(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
深冷分離によって高純度の酸素を製造し、前記高純度の酸素が要求される高純度酸素使用設備に対して供給する高純度酸素供給手段と、
吸着分離または膜分離によって前記高純度の酸素よりも純度の低い低純度の酸素を製造し、前記低純度の酸素が要求される低純度酸素使用設備に対して供給する低純度酸素供給手段と、
前記高純度酸素供給手段によって製造された前記高純度の酸素を、必要に応じて前記低純度酸素使用設備に対して供給するバックアップ手段と、
を備え、
前記バックアップ手段は、前記低純度酸素供給手段から前記低純度酸素使用設備に供給される前記低純度の酸素の量が基準使用量を下回った場合、前記低純度酸素供給手段を停止し、前記高純度の酸素を前記低純度酸素使用設備に対して供給することを特徴とすることを特徴とする製鉄プロセスにおける酸素供給装置。
【請求項２】
高純度酸素供給手段によって、深冷分離によって高純度の酸素を製造し、前記高純度の酸素が要求される高純度酸素使用設備に対して供給する高純度酸素供給ステップと、
低純度酸素供給手段によって、吸着分離または膜分離によって前記高純度の酸素よりも純度の低い低純度の酸素を製造し、前記低純度の酸素が要求される低純度酸素使用設備に対して供給する低純度酸素供給ステップと、
前記高純度酸素供給手段によって製造された前記高純度の酸素を、必要に応じて前記低純度酸素使用設備に対して供給するバックアップステップと、
を含み、
前記バックアップステップは、前記低純度酸素供給手段から前記低純度酸素使用設備に供給される前記低純度の酸素の量が基準使用量を下回った場合、前記低純度酸素供給手段を停止し、前記高純度の酸素を前記低純度酸素使用設備に対して供給することを特徴とする製鉄プロセスにおける酸素供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄プロセスにおける酸素供給装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄プロセスでは転炉における成分調整のために高純度の酸素が必須である。これらの酸素は一般的に深冷分離によって製造する。深冷分離は空気を冷却、液化して沸点の差を用いて分離する方法であり、１００％近い高純度の酸素が得られる代わりに大きな動力を必要とする。一方で近年は高炉への酸素の吹き込みが行われ、吹き込み量は年々増える傾向にある。
【０００３】
なお、前記した転炉への酸素の吹き込みについては例えば特許文献１，２、高炉への酸素の吹き込みについては例えば特許文献３，４、吸着分離による酸素の製造については例えば特許文献５、膜分離による酸素の製造については例えば特許文献６、で紹介されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−６８５３２号公報
【特許文献２】特開２００１−２００３０９号公報
【特許文献３】特開２００１−２３４２１３号公報
【特許文献４】特開２００１−１３１６１６号公報
【特許文献５】特開２００５−８７９４１号公報
【特許文献６】特開２００６−１９２４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高炉向けの酸素は、従来から存在する深冷分離を用いて製造している。しかしながら、高炉への酸素の吹き込みは高炉の酸素負荷率の上昇が目的であるため、１００％近い高純度である必要はない。そのため、現在行われている深冷分離を用いた高炉向けの酸素の供給は、エネルギー効率がよくないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、エネルギー効率に優れた製鉄プロセスにおける酸素供給装置およびその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る製鉄プロセスにおける酸素供給装置は、深冷分離によって高純度の酸素を製造し、前記高純度の酸素が要求される高純度酸素使用設備に対して供給する高純度酸素供給手段と、吸着分離または膜分離によって前記高純度の酸素よりも純度の低い低純度の酸素を製造し、前記低純度の酸素が要求される低純度酸素使用設備に対して供給する低純度酸素供給手段と、前記高純度酸素供給手段によって製造された前記高純度の酸素を、必要に応じて前記低純度酸素使用設備に対して供給するバックアップ手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る製鉄プロセスにおける酸素供給装置は、前記低純度酸素供給手段が、前記低純度酸素使用設備に対して、前記低純度酸素使用設備における基準使用量以下の前記低純度の酸素を供給し、前記バックアップ手段が、前記低純度酸素供給手段から前記低純度酸素使用設備に供給される前記低純度の酸素の量が前記基準使用量を下回った場合、前記低純度酸素供給手段を停止し、前記高純度の酸素を前記低純度酸素使用設備に対して供給することを特徴とする。
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る製鉄プロセスにおける酸素供給方法は、深冷分離によって高純度の酸素を製造し、前記高純度の酸素が要求される高純度酸素使用設備に対して供給する高純度酸素供給ステップと、吸着分離または膜分離によって前記高純度の酸素よりも純度の低い低純度の酸素を製造し、前記低純度の酸素が要求される低純度酸素使用設備に対して供給する低純度酸素供給ステップと、前記高純度酸素供給手段によって製造された前記高純度の酸素を、必要に応じて前記低純度酸素使用設備に対して供給するバックアップステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高炉向けの酸素の製造動力を低減し、製鉄プロセスのエネルギー効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る製鉄プロセスにおける酸素供給装置を概略的に示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る製鉄プロセスにおける酸素供給装置において、高純度酸素供給手段によって製造された高純度の酸素を低純度酸素使用設備である高炉に対して供給する場合を示す図である。
【図３】図３は、従来技術に係る製鉄プロセスにおける酸素供給装置を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る製鉄プロセスにおける酸素供給装置およびその方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、以下の実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００１３】
ここで、本発明の説明を行う前に、まず従来の酸素供給装置について説明する。従来の酸素供給装置１０１は、図３に示すように、深冷分離によって高純度の酸素を製造する高純度酸素供給手段１１１と、当該高純度の酸素を圧縮する酸素圧縮機１１３と、高炉に空気を送風する高炉送風機１１４と、を備えている。そして、酸素供給装置１０１は、高純度酸素供給手段１１１によって高純度の酸素を製造し、当該高純度の酸素を、酸素圧縮機１１３を介して高炉と転炉の両方に供給する。
【００１４】
このように、従来は転炉に吹き込む酸素のみならず、高炉に吹き込む酸素についても深冷分離によって製造しているが、前記したように高炉への酸素の吹き込みは当該高炉の酸素負荷率の上昇が目的であるため、１００％近い高純度である必要はない。酸素の製造方法としては、深冷分離の他に、ある程度の純度の酸素を小さな動力で製造することが可能な吸着分離、膜分離等があるが、それほどの純度を必要としない高炉プロセス用の酸素供給源としては吸着分離、膜分離でも支障がなく、また、深冷分離を用いるとエネルギー効率もよくない。
【００１５】
そこで、本発明では、必要な酸素純度要求を満足し、かつエネルギー効率に優れた製鉄プロセスにおける酸素供給装置およびその方法について提案する。すなわち、転炉には深冷分離によって高純度の酸素を供給し、高炉には吸着分離や膜分離によって、ある程度の純度の酸素を少ない動力で供給する。以下、本発明に係る酸素供給装置の詳細について、図１および図２を参照しながら説明する。
【００１６】
酸素供給装置１は、図１に示すように、転炉および高炉に酸素を供給するものである。ここで、転炉は高純度の酸素が要求される高純度酸素使用設備であり、高炉は低純度の酸素が要求される低純度酸素使用設備である。酸素供給装置１は、高純度酸素供給手段１１と、低純度酸素供給手段１２と、酸素圧縮機１３と、高炉送風機１４と、バックアップ手段１５と、を備えている。
【００１７】
高純度酸素供給手段１１は、深冷分離によって高純度の酸素を製造し、当該高純度の酸素を転炉に対して供給する（高純度酸素供給ステップ）。ここで、転炉に対する高純度の酸素の供給量は、図１に示すように例えば８０ｋＮｍ３／ｈ以上とする。なお、高純度の酸素とは、例えば酸素の純度が９０％以上の場合を意味している。
【００１８】
低純度酸素供給手段１２は、吸着分離または膜分離によって低純度の酸素を製造し、当該低純度の酸素を高炉に対して供給する（低純度酸素供給ステップ）。ここで、高炉に対する低純度の酸素の供給量は、図１に示すように例えば５０ｋＮｍ３／ｈ以下とする。なお、低純度の酸素とは、前記した高純度の酸素と比較して相対的に純度が低いことを意味しており、純度が極端に低いという意味ではない。
【００１９】
また、低純度酸素供給手段１２は、高炉に対して、当該高炉における基準使用量以下の低純度の酸素を供給すればよい。低純度酸素供給手段１２から高炉に供給される低純度の酸素の量が仮に基準使用量を下回った場合は、後記するバックアップ手段１５によって、高純度の酸素が高炉に対して供給されることになる。
【００２０】
酸素圧縮機１３は、高純度酸素供給手段１１によって製造された高純度の酸素、および低純度酸素供給手段１２によって製造された低純度の酸素をそれぞれ圧縮する。また、高炉送風機１４は、高炉に対して空気を送風する。
【００２１】
バックアップ手段１５は、高純度酸素供給手段１１によって製造された高純度の酸素を、必要に応じて高炉に対して供給する（バックアップステップ）。バックアップ手段１５は、低純度酸素供給手段１２から高炉に供給される低純度の酸素の量が基準使用量を下回った場合（すなわち高炉の酸素使用量が低下した場合）、図２に示すように、低純度酸素供給手段１２による吸着分離または膜分離を停止し、高純度酸素供給手段１１によって製造された高純度の酸素を低純度酸素使用設備に対して供給する。なおこの場合、同図に示すように、高純度酸素供給手段１１からの高純度の酸素の供給量が８０ｋＮｍ３／ｈだとすると、例えば転炉への高純度の酸素の供給量は５０ｋＮｍ３／ｈ、高炉への高純度の酸素の供給量は３０ｋＮｍ３／ｈ、となる。
【００２２】
以上のような構成を備える酸素供給装置１は、高炉向けの酸素の製造動力を低減し、製鉄プロセスのエネルギー効率を向上させることができる。
【００２３】
ここで、例えば高炉向け酸素の使用量（供給量）を５０，０００Ｎｍ３／ｈ、深冷分離と吸着分離（または膜分離）との電力原単位差を０．１ｋＷｈ／Ｎｍ３とした場合、酸素供給装置１を用いることで、以下に示すような酸素製造にかかる動力を削減することができる。
【００２４】
５０，０００Ｎｍ３／ｈ×０．１ｋＷｈ／Ｎｍ３＝５，０００ｋＷｈ/ｈ
【００２５】
また、酸素供給装置１は、バックアップ手段１５によって、高純度酸素供給手段１１が製造した高純度の酸素を高炉に対して必要に応じて供給することで、製鉄プロセスにおける酸素使用量の変動を、吸着分離または膜分離を用いる低純度酸素供給手段１２と深冷分離を用いる高純度酸素供給手段１１との両方で吸収することができる。
【００２６】
また、吸着分離や膜分離は空気の冷却を行わないため、低純度酸素供給手段１２は、ほぼ瞬時に酸素の供給、停止が可能となる。従って、酸素使用量の大幅な低下に対しては、図２に示すように、バックアップ手段１５によって、低純度酸素供給手段１２による吸着分離または膜分離を停止して高純度酸素供給手段１１によって製造した高純度の酸素を高炉と転炉の両方に供給することで、酸素放散を低減することができる。
【００２７】
ここで、例えば前記した酸素使用量の低下による酸素の放散量を５０，０００Ｎｍ３／ｈ、酸素製造手段（低純度酸素供給手段１２）の電力原単位を０．３ｋＷｈ／Ｎｍ３とした場合、前記したバックアップ手段１５による処理を行うことで、以下に示すような酸素放散を低減することができる。
【００２８】
５０，０００Ｎｍ３／ｈ×０．３ｋＷｈ／Ｎｍ３＝１５，０００ｋＷｈ/ｈ
【００２９】
以上、本発明に係る製鉄プロセスにおける酸素供給装置およびその方法について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３０】
１，１０１  酸素供給装置
１１，１１１  高純度酸素供給手段
１２  低純度酸素供給手段
１３，１１３  酸素圧縮機
１４，１１４  高炉送風機
１５  バックアップ手段
【図１】
0006292177.tif 000002
【図２】
0006292177.tif 000003
【図３】
0006292177.tif 000004