(57)【要約】  本発明は、複数の溶鉱炉と複数の空気分離装置とを一体化する方法に関するものであり、溶鉱炉サイトに利用可能な代替送風機が、溶鉱炉の爆風を酸素で富化することを可能とする空気分離装置に加圧空気を供給するために使用され、この装置は、溶鉱炉の送風機の一つが、空気分離装置により使用される送風機で代替されなければならない時停止される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ（≧１）個の溶鉱炉と少なくとも１個の空気分離装置とを一体化する方法であって、各溶鉱炉には、利用可能な少なくともｎ＋１個のコンプレッサーから少なくとも１個のコンプレッサーにより供給され、溶鉱炉に供給しないコンプレッサー（「第二のコンプレッサー」）の少なくとも１個は、空気分離装置に供給するために使用されるために、ｎ個の溶鉱炉と酸素を製造する空気分離装置に少なくともｎ＋１個のコンプレッサーにより空気が供給される方法において、溶鉱炉に供給するコンプレッサー（「第一のコンプレッサー」）の１個が所定の流速Ｄｍｉｎを下回る流速で空気を産出すると、前記第一のコンプレッサーが前記溶鉱炉から切断され、第二のコンプレッサーが前記溶鉱炉に接続され、好ましくは空気分離装置から切断されることを特徴とする方法。
【請求項２】
補助コンプレッサーが空気分離装置へ加圧空気及び／又は過度に加圧された空気を運ぶことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
溶鉱炉に、空気分離装置により酸素が供給されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
空気分離装置により製造される酸素の少なくとも一部が、少なくとも１個の変換器において使用されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
空気分離装置が、酸素純度が９０体積％より高く、好ましくは９５体積％より高い酸素を製造することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
空気分離装置が二つの作動モード、すなわち、９０体積％を超える純度の酸素を製造する標準作動モードと、９０体積％未満の純度の酸素を製造する低下作動モードを有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
空気分離装置が二つの作動モード、すなわち、９５体積％を超える純度の酸素を製造する標準作動モードと、９５体積％未満の純度の酸素を製造する低下作動モードを有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
空気分離装置が二つの作動モード、すなわち、第一の酸素流を製造する標準作動モードと、第一の酸素流より少ない酸素流を製造する低下作動モードを有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
ｎ（≧１）個の溶鉱炉（１、２）、空気分離装置（２０）、及び少なくともｎ＋１個のコンプレッサー（３、４、１６）を具備し、各溶鉱炉は、空気供給ライン（５、６）を介して少なくとも１個のコンプレッサーに接続されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の方法を使用するための装置であって、溶鉱炉（１、２）の少なくとも１個のための空気供給ライン（５、６）、又は空気分離装置（２０）のいずれか、若しくは双方に、第二のコンプレッサー（１６）と称されるコンプレッサーの少なくとも１個を接続するライン（１８、１９）を備えることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
本発明は、少なくとも１個の溶鉱炉と少なくとも１個の空気分離装置とを一体化する方法であって、ｎ個の溶鉱炉と少なくとも１個の空気分離装置に、少なくともｎ＋１個（ｎ≧１であり、好ましくはｎ＞１である。）のコンプレッサーにより空気が供給される方法に関するものである。
【０００２】
溶鉱炉は、最も鋼板に使用される銑鉄を製造するための設備であり、銑鉄は、実質的には、鉄（９２〜９５質量％）、炭素（３〜５質量％）及び、ケイ素、マンガン、リン等のような少量の他の要素からなる。  
次いで、銑鉄は、酸素転炉中で、液状の銑鉄中に酸素を注入することにより、特に炭素を酸化して鋼鉄に転化される。  
得られた鋼鉄は、次いで、インゴット、スラブ、ブルーム又はビレットに成型される前に精錬され、所望のグレード（シリコン鋼、マンガン鋼等）に精錬される。
【０００３】
溶鉱炉には、本質的に、塊状又はペレット状の鉄鉱（製造される銑鉄１トン当たり、通常１．３〜１．６トン）が供給され、溶鉱炉の頂上から、コークス（銑鉄１トン当たり２５０〜５００ｋｇの範囲）、更に、溶鉱炉の頂上から、羽口中に注入される（注入量は、場合により銑鉄１トン当たり０〜２５０ｋｇの範囲で変化する。）粉砕された石炭、あるいは、天然ガス、燃料油、コークスガス、プラスチックなどの他の燃料と、「風」とも称される空気が導入され、その流速は、製造される銑鉄１トン当たり８００〜１２００Ｓｍ３の範囲で変化し得、空気は酸素で富化されているか又は富化されておらず、この富化は、場合により０〜約１５体積％、すなわち、製造される銑鉄１トン当たり０〜１５０Ｓｍ３の酸素の範囲で変化する。
【０００４】
この溶鉱炉は、主として、銑鉄、スラグ（製造される銑鉄１トン当たり２００〜４００ｋｇ）、及びガスを製造し、スラグは、その後様々な用途に利用され、ガスは、特に窒素（４０〜６０体積％）、一酸化炭素ＣＯ（２０〜２５体積％）、二酸化炭素ＣＯ２（２０〜２５体積％）、及び水素（１〜７体積％）を含む。  
含有率１％未満の様々な他の要素もまた製造され得る。
【０００５】
溶鉱炉から出されるガス又はガス混合物は通常回収され、その温度を低くして熱交換によりガス又は流体の温度を増加させる直接交換により、もしくは燃焼（例えば、ＣＯと酸素）により追加の熱を産出することにより、その熱価が利用される。
【０００６】
溶鉱炉の風は、酸素で富化されていてもいなくても、溶鉱炉の全周囲に配置された羽口から溶鉱炉の底部に注入される。
【０００７】
この風は、溶鉱炉内の圧力低下及び溶鉱炉内の最高チャージ圧力を超えるよう、１〜７×１０５Ｐａの範囲で変化し得る圧力下において注入される。
【０００８】
必要とされる空気の流速は、かなり高く、小規模な溶鉱炉（例えば、特に現時点で中国に見られる溶鉱炉）用の５００Ｓｍ３／時間から、大規模な工業溶鉱炉用の５００，０００Ｓｍ３／時間まで変化する。
【０００９】
周囲空気をこの圧力に上げるために、かなり強力なエア・コンプレッサー又は「送風機」が使用され、一つの溶鉱炉に対して一つ（又は二つ以上）の送風機が取り付けられる。
【００１０】
二つ以上の溶鉱炉を備える、銑鉄を製造する工場において、ｎ個の溶鉱炉を有する場合に、少なくともｎ＋１個の送風機（時にはｎ＋２個の送風機）を使用することは、これら送風機の一つが故障した場合（もしくは、メンテナンス又は他の何らかの理由により停止しなければならない場合）に銑鉄を連続的に製造することを確実にするために、一般的に行われている。
【００１１】
現在、溶鉱炉の数に対して余っている余剰の送風機（第二送風機ともいう。）は、通常、操業中の他の送風機と一緒に搭載され、予備位置において、銑鉄の連続製造を確実にするために開始準備状態にある。送風機における空気圧及び／又は流速が所定値より低い場合でさえ、この送風機は予備の送風機の一つで置き換えることが必要とされる。
【００１２】
一般に、空気を酸素で富化するために、１又は２以上の大容量酸素製造装置、通常は、工業的純度（一般に、８０体積％より大きい純度であり、好ましくは９０体積％より大きい純度であり、より好ましくは９５体積％より大きい純度であり、時には９９体積％より大きい純度であるとも言われる）の酸素を製造する極低温の空気分離装置が、溶鉱炉近くの銑鉄製造部位に提供され、あるいはラインを介して溶鉱炉に接続される。
【００１３】
銑鉄製造サイトにおける必要酸素の増加は、現存する溶鉱炉における銑鉄製造の増加、もしくは当該サイトにおける１又は２以上の新たな溶鉱炉の追加、もしくは各溶鉱炉における特定酸素の消費における増加のいずれかにより、例えば、更なる燃料（例えば、石炭、天然ガス、燃料油、コークスガス、プラスチックなど）が追加（この追加は、通常、羽口で行われる。）される結果として生じ得る。この増加は、例えば、予熱（cowper preheating）に用いられる空気の富化など、他の技術的課題のための酸素の使用に起因し得る。
【００１４】
この場合において、必要酸素の増加は、極低温空気分離装置であろうと、又はＶＰＳＡプロセスといわれる酸素製造装置であろうと、新たな酸素製造装置の建設をもたらし得る。
【００１５】
このような新たな空気分離装置への投資が必要な場合に、かかる装置のコスト高を考慮し、当該サイトに既に現存する部材を使用することが必要、あるいは好ましくなることがある。
【００１６】
本発明に係る方法は、このように提示された当該問題点を含む。  
本発明に係る方法において、各溶鉱炉には、利用可能な少なくともｎ＋１個のコンプレッサーから少なくとも１個のコンプレッサーにより供給され、溶鉱炉に供給しない少なくとも１個のコンプレッサー（以下において、「第二のコンプレッサー」という。）は、空気分離装置に供給するために使用され、一方、溶鉱炉に供給するコンプレッサー（以下において、「第一のコンプレッサー」という。）の１個が、所定の流速Ｄｍｉｎを下回る流速で空気を産出した途端に、前記第一のコンプレッサーが前記溶鉱炉から切断され、第二のコンプレッサーが前記溶鉱炉に接続され、好ましくは空気分離装置から切断されることを特徴とする。
【００１７】
上記流速Ｄｍｉｎは、典型的には、接続された溶鉱炉が正確に稼動するために必要とされる最小の流速に相当する。このように、（一般に、空気分離装置に運ばれる空気の圧力を、少なくとも約５×１０５ｋＰａまで増加させるため、及び／又は、分離装置に運ばれる空気の体積を補充するための補助的な小型コンプレッサーにおいて）他の送風機（第一のコンプレッサー）が通常の稼動状態にあり、各溶鉱炉に通常に供給している時、空気分離装置に加圧空気を供給するために、利用可能なコンプレッサー又は送風機（第二のコンプレッサー）の一つが使用され、溶鉱炉に供給する第一のコンプレッサーの一つに問題が検知された時、問題のある第一のコンプレッサーが停止し、空気分離装置への加圧空気の供給用に用いられていたコンプレッサーが置き換わり、（第一のコンプレッサーが修理された後、）空気分離装置に加圧空気を供給するために（もう一つの）第二のコンプレッサーが利用可能になるまでの間、この装置はスタンバイ状態となっている。好ましくは、空気分離装置用に用いられる補助コンプレッサーが、この装置に必要とされる加圧空気及び／又は過度に加圧された空気の少なくとも一部を運ぶために提供される。
【００１８】
本文において、前記コンプレッサーが溶鉱炉もしくは空気分離装置に加圧空気を供給する時、コンプレッサーは溶鉱炉又は空気分離装置に「接続された」または「連結された」という。同様に、前記コンプレッサーが溶鉱炉もしくは空気分離装置に加圧空気を供給していない時、コンプレッサーは溶鉱炉又は空気分離装置から「切断された」という。
【００１９】
溶鉱炉及び空気分離装置に必要な空気流速、並びに、利用可能な送風機（第二のコンプレッサー）が運搬し得る最高流速に依存し、ある特定の条件下においては、空気分離装置が待機中に稼動し続けることは可能かもしれないが、加圧空気の流量の減少を伴う（当該送風機が現在接続している溶鉱炉に必要な流量により減少する。）。
【００２０】
本発明は種々の任意の形態をとり得る。  
サイトに存在し、溶鉱炉に送られる空気又は風を加圧する１又は２以上の送風機（特に、スタンバイ送風機）は、１又は２以上の空気分離装置により酸素を製造するために必要な空気の少なくとも一部を加圧するために使用され得る。
【００２１】
溶鉱炉用の特定の圧力及び流速要件に適合する操作範囲内での作動用に当初設計された１又は２以上の送風機の特性は、酸素製造装置における特定の圧力及び流速条件に適応し得る。
【００２２】
当初は溶鉱炉用に用いられていた送風機の一つにより製造される、すべての場合において２バールを超える圧力に加圧された空気が、酸素製造装置又は溶鉱炉に送られ得る。
【００２３】
「通常の」稼動時、すなわち、すべての送風機が稼動している時、スタンバイ送風機（第二のコンプレッサー）からの空気は、その一部のみ、もしくは全部が、空気分離装置の注入口に送られ得る。
【００２４】
これとは対照的に、緊急時、すなわち、充分でない数の送風機が溶鉱炉に風を通常状態で注入するために稼動している時、この補充された送風機からの空気が次いで溶鉱炉に再び送られ得、酸素製造装置は停止されるか、あるいは溶鉱炉の所望とされる稼動に適合するよう稼動が引き下げられる。
【００２５】
目的地（溶鉱炉又は空気分離装置）の一方又は他方に加圧空気を送るためのラインシステムが提供され得る。
【００２６】
好ましくは、適合性を最適化するために制御システムが用いられ得、一方、当初はスタンバイ状態にある１の送風機又は複数の送風機の操作範囲に、様々な可能な状態に適応する柔軟性をもたせるよう設計され得る。
【００２７】
酸素を製造する空気分離装置の操作は、溶鉱炉による銑鉄の製造要請があまりに大きく、オペレーターにより優先度が高いと選択される場合には、完全に停止し得る。
【００２８】
好ましくは、空気分離装置は、９０体積％（不純酸素とも言われる。）を超える純度で酸素を製造し、より好ましくは９５体積％を超える純度で酸素を製造する。
【００２９】
また、（一つの送風機の性能では大きすぎるほどの大量の空気が必要とされる場合には、）好ましくは、空気分離装置用に用いられる補助コンプレッサーが、空気分離装置に必要とされる空気の一部を運ぶために提供され得る。更に、この補助コンプレッサーは、送風機（第二のコンプレッサー）が溶鉱炉により必要とされる場合に、分離装置を稼動させるために使用され得る。この補助コンプレッサーはまた、同時に二つの故障が生じた場合(その場合には分離装置が停止し得る。）に、代替送風機としても使用され得る。
【００３０】
空気分離装置により製造される酸素は、一部は溶鉱炉において使用され得、あるいはサイトに通常存在する他の設備（例えば、変換機）に一部が使用され得る。
【００３１】
他の形態において、空気分離装置は二つの作動形態を有しており、すなわち、いわゆる「標準」作動モードといわゆる「低下」作動モードである。
【００３２】
典型的には、空気分離装置は、第二のコンプレッサーにより空気を供給されている場合には標準作動において稼動し、第二のコンプレッサーが溶鉱炉に接続されている、すなわち、空気分離装置のスタンバイ期間中には低下作動において稼動する。
【００３３】
第一の態様において、空気分離装置は酸素を、標準作動モードにおいて９０体積％超の純度、低下作動モードにおいて９０体積％以下の純度において製造する。他の態様において、空気分離装置は酸素を、標準作動モードにおいて９５体積％超の純度、低下作動モードにおいて９５体積％以下の純度において製造する。空気分離装置はまた、標準作動モードにおいて第一流量の酸素、低下作動モードにおいて第一流量よりも少ない第二流量の酸素を産出する。
【００３４】
このように、空気分離装置は酸素を産生することができ、特に、溶鉱炉に接続された加圧空気ラインにスタンバイ期間中においてさえ酸素を供給し得る。
【００３５】
他の態様において、分離装置は、溶鉱炉に空気を供給するライン（５、６）の少なくとも一方に、または空気分離装置（２０）に、あるいは双方に第二のコンプレッサー１６を接続するためのライン（１８、１９）及びバルブ（７、８、１３）を具備する。
【００３６】
本発明は、以下に示す図１に記載の代表的な態様により、よりよく理解されるであろう。図１には、二つの溶鉱炉、一つの空気分離装置及び三つのコンプレッサーを使用した本発明の一態様が示されている。
【００３７】
溶鉱炉１及び２は、各々、加圧空気供給ライン５、６を介して、各々、コンプレッサー３、４に接続されている。
【００３８】
ライン５上には、ライン５における最小流量を測定する流量センサー９と、コンプレッサー３からの加圧空気の流量を制御する流量センサー１０がある。同じ機能を有する最小流量検出器１１とコンプレッサー４を制御するための１２がライン６上に見出される。  
コンプレッサー３と４は、各々の溶鉱炉に供給するために通常使用される送風機である。
【００３９】
コンプレッサー３又は４の欠陥を緩和することを意図する補助コンプレッサーや送風機がサイト上にある。
【００４０】
この補助コンプレッサー１６は、供給ライン１９とバルブ１３を介して空気分離装置２０に接続され、一方、ライン１８を介してバルブ７及び８に接続され、供給ライン５、６に各々接続されている。
【００４１】
供給ライン１９において、前記コンプレッサーが作動中のとき、コンプレッサー１６により空気分離装置２０まで送られる空気の流量を制御するための流量センサー１７がある。
【００４２】
空気分離装置２０は、供給ライン２１及び２２を介して各々バルブ１４及び１５に接続され、各々ライン６及び５に供給している。
【００４３】
このシステムの作動は以下の通りである。標準作動、すなわち、コンプレッサー３及び４が標準状態で作動しているとき、すなわち、溶鉱炉１及び２各々に送られる空気の流量が、これら溶鉱炉の標準作動に必要とされる最小よりも多く、検出器９及び１１各々により測定されるとき、バルブ１４及び１５、並びにバルブ１３は開状態にある。
【００４４】
この場合、代替コンプレッサー１６が、開バルブ１３を介して、空気分離装置（当該装置自体が、溶鉱炉の風供給ライン６及び５に当該風を富化するために、バルブ１４及び１５各々を介して酸素を産出する）に、所望とされる量の酸素を供給する。
【００４５】
しかしながら、二つの検出器（９、１１）の一方及び／又は他方が、ライン５又は６に流量異状を検出した場合、ライン１９において開状態にあったバルブ１３が閉じられ、あるいは部分的に閉じられ、検出器９及び／又は１１は同時にバルブ７及び／又は８を開け（「標準」作動期間は通常閉じられている。）、ライン５及び／又は６にこれらバルブ７及び８を介して加圧空気を供給できるようにする。
【００４６】
オペレーターによりなされる選択、または設備により許容される選択に依存して、空気分離装置２０が低下モードにおいて作動し続けることができる場合には、バルブ１３及び１５のいずれかは完全に閉じられ（好ましい態様）、あるいは部分的に閉じられる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】二つの溶鉱炉、一つの空気分離装置及び三つのコンプレッサーを使用した本発明の一態様を示す図。
【図１】
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【国際調査報告】
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