(57)【要約】【課題】製鉄所における計画的で効率的な酸素の運用方法を提案する。【解決手段】酸素高炉において用いられる酸素量および周期的な変動を伴う製鋼プロセスにおける使用酸素量に着目して当該酸素を運用するに当たり、製鋼プロセスでの酸素使用量の時間変動情報に基づき、酸素高炉での酸素使用量と製鋼プロセスでの酸素使用量とのトータル酸素使用量の時間経過に対する変動が極小となるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素高炉において用いられる酸素量および周期的な変動を伴う製鋼プロセスにおける使用酸素量に着目して当該酸素を運用するに当たり、製鋼プロセスでの酸素使用量の時間変動情報に基づき、酸素高炉での酸素使用量と製鋼プロセスでの酸素使用量とのトータル酸素使用量の時間経過に対する変動が極小となるようにすることを特徴とする製鉄所における酸素の運用方法
【請求項２】
前記トータル酸素使用量の時間経過に対する変動を極小にするために、酸素高炉へ供給する酸素量を調整することを特徴とする請求項１に記載の製鉄所における酸素の運用方法。
【請求項３】
前記製鋼プロセスでの酸素使用量の時間変動情報として、転炉における酸素使用量の時間変動情報を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の製鉄所における酸素の運用方法。
【請求項４】
前記転炉の酸素使用量と前記酸素高炉の酸素使用量とのトータル酸素使用量の変動がゼロになるようにすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の製鉄所における酸素の運用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄所における酸素の運用方法に関し、特に、酸素使用量の多い酸素高炉や転炉および２次精錬炉などを含む製鋼プロセスにおける酸素使用量を最適化するための酸素の効率的な運用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素を吹き込むタイプの酸素高炉は、羽口より加熱空気の代わりに純酸素を吹き込むことにより溶銑を製造する炉である（特許文献１参照）。また、その酸素は、製鋼プロセスにおける転炉や２次精錬炉（ＡＯＤ炉、ＶＯＤ炉）などにおいて、溶銑等の精錬時にも使用されている。
【０００３】
酸素高炉で用いる酸素と転炉を含む製鋼プロセスで用いられる酸素は、主に製鉄所内の酸素プラントにて製造され、これらの諸設備に供給されている。その酸素プラントにおいては、製鉄所の各プロセス、設備、とりわけ使用量の多い転炉での酸素使用量および使用時間をデータベース化し、また、酸素使用時間と実績から次回の予測量を補正し、次回以降の酸素使用量の予測精度が向上するように運用されている。そして、予測結果から最適な酸素発生量を組み合わせ計算し、酸素製造用エネルギーを低減する方法が採用されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−１５９１０４号公報
【特許文献２】特開２００８−７５１５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている酸素高炉では、熱風の代わりに常温の純酸素の一定量を継続的に吹き込んで製錬している。このタイプの高炉は、一般的な高炉の５〜１０倍の純酸素の一定量を継続的に吹き込むことになるため、酸素使用量が多いのが特徴である。そのため、大規模な酸素プラントや酸素ホルダーの増設が必要となる。
【０００６】
一方、同じように純酸素を用いる転炉は、高炉とは異なりバッチ処理であるため、時間の経過とともに酸素の使用量が周期的に大きく変動するという特色がある。そこで、転炉の酸素使用量に関しては、たとえば特許文献２に示すように、酸素使用量の変動（最大量）を予測して、それに見合う酸素の製造を行うようにしていた。
【０００７】
しかしながら、従来の特許文献２などに記載された方法では、本来、転炉の操業に合わせて酸素使用量を変動させることが必要になるところ、このことが十分に果たされているわけではなかった。即ち、この方法の場合、危険を避けるために、酸素の最大・最小使用量のそれぞれのピーク値に合わせて酸素プラント設備を用意していた。特に、時間によって酸素使用量の変動が激しい転炉の存在は、酸素プラントの稼働率や出力を最大にして運転することができず、稼働率の低い非効率な設備となってしまう問題があった。しかも、酸素プラントでは、酸素製造量の変動を吸収するため酸素ホルダーを使って酸素を一時的に保管する方法をとっている。しかし、酸素ホルダーの容量にも限りがあるため、実際は、過剰の酸素については大気中に放散しており、効率は逆に悪いものになってしまうという問題もあった。
【０００８】
本発明の目的は、従来技術が抱えている上述した問題を解消することのできる、製鉄所における計画的で効率的な酸素の運用方法を提案することにある。また、本発明は、酸素高炉や転炉などにおけるそれぞれの操業を阻害することなく、酸素の使用量を最適化することができ、しかもそれぞれの効率的な操業に見合った適正規模の酸素プラントの提供と、その効率的で計画的な運転を担保できる酸素高炉および製鋼プロセスに着目した酸素の運用方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的の実現に向けて開発した本発明は、酸素高炉において用いられる酸素量および周期的な変動を伴う製鋼プロセスにおける使用酸素量に着目して、当該酸素を運用するに当たり、製鋼プロセスでの酸素使用量の時間変動情報に基づき、酸素高炉での酸素使用量と製鋼プロセスでの酸素使用量とのトータル酸素使用量の時間経過に対する変動が極小となるようにすることを特徴とする製鉄所における酸素の運用方法である。
【００１０】
なお、前記のように構成される本発明に係る製鉄所における酸素の運用方法においては、
（１）前記トータル酸素使用量の時間経過に対する変動を極小にするために、酸素高炉へ供給する酸素量を調整すること、
（２）前記製鋼プロセスでの酸素使用量の時間変動情報として、転炉における酸素使用量の時間変動情報を用いること、
（３）前記転炉の酸素使用量と前記酸素高炉の酸素使用量とのトータル酸素使用量の変動がゼロになるようにすること、
がより好ましい解決手段となるものと考えられる。
【発明の効果】
【００１１】
（１）本発明の製鉄所における酸素の運用方法によれば、転炉などの製鋼プロセスにおける酸素使用量の変動に連動して酸素高炉の酸素使用量を調整することで、製鉄所におけるトータル酸素使用量の変動を抑制して効率的な運用を用いることができ、ひいては高炉や転炉の操業に与える影響を最小に抑制し酸素使用ピーク値の低減を図ることができるから、酸素プラントの肥大化など設備、運転コストの低減を図ることができる。
（２）従って、本発明によれば、比較的小規模の酸素プラント設備でも酸素高炉と製鋼プロセスとの両方に必要十分な酸素を計画的に効率よく安定して供給することができる。
（３）本発明によれば、製鉄所において酸素使用量が平滑化されるので、過剰酸素の大気中への放散も抑制でき、酸素プラントの効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る酸素の運用方法を適用する酸素高炉および製鋼プロセスの一例を示す図である。
【図２】一般の転炉における酸素流量と時間との関係に係る吹錬パターンの一例を示すグラフである。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発明の実施例に係る、転炉への酸素吹込み量、酸素高炉への酸素吹込み量、および、トータル酸素使用量の時間推移の一例を示すグラフである。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、比較例１に係る、転炉への酸素吹込み量、酸素高炉への酸素吹込み量、および、トータル酸素使用量の時間推移の一例を示すグラフである。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、比較例２に係る、転炉への酸素吹込み量、酸素高炉への酸素吹込み量、および、トータル酸素使用量の時間推移の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は本発明に係る酸素の運用方法の適用対象となる酸素高炉および製鋼プロセスとくに酸素転炉の一例を示す図である。この図において、製銑プロセスとして用いられる酸素高炉１は、羽口２から、一般的な高炉における加熱空気の代わりに、純酸素を吹き込むことで溶銑を製造する炉である。また、製鋼プロセスの一部を構成する転炉１１（この例は、純酸素上吹きＬＤ転炉）は、炉の上部から水冷ランス１２で、高圧の純酸素を炉内の溶銑中に吹き込むことで、溶銑中の炭素などを除去して精製する炉である。図１に示す例において、酸素高炉１に供給される純酸素および転炉１１に供給される純酸素は、製鉄所内に設けられている酸素プラント２１で製造されている。
【００１４】
前記転炉１１では、１００〜３００ｔ程度の溶鉄に対し３０分程度純酸素の吹込みを行い、精錬終了時に所定成分の溶鋼を精製する。この転炉１１で用いられる酸素原単位はおおよそ５５Ｎｍ３／ｔ程度である。一般には、この転炉への酸素吹込み量は吹錬の期間中一定ではなく、例えば図２に示すように、３０分程度の吹錬パターンは、吹錬開始から２０分の間で集中的に純酸素の吹込みを行なっている。従って、転炉１基の場合を考えると、バッチの操業の中で３０分サイクルで５０００Ｎｍ３／ｈ程度の酸素使用量の変動が起こるのである。
【００１５】
そこで本発明では、製鉄所での酸素の運用方法として、酸素高炉１の羽口２に吹き込む酸素使用量の指針となる酸素流量を、転炉１１での酸素使用量の指針となる酸素流量と連動させて変化させることにした。即ち、転炉１１で酸素を多量に使っている時間は、酸素高炉１の酸素吹込み量を低減させ、反対に転炉１１で酸素を少量しか使わない、もしくは、酸素を使用していない時間帯は、酸素高炉１に酸素を相対的に多く吹き込むことで、製鉄所におけるトータルの酸素使用量の変動を極小に抑えるのである。
【００１６】
酸素高炉１は基本的に羽口２に加熱空気を吹き込まず、その代わりに純酸素を吹き込む方法である。酸素高炉１の酸素原単位は２８０Ｎｍ３／ｔであり、転炉１１の酸素使用量と比べても格段に大きい。従って、転炉１１の酸素使用量の変動を酸素高炉１の酸素使用量の連動で吸収するのに十分な流量と云える。また酸素高炉１では、一般的な高炉と異なり、羽口先温度を酸素量ではなく炉頂ガス再循環や水蒸気吹込み等でコントロールするため、酸素高炉１への酸素量が多少変動しても羽口先温度の制御に問題は起こらない。
【００１７】
一方、一般的な高炉でも羽口への富化酸素として純酸素が用いられている。富化酸素量３％の場合を考えると、一般的な高炉における酸素原単位は４０Ｎｍ３／ｔ程度となる。そのため、一般的な高炉における酸素使用量は、転炉における酸素使用量と同程度、もしくは、少し少ない量となり、転炉の酸素変動を吸収するには不十分である。また、一般的な高炉では、酸素は羽口先の火炎温度の調整に用いられるものであるため、大幅な変動をさせるのは操業上好ましくない。従って、従来の一般的な高炉では、転炉の酸素使用量の変動を吸収することは困難であり、転炉の酸素変動を吸収することは、本発明が対象とする酸素高炉１と合わせて転炉を使用した場合にのみ可能な技術である。
【００１８】
なお、上述した説明では、製鋼プロセスにおいて酸素を供給する装置として転炉１１を代表として説明したが、本発明において、製鋼プロセスでの酸素使用量とは、転炉１１の酸素使用量に加えて、転炉１１以外の製鋼プロセスで使用する装置、例えば、２次精鋼炉などにおける酸素使用量も含むことを意味することはいうまでもない。
【００１９】
また、本発明においては、従来の例と同様に、酸素プラントに酸素ホルダーを設けることが好適である。前述のように酸素高炉では酸素使用量が大きいため、転炉に連動して酸素流量を変動させても操業変動は小さい。加えて酸素ホルダーを設けることで、酸素高炉の操業変動をさらに小さく抑制でき、好ましい態様となる。
【実施例】
【００２０】
高炉の熱物質収支モデルを用いて、実施例、比較例１および比較例２について、本発明の効果を計算した。
【００２１】
＜実施例＞
図２に示す実施例は、出銑量１２０００ｔ／ｄａｙ、酸素原単位２８０Ｎｍ３／ｔの酸素高炉１基と、溶鋼量２５０ｔ、脱炭の酸素原単位５５Ｎｍ３／ｔの脱炭転炉１基で酸素使用量を極小化した例である。図２（ａ）は実施例における転炉への酸素吹込み量と時間との関係に係る吹錬パターンを示し、図２（ｂ）は実施例における酸素高炉への酸素吹込み量と時間との関係に係る吹錬パターンを示し、図２（ｃ）は、実施例において、図２（ａ）に示す転炉への酸素吹込み量と図２（ｂ）に示す酸素高炉への酸素吹込み量とのトータル酸素使用量の時間推移を示している。
【００２２】
＜比較例１＞
図３に示す比較例１は、上記酸素高炉と転炉に対し、酸素高炉を一定酸素吹込み量で操業した例である。図３（ａ）は比較例１における転炉への酸素吹込み量と時間との関係に係る吹錬パターンを示し、図３（ｂ）は比較例１における酸素高炉への酸素吹込み量と時間との関係に係る吹錬パターンを示し、図３（ｃ）は、比較例１において、図３（ａ）に示す転炉への酸素吹込み量と図３（ｂ）に示す酸素高炉への酸素吹込み量とのトータル酸素使用量の時間推移を示している。
【００２３】
＜比較例２＞
図４に示す比較例２は、同じ出銑量、富化酸素の酸素原単位２７Ｎｍ３／ｔの一般的な高炉と上記転炉で操業した例である。図４（ａ）は比較例２における転炉への酸素吹込み量と時間との関係に係る吹錬パターンを示し、図４（ｂ）は比較例２における高炉への酸素吹込み量と時間との関係に係る吹錬パターンを示し、図４（ｃ）は、比較例２において、図４（ａ）に示す転炉への酸素吹込み量と図４（ｂ）に示す高炉への酸素吹込み量とのトータル酸素使用量の時間推移を示している。
【００２４】
なお、上述した実施例、比較例１および比較例２のいずれの例においても、転炉の水練パターンは図１のものとした。図１の吹錬パターンは、３０分サイクルで繰り返されるとしており、ちょうど酸素原単位が５５Ｎｍ３／ｔとなるようにしてある。
【００２５】
＜実施例と比較例１および比較例２との対比＞
実施例では、一番理想的な条件を想定して転炉における酸素使用量の変動を吸収するように酸素高炉の酸素使用量を変動させて、トータル酸素使用量の変動がゼロとなるようにした。このとき、トータル酸素使用量のピーク値は１６８０００Ｎｍ３／ｈとなった。一方、比較例１は、酸素高炉において酸素使用量を転炉に関係なく一定とした条件である。このとき、トータルの酸素使用量は変動し、トータル酸素使用量のピーク値は１８６０００Ｎｍ３／ｈとなった。よって、本発明を用いた実施例では、比較例１に対して酸素高炉１基あたり１８０００Ｎｍ３／ｈの酸素使用量ピーク値を削減することができる。すなわち、小さな酸素製造設備で同様の鋼を製造することが可能となることが分かった。
【００２６】
また、比較例２では、一般的な高炉の場合の酸素使用量を示している。この場合、高炉の酸素使用量が少ないため、転炉における酸素使用量の変動を吸収することが困難である。よって、本発明の酸素高炉において大きな効果を発揮することがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上説明した本発明に従う製鉄所における酸素の運用方法は、製鋼プロセスでの酸素使用量の時間変動情報に基づき、酸素高炉での酸素使用量と製鋼プロセスでの酸素使用量とのトータル酸素使用量の時間経過に対する変動が極小となるようにすることで、製鉄所における計画的で効率的な酸素の運用方法を得ることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１  酸素高炉
２  羽口
１１  転炉
１２  水冷ランス
２１  酸素プラント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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