電気アーク炉の歴史と発展
電気アーク炉 (EAF) の起源は、19 世紀後半に産業家が電流を使用して鉄鋼を溶解する実験を行っていたときにさかのぼります。この技術の最も初期の商業的応用の 1 つは、1900 年にニューヨークのシラキュース ワイヤー カンパニーに最初の EAF が設置され、線引き用の鋼を生産したときでした。しかし、生産性と効率性を向上させる技術の進歩によって、EAF が広く採用され始めたのは 1950 年代になってからでした。
この頃には、巨大な高炉を利用した統合製鉄所が、鉄鉱石を使用した一次鋼生産の主流モデルとなっていました。EAF は、大量のスクラップ鋼を主な原料として利用する代替生産ルートを提供しました。
スクラップベースの電気アーク炉鋼を鉄鉱石に頼るのではなく、電流を使用して溶解することで、EAF プロセスは高炉 - 塩基性酸素炉 (BF-BOF) 統合ルートに比べて大幅な経済性を達成しました。スクラップの溶解は鉄鉱石の還元よりもエネルギーが少なく、EAF 施設の建設にかかる資本コストは大規模な統合製鉄所のほんの一部に過ぎませんでした。スクラップを精錬して炉に動力を供給するプロセスが進歩するにつれ、EAF は競争力のある生産方法として確固たる地位を築きました。今日、世界中の鉄鋼の 70% 以上が EAF ルートで生産されており、スクラップベースの EAF 生産量は毎年継続的に増加しています。
スクラップベースの EAF プロセスの利点
鉄鉱石ではなく主にリサイクルされたスクラップ鋼を使用して EAF 製鉄所を運営することで、次のような複数の利点が得られます。
- 温室効果ガスの排出量が少ない - スクラップから鉄鋼を生産すると、化学還元反応が回避されるため、鉄鉱石を精錬するよりもはるかに少ない二酸化炭素やその他のガスが排出されます。EAF で生産された鉄鋼の排出強度は、BF-BOF 統合製鉄所の 3 分の 1 にすぎません。
- エネルギー効率 - 鉄鉱石を処理するよりもスクラップをリサイクルすると、鉄鋼 1 トンあたりのエネルギー消費が少なくなります。電気アーク炉は、非常に急速に非常に高い溶解温度を実現します。現代の炉は、溶解に使用されたエネルギーの 90% 以上を発電に再利用します。
- 資本コストの低減 - 大規模な統合製鉄所に比べて、EAF プラントは初期資本投資がはるかに少なくて済みます。多くの場合、解体された鉄骨構造物や機械自体が、安定した商業運転が達成されるまで溶解用のスクラップを提供できます。
- 生産サイクルの高速化 - 現代の炉のスクラップ溶解サイクルは、高炉製錬で通常 8 ～ 15 時間かかるのに対し、わずか 1 ～ 2 時間です。プラントは需要を満たすためにより柔軟に対応できます。
- 潜在的にコストが低い - スクラップの価格は鉄鉱石よりも変動しますが、EAF 製鉄所では、メーカーが求めるほとんどの製品グレードで全体的な生産コストが競争力があります。電気は最大の単一運用費用です。
- 環境と持続可能性のメリット - リサイクルにより、天然資源の枯渇やスクラップの埋め立てを回避できます。鋼は理論上、特性を失うことなく無期限にリサイクルできるため、最も持続可能な建設資材の 1 つとなっています。
- サプライ チェーンの回復力 - スクラップの広範囲な供給に依存することで、EAF 生産者は国際的な鉄鉱石の不安定さから保護されます。先進地域には、鉄鋼生産を維持するのに十分なスクラップの埋蔵量があります。
スクラップ処理および分離技術の最大化
EAF がスクラップから最適なエネルギーおよび材料効率を達成するには、高度な前処理分離および選別が不可欠です。鉄および非鉄スクラップにはさまざまなサイズとグレードがあるため、炉の装入物は慎重にブレンドされた均質な組成が必要です。
- 磁気および渦電流分離技術により、炉の稼働や製品の品質を損なう可能性のあるゴム、プラスチック、木材、油などの非金属汚染物質が抽出されます。
- せん断および梱包により、特大のスクラップが均一な装入物に準備され、搬送および溶解されます。複雑な形状は平らになります。
- 近赤外線およびレーザー誘起ブレークダウン分光法で合金および不純物を分析し、品質管理のためにスクラップを異なるグレードにグループ化できます。
- 無線周波数識別チップ付きビンと在庫システムは、スクラップの供給源と化学特性を正確に追跡し、厳しい炉の配合を満たすために必要に応じて仕様をブレンドするのに役立ちます。
- 予熱と酸素燃料切断により、スクラップは分離から最適化された熱サイズに直接送られます。再処理を最小限に抑えることで劣化を防ぎ、炉のエネルギー効率を高めるために密度を最大化します。
このような統合されたスクラップ管理システムにより、EAF オペレーターは入力材料の品質と純度を着実に改善することができ、電極寿命の延長、安定したプロセス制御、一貫した鋳造結果、および長期的な生産性の向上につながります。鉄鋼メーカーは、リサイクル可能なスクラップやダストの埋め立てゼロを目指しています。
スクラップベースの EAF 生産増加の見通し
全体として、スクラップベースの EAF 製鉄のさらなる拡大の将来性は非常に有望に見えます。この部門の予想される成長を支える主な要因は次のとおりです。
- 多くの国でリサイクル率の向上と金属廃棄物の埋め立て禁止を推進する循環型経済政策の拡大により、スクラップの入手可能性が向上します。これまでに生産されたすべての鉄鋼製品とインフラストラクチャの 90% 以上が、現在も使用されているか、リサイクル可能です。
- 鉄鉱石の採掘と輸送を取り巻く埋蔵量の減少と環境への懸念により、廃棄物階層のさらに下位のスクラップリサイクルに競争力が生まれます。一部のアナリストは、EAF が最終的に今世紀半ばまでに BF の生産量を上回ると予測しています。
- EAF プラントのモジュール式でスケーラブルな設計により、大規模な統合プロジェクトよりも手頃な価格で段階的に容量を増やすことができ、不安定な状況に適しています。追加の炉は、既存の共有施設を利用できます。
- 都市化の激化により、主要なインフラストラクチャと製造顧客の近くの場所で発生するスクラップが集中し、効率的なローカルなマイクロミルがサポートされます。デジタル技術は、分散した地域資産のリモート監視とメンテナンスも容易にします。
- 炭素集約型産業からの炭素および大気汚染物質の排出規制を強化する政府の政策は、高価な炭素回収の改修が実行可能でない限り、現在の形態の BF-BOF ルートには長期的に不利です。
慎重な計画と、スクラップの前処理と溶解技術を最適化する継続的な技術進歩により、EAF ベースの鉄鋼生産は、世界中の業界を大幅に再編する準備が整っており、建設と製造に対する世界的な需要の高まりに、大幅に持続可能な方法で対応できます。
スクラップベースの電気アーク炉に関する詳細情報