用い，バーナー更新前後における先端消耗と側1） H.J.Odenthal, L.Bader, R.Nörthemann, M.Reiﬀer-面消耗の比率の変化を評価した．バーナー変更によって側scheid, I.Kliouchnikov, and H. Olivier:“The opti-面消耗の比率が低減しており，狙い通り雰囲気による電極

mized SIS injector for EAF applications.”, Proc.,の酸化消耗を低減できたことが確認された．

AISTech 2014, IN, USA,（2014）, 1.
2） 南條敏夫 , 川端純一 :「アーク炉（4）」, 工業加熱（日5.酸化精錬への影響

本工業炉協会）, 35（1998）, 51.
3） 南條敏夫 , 川端純一 :「製鋼用アーク炉の生産性と原エアパージバーナー更新前後の酸化精錬への影響を出鋼単位（その 1）」, 工業加熱（日本工業炉協会）, 40

指数 [P] を指標として図 5 に示す．更新後も従来のバー（2004）, 5.

ナーと同程度に安定して酸化精錬が実施できた．

4） 南條敏夫 , 川端純一 :「製鋼用アーク炉の生産性と原バーナー更新後炉内の酸素量が低減したことで酸化精錬単位（最終回）」, 工業加熱（日本工業炉協会）, 41への影響が懸念されたが，上述したようにコヒーレントモー（2004）, 33.

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